3、气液相平衡

返回滁州职业技术学院化工原理电子课件第三节气液相平衡一、气液相平衡关系二、亨利定律三、相平衡关系在吸收过程中的应用返回返回滁州职业技术学院化工原理电子课件一、气液相平衡关系平衡状态：一定压力和温度，一定量的吸收剂与混合气体充分接触，气相中的溶质向溶剂中转移，长期充分接触后，液相中溶质组分的浓度不再增加，此时，气液两相达到平衡。饱和浓度：平衡时溶质在液相中的浓度。平衡分压：平衡时气相中溶质的分压。返回滁州职业技术学院化工原理电子课件平衡状态的因素F＝C－＋2=3－2+2=3当压力不太高、温度一定时p*A=f1（x）y*=f2（x）p*A=f3（cA）返回滁州职业技术学院化工原理电子课件氨在水中的溶解度液相中氨的摩尔数气相中氨的分压60℃50℃40℃30℃返回滁州职业技术学院化工原理电子课件20℃下SO2在水中的溶解度101.3kPa202.6kPaxy返回滁州职业技术学院化工原理电子课件t=293KCO2NH310ncA,kmol/m3pA,kPa几种气体在水中的溶解度曲线返回滁州职业技术学院化工原理电子课件讨论：（2）温度、y一定，总压增加，在同一溶剂中，溶质的溶解度x随之增加，有利于吸收。（1）总压、y一定，温度下降，在同一溶剂中，溶质的溶解度x随之增加，有利于吸收。（3）相同的总压及摩尔分率，cO2cCO2cSO2cNH3氧气等为难溶气体，氨气等为易溶气体返回滁州职业技术学院化工原理电子课件二、亨利定律1、亨利定律内容总压不高时，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正比，其比例系数为亨利系数。Exp*A返回滁州职业技术学院化工原理电子课件讨论：1）E的影响因素：溶质、溶剂、T物系一定，ET2）E大的，溶解度小，难溶气体E小的，溶解度大，易溶气体3）E的来源：实验测得；查手册*Ap——溶质在气相中的平衡分压，kPa；x——溶质在液相中的摩尔分率；E——亨利常数，单位同压强单位。返回滁州职业技术学院化工原理电子课件1）HcpA*A2、亨利定律其它形式H——溶解度系数，kmol/（m3·kPa）cA——摩尔浓度，kmol/m3；H与E的关系：xHcccHcpA*AHcE返回滁州职业技术学院化工原理电子课件SSASL)1(MxMxMMcSSHMEH的讨论：1）H大，溶解度大，易溶气体2）P对H影响小，HT2）mxy*m——相平衡常数，无因次。返回滁州职业技术学院化工原理电子课件m与E的关系：**ApypExpy*pEmm的讨论：1）m大，溶解度小，难溶气体2）mTmpmXY*3）返回滁州职业技术学院化工原理电子课件【例6-7】某系统温度为20℃，总压101.3kPa，测出100g水中含氨2g，此时溶液上方氨的平衡分压为1.60kPa。试求E、m、H解：取100g水为基准，含氨为2g，0207.018/10017/217/2/Mw/Mw/Mw/MwNNBBAAAAx可得由,*AExpkPaxpEA3.770207.060.1返回滁州职业技术学院化工原理电子课件763.03.1013.77pEm6.55181000)1(SSASmMxMxMMc719.03.776.55EcHKmol/(m3.kPa)返回滁州职业技术学院化工原理电子课件【例6-8】上述例题中,若总压101.3kPa下将温度升高为50℃，测出此时溶液上方氨的分压为5.94kPa。试求E、m、H解：由于溶液中氨的浓度没有变化，但在新的温度下达到了新的平衡kPaxpEA0.2870207.094.583.23.1010.287pEm194.00.2876.55EcHKmol/(m3.kPa)返回滁州职业技术学院化工原理电子课件【例6-9】上述例题中,若加入惰性气体使总压增至202.6kPa，系统温度仍为20℃，求此时的E、m、H解：由于总压升高是加入惰性气体造成的，所以氨的分压不变，E和H都不变382.06.2023.77pEm返回滁州职业技术学院化工原理电子课件三、相平衡关系在吸收过程中的应用1．判断过程进行的方向yy*或x*x或A*Acc*AAppA由气相向液相传质，吸收过程*AApp平衡状态*AAppA由液相向气相传质，解吸过程吸收过程：传质方向是使系统向达到平衡的方向变化返回滁州职业技术学院化工原理电子课件2．指明过程进行的极限过程极限：相平衡。y·Pyx··ABCxy*y*y返回滁州职业技术学院化工原理电子课件逆流吸收，塔高无限，2*2min2,mxyyLG，y2G，y1L，x2L，x1myxL1max,13．确定过程的推动力1)吸收过程推动力的表达式*AA*ppyy或x*-xA*Acc返回滁州职业技术学院化工原理电子课件2）在x～y图上·APyy*xx*推动力x*-x推动力y-y*返回滁州职业技术学院化工原理电子课件【例6-10】理想气体混合物中溶质A的含量为0.06（体积分数），与溶质A的含量为0.012(摩尔比)的水溶液接触，相平衡关系为Y*=2.52X，其传质方向和传质推动力为（KmolA/KmolB）多少？解：已知y=0.06,X=0.012,Y*=2.52X0638.006.0106.01yyY由平衡关系知Y*=2.52X=2.52×0.012=0.0302kmolA/kmolB返回滁州职业技术学院化工原理电子课件可知YY*,故为吸收过程。若用液相浓度差表示,则0249.052.20638.052.2*YXkmolA/kmol水可知X*X,故为吸收过程。传质推动力：以气相浓度差表示：ΔY=Y-Y*=0.0638-0.0302=0.0336kmolA/kmolB以液相浓度差表示：ΔX=X*-X=0.0249-0.012=0.0129kmolA/kmol水返回滁州职业技术学院化工原理电子课件小结：（1）推动力用气相表示和用液相表示都可以，不会影响传质方向的判断（2）推动力用气相表示和用液相表示时，数值不一定相等，但传质速率的大小是一样的返回滁州职业技术学院化工原理电子课件【例】在总压101.3kPa，温度30℃的条件下,SO2摩尔分率为0.3的混合气体与SO2摩尔分率为0.01的水溶液相接触，试问：（1）SO2的传质方向；（2）其它条件不变，温度降到0℃时SO2的传质方向；（3）其它条件不变，总压提高到202.6kPa时SO2的传质方向，并计算以液相摩尔分率差及气相摩尔率差表示的传质推动力。返回滁州职业技术学院化工原理电子课件解：(1)查得在总压101.3kPa，温度30℃条件下SO2在水中的亨利系数E=4850kPa所以88.473.1014850pEm从液相分析00627.088.473.0*myxx=0.01故SO2必然从液相转移到气相，进行解吸过程（2）查得在总压101.3kPa，温度0℃的条件下，SO2在水中的亨利系数E=1670kPa49.163.1011670pEm从气相分析y*=mx=16.49×0.01=0.16y=0.3返回滁州职业技术学院化工原理电子课件故SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。（3）在总压202.6kPa，温度30℃条件下，SO2在水中的亨利系数E=4850kPa94.236.2024850pEm从气相分析y*=mx=23.94×0.01=0.24y=0.3故SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。0125.094.233.0*myx以液相摩尔分数表示的吸收推动力为:∆x=x*－x=0.0125－0.01=0.0025∆y=y－y*=0.3－0.24=0.06以气相表示的推动力为:返回滁州职业技术学院化工原理电子课件结论：降低操作温度，E、m，溶质在液相中的溶解度增加，有利于吸收；压力不太高时，P,E变化忽略不计；但m使溶质在液相中的溶解度增加，有利于吸收。