气液相平衡分析详细版
气液相平衡关系
二、气液相平衡关系 平衡状态：在一定压力和温度下，当吸收和解吸速率相等时，气液两相达到平衡。
相平衡关系：吸收过程中气液两相达到平衡时，吸收质在气相和液相中的浓度关系1．气体在液体中的溶解度 （图8-1）平衡时溶质在气相中的分压称为平衡分压，用符号*A p 表示；溶质在液相中的浓度称为平衡溶解度，简称溶解度；它们之间的关系称为相平衡关系。
结论：①在相同的吸收剂、温度和分压下，不同溶质的溶解度不同;②分压一定时，温度越低，则溶解度越大。
较低的温度有利于吸收操作;③温度T 一定时，分压P 越大，溶解度越大。
较高的分压有利于吸收操作;④加压和降温对吸收操作有利。
2．亨利定律（1）亨利定律亨利定律内容：在总压不太高，温度一定的条件下，稀溶液上方溶剂的平衡分压*A p 与溶质在液相中的摩尔分数A x 成正比，比例系数为亨利系数E 。
即： A A Ex p =* 形式一E ——亨利系数， Pa讨论：①E 的来源：实验测得，查手册②E 的影响因素：溶质、溶剂、T 。
物系一定时， ③亨利系数表示气体溶解的难易程度。
E 大的，溶解度小，难溶气体；E 小的，溶解度大，易溶气体。
（2）亨利定律的其它形式① 溶质在液相中的浓度用量浓度A c 表示，气相用分压*A p 表示，则： Hc p A A =* 形式二 ↑↑⇒E TH ——溶解度系数，实验测定。
溶解度↓溶解度系数表示气体溶解的难易程度。
易溶气体，H ↑；难溶气体，H ↓。
溶解度系数H 和亨利系数E 的关系：剂剂EM H ρ=②溶质在气液相中的浓度均用摩尔浓度表示， 则：A A A mx x PE P p y ===** 形式三 m ——相平衡常数。
P E m = 是温度和压强的函数。
讨论：1）P 一定时， 溶解度↓。
升温不利于吸收；2）t 一定时， 溶解度↑。
加压有利于吸收。
③溶质在气液相中的浓度均用比摩尔分数表示时，AA A A X X m Y Y +=+**11 整理得： A A A X m mX Y )1(1-+=* 形式四 比摩尔分数表示的气液相平衡关系。
气液相平衡分析(正式)
编订：__________________单位：__________________时间：__________________气液相平衡分析(正式)Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level.Word格式 / 完整 / 可编辑文件编号：KG-AO-6622-58 气液相平衡分析(正式)使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体、周密的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。
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在吸收操作中，气体总量和溶液总量都随吸收的进行而改变，但惰性气体和吸收剂的量则始终保持不变，因此，常采用物质的量比表示相的组成，以简化吸收过程的计算。
物质的量比是指混合物中一组分物质的量与另一组分物质的量的比值，用X或y表示。
吸收液中吸收质A对吸收剂S的物质的量比(摩尔比)可以表示为XA＝nA／ns (11—1)物质的量比与摩尔分数的换算关系为XA＝工A／(1一XA) (11—2)式中XA——吸收液中组分A对组分S的物质的量比；nA，ns——组分A与S的物质的量，kmol；XA——吸收液中组分A的摩尔分数。
混合气体中吸收质A对惰性组分月的物质的量比可以表示为式中YA——混合气中组分A对组分B的物质的量比；nA，nR——组分A与B的物质的量，kmolyA——混合气中组分A的摩尔分数。
在一定温度和压力下，混合气体与液相接触时，溶质便从气相向液相转移，而溶于液相内的溶质又会从溶剂中逸出返回气相。
随着溶质在液相中的浓度逐渐增加，溶质返回气相的量也逐渐增大，当单位时间内溶于液相中的溶质量与从液相返回气相的溶质量相等时，气相和液相的量及组成均不再改变，达到动态平衡。
《物理化学实验报告》双液系的气液平衡相图
双液系的气液平衡相图2011年9月5日实验，2011年9月12日提交报告助教：柳清1 引言相图（phase diagram）是用图形表示多相系统的物理化学状态随温度、压力、组分含量等的变化的图1。
对于多相平衡系统，相律（phase rule）是其热力学基础。
本实验研究的是环己烷－乙醇（C6H12－C2H5OH）双液系的气液平衡状态。
根据相律，f＋Φ = C＋2其中相数Φ为2，独立自由组分数C为1，则系统自由度数f为1。
如果固定外压p不变，条件自由度数f′为0。
因此，在外压p不变时，温度T和组分含量x唯一确定了双液系气液平衡系统的状态。
用气液平衡时的温度T和组分含量x分别作为纵横坐标，同时测定气相和液相的组成，可以绘制双液系的气液平衡T－x相图。
不同组成的双液系具有不同形式的气液平衡T－x相图。
理想液体混合物或者接近理想液体混合物的双液系，混合物的沸点介于两纯物质沸点之间，如图1(a)。
各组分蒸气压对拉乌尔定律产生很大的正偏差时，混合溶液体系会具有最低恒沸点，如图1(b)。
反之，混合溶液体系会具有最高恒沸点，如图1(c)。
(a) (b) (c)图1 不同双液系的气液平衡T－x相图形式本实验选用具有最低恒沸点的环己烷－乙醇（C6H12－C2H5OH）双液系。
用沸点仪可以测定不同组成的双液系的恒压沸点T。
沸点仪是测定常量溶液沸点的工具。
沸腾时的溶液从喷嘴喷出，温度计测定的恰是该处蒸气和液相平衡的温度。
气相部分经过冷凝器冷凝后储存在小泡中，以备取样。
考虑到温度计的精度，需要对1/10℃温度计进行露茎校正。
由于温度计暴露于体系之外的部分所处温度与实测区域不同，二者膨胀系数略有差别。
为了补偿这部分损失，通过辅助温度计读出环境温度后，按下式校正：t = t0＋1.57×10－4×n×(t0－t s)式中t0为温度计读数，n为温度计露茎在体系外的刻度数目，t s为辅助温度计读数。
t 为校正后的温度。
物化实验双液系的气-液平衡相图实验报告
双液系的气－液平衡相图一实验目的1．绘制在pθ下环己烷－异丙醇双液系的气－液平衡相图，了解相图和相律的基本概念；2．掌握测定双组分液体的沸点及正常沸点的方法；3．掌握用折光率确定二元液体组成的方法。
二实验原理在常温下，任意两种液体混合组成的体系称为双液体系。
若两液体能按任意比例互溶，则称完全互溶双液体系，若只能部分互溶，则称部分互溶双液体系。
液体的沸点是指液体的蒸汽压与外界压力相等时的温度，在一定的外压下，纯液体的沸点有其特定值，但双液系的沸点不仅与外压有关而且还与两种液体的相对含量有关。
通常，如果液体与拉乌尔定律的偏差不大，在T—X图上溶液的沸点介于A、B二纯液体的沸点之间见图中于 (a)。
而实际溶液由于A 和B二组分的相互影响，常与拉乌尔定律有较大偏差，在T—X图上就会有最高或最低点出现，这些点称为恒沸点，其相应的溶液称为恒沸点混合物，如图2-4-1(b),（c)所示。
恒沸点混合物蒸馏时，所得的气相与液相组成相同，因此通过蒸馏无法改变其组成。
本实验是用回流冷凝法测定环已烷—异丙醇体系的沸点—组成图。
其方法是用阿贝折射仪测定不同组成的体系，在沸点温度时气、液相的折射率，再从折射率—组成工作曲线上查得相应的组成，然后绘制沸点—组成图。
三仪器和试剂沸点仪1套；恒温槽1台；阿贝折射仪1台；量筒8个；玻璃漏斗8个；滴管2个；环己烷（分析纯）；异丙醇（分析纯）；实验装置如下：四实验步骤1．工作曲线的绘制配制环己烷的质量百分数0.10, 0.20, 0.30, 0.40, 0.50, 0.60, 0.70, 0.80和0.90的环己烷－异丙醇溶液。
计算所需环己烷和异丙醇的质量，并用分析天平准确称取。
为避免样品挥发带来的误差，称量应尽可能的迅速。
各种溶液的确切组成要按照实际称样结果精确计算。
调节超级恒温水浴的温度为35度，使阿贝折光仪上温度与其保持一致。
分别测定上述九个溶液以及异丙醇和环己烷的折光率。
根据这些数据作出折光率－组成工作曲线。
3、气液相平衡
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
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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
pA 5.94 E 287.0kPa x 0.0207
E 287.0 m 2.83 p 101.3
c 55.6 H 0.194 Kmol/(m3.kPa) E 287 .0
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【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
解：取100g水为基准，含氨为2g，
w A /M A 2 / 17 x 0.0207 w A /M A w B /M B w N /M N 2 / 17 100/ 18
* 由pA Ex, 可得
pA 1.60 E 77.3kPa x 0.0207
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E小的，溶解度大，易溶气体 3）E的来源：实验测得；查手册
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2、亨利定律其它形式
cA 1）p H
* A
H——溶解度系数， kmol/（m3· kPa）
cA——摩尔浓度，kmol/m3；
H与E的关系：
cA c c p x H c H
空气的气液相平衡
空气的气液相平衡（一）空气的组成空气是一种均匀的多组分混合气体，它的主要成分是氧、氮和氩，此外还含有微量的氢及氖、氦、氪、氙等稀有气体。
根据地区条件的不同，空气中含有不定量的二氧化碳、水蒸气以及乙炔等碳氢化合物，空气的组成及各成分的沸点示于第8章表8-2中。
（二）空气的二元系气液平衡1．气液平衡及氧、氩、氮饱和压力和温度的关系在气液平衡条件下，各相的状态参数保持不变，它们的温度、压力都分别相等，这时的温度称饱和温度，压力称饱和蒸气压力。
纯物质在一定的压力下对应着唯一的饱和温度，或在一定的温度下对应有唯一的饱和压力。
图9-1示出氧、氩、氮纯物质在气液平衡时，饱和压力与温度之间的关系。
图９－１由图知，氧、氩、氮在同一温度下具有不同的饱和蒸气压力，这是由于它们的分子结构和分子间的引力不同所致。
在同一温度下饱和蒸气压的大小，表明了液体气化的难易程度。
饱和蒸气压大的物质容易由液体变为蒸气，反之，饱和蒸气压小的物质不易由液体变为蒸气。
在相同的温度下，氮的饱和蒸气压高于氧的饱和蒸气压，而在相同的压力下，氮的饱和温度低于氧。
氩则介于氧、氮之间。
2．氧－氮二元系的气液平衡压力、温度、比焓与成分的关系氧－氮二元系气液平衡关系可用相平衡图表示。
相平衡图是按用实验方法求得的温度，压力，比焓及摩尔分数之间的关系绘制。
常用的几种平衡图如下：图9-2(1) 图如图9-2所示，图中的每组曲线是在等压下作出的，纵座标表示温度，横座标表示氧的摩尔系数（x及y），对应于每一个压力都有一组气液相平衡曲线（称鱼形曲线，曲线中的压力数值单位是105Pa）。
以任一组曲线为例，上面的一条线称冷凝等压线，它表示在给定的压力下，与液相平衡的气相组成与温度的关系，又称气相线；下面的一条线称沸腾等压线，它表示在给定压力下，与气相平衡的液相组成与温度的关系，又称液相线。
在气相线与液相线之间的区域称湿蒸气区。
曲线的两端点的纵座标分别表示纯氧和纯氮在该压力下的饱和温度。
化工原理第五章气液相平衡
亨利简介
威廉·亨利于1774年12月12日出生在英国的曼彻斯特市。 他们祖孙三代都是医师兼有名的化学家。发明亨利定律的亨利的名字 是威廉·亨利（William Henry），他的父亲名托马斯·亨利( Thomas Henry ），他的儿子名威廉·查尔斯·亨利（William Charles Henry）。他们三代 是十八世纪到十九世纪的著名学者。 威廉·亨利在1795年进爱丁堡大学，一年之后。因为他父亲医务工作 上需要助手，他离开了大学，在家里做实医师。到1805年他又回到爱丁 堡大学，继续学业。1807年化完成了医学博士学位。 亨利定律是在1803年由威廉·亨利在英国皇家学会上宣读的一篇论文 里，加以详细说明的。从此以后，这个定律就被命名为亨利定律了。 1888年，在亨利发表他的定律八十多年后，法国化学家拉乌尔（ Francois－Marie Raoult，1830－1901）发表了他在溶液蒸气压方面的发 现，这就是我们现在所称的拉乌尔定律。 亨利晚年因为严重的头痛和失眠，几乎无法工作，于1836年9月2日离 开人世，终年62岁。
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2、相平衡的理论依据 对单组分物理吸收的物系，根据相律：
F＝K－Φ＋2＝3－2＋2＝3
（K＝3，溶质A，惰性组分B，溶剂S，Φ＝2，气、
液两相）
【结论】在温度T、总压P和气、液相组成共4个变量
中，有3个自变量（独立变量），另1个是它们的函
数。即：
yfT 、 P 、 x
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mE485023.94 p 20.26
从气相分析 y*＝mx＝23.94×0.01＝0.24<y＝0.3
故SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。 【结论】增大压力（30℃，101.3kPa→202.6kPa）有 利于吸收。
双组分实际物系的气液相平衡
双组分实际物系的气液相平衡双组分实际物系的气液相平衡是物理化学中一个重要的研究领域。
在这个领域中，我们研究的是由两种不同组分组成的混合物在一定条件下的气相和液相之间的平衡状态。
在气液相平衡中，我们通常关注的是两个重要的参数：温度和压力。
这两个参数会直接影响到气液相平衡的状态。
当温度和压力达到一定条件时，气体和液体之间会达到一个平衡状态，这个状态被称为饱和状态。
饱和状态下，气体和液体之间存在着动态平衡。
这意味着在饱和状态下，气体和液体之间会不断地发生相互转化，但总体上气体和液体的数量保持不变。
这种相互转化的过程被称为汽化和液化。
在双组分实际物系中，两种组分的物理性质会直接影响到气液相平衡的状态。
其中一个重要的性质是两种组分的互溶性。
如果两种组分具有较好的互溶性，那么在饱和状态下，气体和液体之间会有较好的混合性，从而形成一个均一的混合相。
相反，如果两种组分的互溶性较差，那么在饱和状态下，气体和液体之间会发生相分离现象，形成两个不同的相。
另一个重要的性质是两种组分的挥发性差异。
如果两种组分的挥发性差异较大，那么在饱和状态下，气体中富集了挥发性较高的组分，而液体中则富集了挥发性较低的组分。
这种情况下，气液相平衡的状态可以通过蒸馏等方法进行调节，以达到所需的纯度。
在实际应用中，我们经常遇到一些特殊的气液相平衡问题。
例如，在工业生产中，我们需要控制气体和液体之间的平衡状态，以确保产品的质量。
另外，在环境保护领域，我们也需要研究气体和液体之间的平衡状态，以了解污染物在大气和水体之间的传输规律。
总之，双组分实际物系的气液相平衡是一个复杂而有趣的研究领域。
通过深入研究气液相平衡的原理和规律，我们可以更好地理解混合物在不同条件下的行为，并且可以为实际应用提供有力的支持。
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气液相平衡分析详细版
A Specific Measure To Solve A Certain Problem, The Process Includes Determining The Problem Object And Influence Scope, Analyzing The Problem, Cost Planning, And Finally Implementing.
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气液相平衡分析详细版
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在吸收操作中，气体总量和溶液总量都随吸收的进行而改变，但惰性气体和吸收剂的量则始终保持不变，因此，常采用物质的量比表示相的组成，以简化吸收过程的计算。
物质的量比是指混合物中一组分物质的量与另一组分物质的量的比值，用X或y表示。
吸收液中吸收质A对吸收剂S的物质的量比(摩尔比)可以表示为
XA＝nA／ns (11—1)
物质的量比与摩尔分数的换算关系为
XA＝工A／(1一XA) (11—2)
式中XA——吸收液中组分A对组分S的物质
的量比；
nA，ns——组分A与S的物质的量，kmol；
XA——吸收液中组分A的摩尔分数。
混合气体中吸收质A对惰性组分月的物质的量比可以表示为
式中YA——混合气中组分A对组分B的物质的量比；
nA，nR——组分A与B的物质的量，kmol
yA——混合气中组分A的摩尔分数。
在一定温度和压力下，混合气体与液相接触时，溶质便从气相向液相转移，而溶于液相内的溶质又会从溶剂中逸出返回气相。
随着溶质在液相中的浓度逐渐增加，溶质返回气相的量也逐渐增大，当单位时间内溶于液相中的溶质量与从液相返回气相的溶质量相
等时，气相和液相的量及组成均不再改变，达到动态平衡。
它是吸收过程的极限，它们之间的关系称为相平衡关系。
在一定温度下，当气相总压力不高时，稀溶液中溶质的平衡浓度和该气体的平衡分压的平衡关系可用亨利定律表示为
对于给定物系，亨利系数正随温度升高而增大。
在同一溶剂中，易溶气体的正值很小，而难溶气体的正值很大。
常见物系的亨利系数可从附录中查到。
由于气液两相组成各可采用不同的表示法，因而亨利定律有不同的表达形式。
对于一定的物系，相平衡常数与温度和压力有关，温度越高，m越大；压力越高，m越小。
易溶
性气体的m值小，难溶性气体的m值大。
对于极稀溶液，式(11—5)可以简化为
安全控制条件选择
(1)吸收平衡线分析吸收平衡线是表明吸收中气液相平衡关系的图线。
在吸收操作过程中，通常用X-Y图表示。
将Y*与X的关系绘在X-Y图上，得通过原点的一条曲线，称为吸收平衡线，如图1l—2所示。
对于极稀溶液，式(11—6) 所表明的平衡线是一条过圆点的直线，其斜率为m，如图1l—3所示。
(2)溶解度影响吸收是利用各组分溶解度不同而分离气体混合物的操作，因此气体溶解度的大小直接影响吸收操作。
对于同一物系，气体的溶解度与温度
和压力有关。
温度升高，气体的溶解度减小。
因此，降低温度对吸收有利，但由于低于常温操作时，需要制冷系统，所以，工业吸收多在常温下操作。
当吸收过程放热明显时，应该采取冷却措施。
压力升高，气体的溶解度增加。
因此，增加压力对吸收有利，但在压力增高的同时，动力消耗就会随之增大，对设备的要求也会随之提高，而且总压对吸收的影响相对较弱。
所以，工业吸收多在常压下操作，除非在常压下溶解度太小，或工艺本身就是高压系统，才采用加压吸收。
(3)相平衡关系判定当气体混合物与溶液相接触时，吸收过程能否发生，以及过程进行的限度，可由相平衡关系判定，如图11—4所示。
当溶质在气相中实际分压大于溶质的平衡分压时，即P>P*时，发生吸收过程。
从相图上看，实际
状态点位于平衡曲线上方。
随着吸收过程的进行，气相中被吸收组分的含量不断降低，溶液浓度不断上升，其平衡分压也随着上升，当气相中溶质的实际分压等于溶质的平衡分压时，吸收达到平衡，吸收速率为零。
从相图上看，实际状态点落在平衡曲线上。
二氧化碳在气相中的实际分压为
P＝pty＝1200X0.05＝60kPa
二氧化碳在气相中的平衡分压则由亨利定律求取。
由于溶液很稀，其摩尔质量及密度认为与水相同。
查附录得水在303K时，密度为996kg／m3，摩尔质量为18kg／mol，二氧化碳的摩尔质量为44kg／kmol。
P*＝Ex＝1.88X10sX(1／44)／(996／18)＝77．3kPa
由于P*>P，故二氧化碳必由液相传递到气相，进行解吸。
前面的分析表明，当物系的状态点处于平衡线的上方时，发生吸收过程。
显然，状态点距平衡线的距离越远，气液接触的实际状态偏离平衡状态的程度越远，吸收的推动力就越大，在其他条件相同的条件下，吸收越容易进行；反之，吸收越难进行。
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