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1、42 气液相平衡关系本节教学要求1、重点掌握的内容：相平衡的影响因素及相平衡关系在吸收过程中的应用；2、熟悉的内容：溶解度、平衡状态、平衡分压、亨利定律。4.2.1 相组成表示方法1质量分率与摩尔分率质量分率：质量分率是指在混合物中某组分的质量占混合物总质量的分率。对于混合物中的 A 组分有mmwAA（4-1）式中Aw组分 A 的质量分率；Am混合物中组分A 的质量， kg；m混合物总质量，kg。1NBAwww（4-2）摩尔分率：摩尔分率是指在混合物中某组分的摩尔数nA占混合物总摩尔数n 的分率。对于混合物中的A 组分有气相：nnyAA（4-3）液相：nnxAA（4-4）式中Ay、Ax分别为组
2、分A 在气相和液相中的摩尔分率；An液相或气相中组分A 的摩尔数，n液相或气相的总摩尔数。1NBAyyy（4-5）1NBAxxx（4-6）质量分率与摩尔分率的关系为：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 6 页 - - - - - - - - - NNBBAAAAx/Mw/Mw/Mw/MwA（4-7）式中BAMM 、分别为组分A、B 的分子量。2摩尔比摩尔比是指混合物中某组分A 的摩尔数与惰性组分B（不参加传质的组分）的摩尔数之比，其定义式为BAAnnY（4-8
3、）BAAnnX（4-9）式中AY、AX分别为组分A 在气相和液相中的摩尔比；摩尔分率与摩尔比的关系为XXx1（4-10）YYy1（4-11）-xxX1（4-12）-yyY1（4-13）【例 5-1】在一常压、 298K 的吸收塔内，用水吸收混合气中的SO2。已知混合气体中含SO2的体积百分比为20%，其余组分可看作惰性气体，出塔气体中含SO2体积百分比为2%，试分别用摩尔分率、摩尔比和摩尔浓度表示出塔气体中SO2的组成。解：混合气可视为理想气体，以下标2 表示出塔气体的状态。02.02y02.002.0102.01222-yyYkPa026. 202.03.10122Apyp34A2A2A2k
4、mol/m10018.8298314.8026.2RTpVnc名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 6 页 - - - - - - - - - 图 4-2 氨在水中的溶解度图 4-3 20下 SO2在水中的溶解度422 气体在液体中的溶解度1溶解度曲线平衡状态 ：在一定压力和温度下，使一定量的吸收剂与混合气体充分接触，气相中的溶质便向液相溶剂中转移，经长期充分接触之后，液相中溶质组分的浓度不再增加，此时，气液两相达到平衡，此状态为平衡状态。饱和浓度 ：气液平衡时
5、，溶质在液相中的浓度为饱和浓度（溶解度）。平衡分压 ：气液平衡时，气相中溶质的分压为平衡分压。相平衡关系 ：平衡时溶质组分在气液两相中的浓度关系为相平衡关系。溶解度曲线 ： 气液相平衡关系用二维坐标绘成的关系曲线称为溶解度曲线。由图 4-2 可见，在一定的温度下，气相中溶质组成y 不变，当总压p 增加时，在同一溶剂中溶质的溶解度x 随之增加，这将有利于吸收，故吸收操作通常在加压条件下进行。由图 4-3 可知，当总p、气相中溶质y 一定时，吸收温度下降，溶解度大幅度提高，吸收剂常常经冷却后进入吸收塔。结论： 加压和降温有利于吸收操作过程；而减压和升温则有利于解吸操作过程。名师资料总结 - - -
6、精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 6 页 - - - - - - - - - 图 4-4 101.3kPa 下 SO2在水中的溶解度图 4-5 几种气体在水中的溶解度曲线易溶气体 ：溶解度大的气体如NH3等称为易溶气体；难溶气体：溶解度小的气体如O2、CO2溶解度适中的气体：介乎其间的如SO2等气体称为溶解度适中的气体。等气体称为难溶气体；4.2 3亨利定律亨利定律的内容： 总压不高（譬如不超过5105Pa）时，在一定温度下，稀溶液上方气相中溶质的平衡分压与溶质在液相中的摩尔分率成
7、正比，其比例系数为亨利系数。亨利定律的数学表达式（1）Exp（ 4-14）式中*p溶质在气相中的平衡分压，kPa；E亨利系数，kPa；T ，E 。x溶质在液相中的摩尔分率。亨利定律有不同的表达形式：（2）Hcp*（4-15）式中c溶质在液相中的摩尔浓度，kmol/m3；H溶解度系数，kmol/ （m3kPa）；*p溶质在气相中的平衡分压，kPa。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 6 页 - - - - - - - - - 溶解度系数H 与亨利系数E 的关系为
8、：0HME(4-16) 式中S为溶剂的密度，kg/m3。T ，H（3）mxy*（4-17）式中x液相中溶质的摩尔分率；*y与液相组成x 相平衡的气相中溶质的摩尔分率；m 相平衡常数 ，无因次。相平衡常数m 与亨利系数E 的关系为：pEm（4-18）当物系一定时，T 或 P ，则 m 。（4）mXY*（4-19）式中X液相中溶质的摩尔比；*Y与液相组成X 相平衡的气相中溶质的摩尔比；【例 5-2】某系统温度为10，总压101.3kPa，试求此条件下在与空气充分接触后的水中，每立方米水溶解了多少克氧气？解：空气按理想气体处理，由道尔顿分压定律可知，氧气在气相中的分压为：pyp*= 101.30.2
9、1=21.27kPa 氧气为难溶气体，故氧气在水中的液相组成x 很低， 气液相平衡关系服从亨利定律，由表 5-1 查得 10时，氧气在水中的亨利系数E 为 3.31106kPa。0EMHHpc0*EMpc名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 6 页 - - - - - - - - - 故181031.327.2110006*c3.5710-4kmol/m3m=3.5710-432 1000=11.42g/m3名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 6 页 - - - - - - - - -