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1、第二节 气液相平衡,本节主要介绍气液两相的平衡关系,通过平衡关系可以指出吸收过程能否进行,判定进行的方向及过程的极限。 内容:平衡溶解度相平衡与吸收过程的关系,一、平衡溶解度,平衡溶解度 气液两相达到平衡时,溶质在液相中的浓度,CA* 平衡分压 气液两相达到平衡时,溶质在气相中的分压,pA* 溶解度曲线在一定温度下,溶质的平衡分压与溶解度间的关系。,1、溶解度曲线,相律自由度F =C-+2对于吸收操作,组分数C=3,相数=2 F=3-2+2=3独立变量数为3压力P,温度T,气相中溶液分压pA或液相浓度CA,溶解度曲线,由图可知,要得到一定浓度的溶液,易溶气体所需分压低,难溶气体所需分压高,即
2、p*O2p*SO2p*NH3, 易溶程度:NH3SO2O2,在一定温度下,分压是直接决定溶解度的参数。,二、亨利定律,1、相组成表示法: 气相组成表示y,Y,p, P液相组成表示x,X,,CA,CM, 质量分数 w 和摩尔分数x,定义:混合物某组分的质量(物质的量)与混合物的质量(物质的量)之比。,摩尔分数换算成质量分数,质量分数换算成摩尔分数,质量浓度和摩尔浓度,关系:,质量比和摩尔比,定义:混合物中某两个组分的质量(摩尔)比换算关系,气体混合物,摩尔浓度,摩尔比,摩尔分数,气液两相组成的表示方法,摩尔浓度单位体积混合物中所含溶质的kmol数, kmol/m3,摩尔分数,(液相中),(气相中
3、),摩尔比,(液相中),(气相中),2、道尔顿定律,定温下,在稀溶液中,溶剂的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶液中溶剂的摩尔分数。 pA= P yA CA= CMxA,(液相中),当稀溶液,xA很小时,,3、亨利定律,当总压不高时(一般约小于500kPa),在一定温度下,对多数气体稀溶液的溶解度曲线,是为一直线。也即溶质在液相中的浓度CA与气相中的平衡分压pA成正比。,不同表达式,(1) p* =Ex E亨利系数,kPa;由实验测定,单位与压强单位一致。 T E 溶解度 (2) p*=HC H 溶解度系数,单位:m3 kPa / kmol (3) y* =mx m相平衡常数 (4),对于稀溶液,
4、X 很小,分母趋于1,即1+(1-m)X=1 则 Y*=mX,4、亨利定律各系数间的关系,m = E/P E=HCM 为溶液的总摩尔浓度, 稀溶液中,各常数E、H、m都是表示溶解度的程度.对易溶溶质: H小,E小,m小;对难溶溶质: H大,E大,m大。,溶液平均密度,溶液平均分子量,C=CMx,二、相平衡与吸收过程的关系,判别过程的方向 计算过程的推动力 指明过程的极限,相平衡关系描述的是气、液两相接触传质的极限状态。,1、判别过程的方向,气体溶解于液相,关键在于气相中被吸收组分的分压pA 当 pApA* 或CA * CA , 吸收操作 当 pApA *或CA * y 解吸x*=0.05/0.
5、94=0.053 x 解吸,y,x,2、过程的推动力,指系统与平衡的偏离程度气相推动力 pApA*或y-y*液相推动力 CA*CA或x*-x,x,x*,y,y*,A ( xA ,yA),3、过程的极限,气液两相达到相平衡关系 (动态平衡,即吸收速率= 解吸速率),设塔足够高: L减小,X1增大,X1max=X1*=Y1/m; L增大, Y2减小,Y2min=Y2*=mX2,例题,CO2分压为0.5大气压的混合气体分别与CO2浓度为0.01 kmol/m3 和0.05kmol/m3的水溶液接触,系统温度均为25。气液平衡关系P*=1.64103 x大气压。 试求上述两种情况下两相的推动力(分别以气相分压差和液相浓度差表示),并说明CO2在两种情况下属吸收还是解吸。,例题,解题思路: 已知一个系统中气相浓度p和液相浓度c, 其传质推动力为p-p*或c*-c。 由此可见,1)气相表示:cxp*p-p*,判别 2) 液相表示:pxc*c-c*, 判别,