气液相平衡

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气液平衡的相平衡条件

气液平衡的相平衡条件

气液平衡的相平衡条件
气液平衡的相平衡条件是指在闭合系统中,气体与液体达到相平衡的必要条件。

相平衡意味着系统中气体和液体之间的物质交换达到了平衡状态,即两者之间的反应速率相等。

首先,气液相平衡条件之一是液体中溶解的气体分子的逸出速率等于气体中溶
解的气体分子的溶解速率。

这意味着当气体分子从液体中逸出的速率等于气体分子溶解进液体中的速率时,系统达到气液相平衡。

这个平衡条件可以通过亨利定律来描述,该定律指出气体与液体之间的溶解度与气体的分压成正比。

其次,气液相平衡条件还要求气体和液体之间存在均匀的分配。

这意味着在相
平衡状态下,气体和液体之间的分子自由移动并且均匀分布,没有净流动的趋势。

这种均匀分配的态势是通过扩散和浓度均化过程实现的。

最后,气液相平衡还要求液体和气体之间的压力相等。

当气体溶解进液体中时,气体分子对液体施加一定的压力,这被称为溶解气体的蒸气压。

在相平衡状态下,液体的蒸气压与气体的分压相等,从而实现了压力的平衡。

总结来说,气液平衡的相平衡条件包括气体和液体之间溶解速率的平衡、分子
的均匀分配以及压力的平衡。

这些条件是系统达到气液相平衡的前提,同时也是液体和气体之间物质交换达到稳定状态的保证。

气液平衡

气液平衡

第二节气液相平衡上节中图8-2(b)所示的湿壁塔吸收是吸收过程最基本的操作方式,它与套管换热器中的传热颇相类似。

若将吸收与传热两个过程作一比较,不难看出其间的异同:传热过程是冷、热两流体间的热量传递,传递的是热量,传递的推动力是两流体间的温度差,过程的极限是温度相等;吸收过程是气液两相间的物质传递,传递的是物质,但传递的推动力不是两相的浓度差,过程的极限也不是两相浓度相等。

这是由于气液之间的相平衡不同于冷热流体之间的热平衡。

8-2-1 平衡溶解度在一定温度下气液两相长期或充分接触后,两相趋于平衡。

此时溶质组分在两相中的浓度服从某种确定的关系,即相平衡关系。

此相平衡关系可以用不同的方式表示。

溶解度曲线气液两相处于平衡状态时,溶质在液相中的浓度称为溶解度,它与温度、溶质在气相中的分压有关。

若在一定温度下,将平衡时溶质在气相中的分压p e与液相中的摩尔分率x相关联,即得溶解度曲线。

图8-3为不同温度下氨在水中的溶解度曲线。

从此图可以看出,温度升高,气体的溶解度降低。

液相中氨的摩尔分率x图8-3 氨在水中的平衡溶解度图8-4 101.3kPa下SO2在水中的溶解度溶解度及溶质在气相中的组成也可用其它单位表示。

例如,气相以摩尔分率y表示,液相用摩尔浓度C表示(其单位为kmol溶质/m3溶液)。

图8-4 为SO2在101.3kPa下的溶解度曲线,图中气、液两相中的溶质浓度分别以y、x(摩尔分率)表示。

在一定温度下,分压是直接决定溶解度的参数。

当总压不太高时(一般约小于0.5MPa,视物系而异),总压的变化并不改变分压与溶解度之间的对应关系。

但是,当保持气相中溶质的摩尔分率y为定值,总压不同意味着溶质的分压不同。

因此,不同总压下y~x溶解度曲线的位置不同。

以分压表示的溶解度曲线直接反映了相平衡的本质,用以思考和分析问题直截了当;而以摩尔分率x与y表示的相平衡关系,则可方便地与物料衡算等其他关系式一起对整个吸收过程进行数学描述。

第八章 气液相平衡

第八章 气液相平衡
/ / q1 / lg 1 Z A 2 Z1 B A q2
2 2
/ / q2 / lg 2 Z B 2 Z 2 A B q1
2 1
8.2.2 伍尔(Wohl)型方程
(4)范拉尔方程—Van Laar方程 q1 A/ / 设:分子体积相差很大即: q2 B A/ lg 1 2
第八章 流体相平衡
2、研究相平衡的意义 (1)为分析解决传质分离设备的设计、操作和控制 提供理论依据 (2)为新工艺、新产品和新技术的开发提供相平衡数 据和相平衡热力学模型
8.1 相平衡判据和处理方法 8.1.1 相平衡判据
一、相平衡判据 1、普适判据——熵判据 依据:熵增原理——dS孤0,即熵增大到最大值时, 体系达平衡。 dS孤=0 特点:需要同时考虑体系和环境的变化,应用不太方便。

V i
8.1.1 相平衡判据
yi iL K xi V

i (3) ( i xi ) ( i xi )
汽液平衡 适用于高压或常压情况 液液平衡
2、汽液平衡四种情形(见表7-1)
8.1.1 相平衡判据
表8-1 汽液平衡情形 情形 1 汽相 理想气体混合物 道尔顿分压定律 液相 理想溶液 拉乌尔定律 理想溶液 Lewis—Randall 规则 非理想溶液 举例 同分异构体或同 系物构成的体系 烃类混合物 适用范围 压力小于 0.2MPa
第八章 流体相平衡
1、相平衡的有关概念 相:体系中的一个均匀空间,其性质和其余部分有区别, 每个相都是一个敞开体系,能与相邻的相进行物质 交换和能量交换。 相迁移:物质从一个相迁移到另一相的过程,叫该物质 的相迁移过程。 相平衡:当物质迁移停止时,此时各相的性质和组成不 再随时间而变化——相平衡(相间的平衡),此时 各相间某些性质如密度、粘度、焓、熵等相差很大, 而有些性质如温度、压力却是相等的。

3、气液相平衡

3、气液相平衡
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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

[8-2]气液相平衡

[8-2]气液相平衡

E m与E的关系:p P ye ye P Ex m P 讨论:
② ye~x关系: 气液两相的组成分别用溶质A的摩尔分率y和x来表示,有: m——相平衡常数,无因次; ye mx ye——平衡气相中溶质的摩尔分率。
Ⅰ、m是平衡条件下ye~x直线的斜率。m 越大,气体的溶解 度越小,属难溶气体; Ⅱ、m与E的关系:
一、溶解度
1. 溶解度的概念 ① 平衡状态: 恒定T、P下,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,此时的气液两相达到平衡。 ② 溶解度: 也称平衡溶解度,指平衡时溶质在液相中的浓度。通常用单 位体积(或质量)溶液中所含溶质物质的量(或质量)表示,单位为: kmol溶质/m3溶液 或 g溶质/kgH2O 气体在液体中的溶解度表明了一定条件下吸收过程可能达到 的极限程度,不同气体在同一溶剂中的溶解度差异较大。
为什么?请往下看!
8.2.2 Henry’s Law
一、气液相组成的关系曲线
气 当吸收操作的总压P不太高、相 中 且吸收温度T恒定时,有: 氨 的 分 pe=f1(x) 压
P=1atm
60℃
50℃
40℃ 30℃ 液相中氨的摩尔分率 氨在水中的溶解度
ye=f2(x)
pe =f 3 ( c) 因此,吸收过程气液组成的 关系曲线主要有三组: pe~ x,ye~x和 pe~c
(3)在总压202.6kPa,温度30℃条件下,SO2在水中的亨利系数E=4850kPa
E 4850 m 23.94 从气相分析: ye=mx=23.94×0.01=0.24 p 202.6 ye<y=0.3,故SO2必然从气相转移到液相,进行吸收过程。

第一节气液相平衡及亨利定律

第一节气液相平衡及亨利定律

求:在(1)乙炔水溶液浓度为 0.29×10−3 Kg / KgH2O (2)乙炔水溶液浓度为 0.15×10−3 Kg / KgH2O
时传质过程的方向及接触瞬间的推动力(用x,y表示)
解:亨利定律 查表 1)对浓度为 0.29
×P1730−235K°gC/时Kg乙H2炔O 水时溶液E
=
1.35
×105
对稀溶液一般c很小 ρ >> c(M S − M A ) ∴ H = ρ + c ( M S − M A ) = ρ
EM S
EM S
∴ P* = c = E M S c

而对照 P* = Ex
∴ x = M Sc =
ρ
c
ρ
MS
(条件:c很小时)
3.
{ y* = mx y-* -与液相成平衡的气相中溶质摩尔分率 x--液相中溶质的摩尔分率
1mol溶液中所含溶质(A)为c Kmol,溶剂的摩尔数为: ρ − cM A
MS
溶质的摩尔分率 x =
c
c + ρ −cMA
= cMS
cMS
+ ρ −cMA
=
cMS
ρ +c(MS −MA)
MS
代入
P*
=
Ex
=
ρ
+
EM Sc
c(MS −
M
A)

p* = c H
∴1 H
=
p* c
=
ρ
EM S
+c(MS −MA)

nnA = yA nB yB

yA 1− yA
摩尔分率和摩尔比互换 4)摩尔浓度:

气液相平衡

气液相平衡

2) y* = mx m——相平衡常数,无因次
m与E的关系 : p*A = py*
⇒ py* = Ex
⇒m= E p
8
m的讨论: • m=f(物系、T 、p ) T ↑⇒ E ↑ m ↑,同y *下x ↓ p ↑⇒ E不变m ↓,同y *下x ↑
• m小,溶解度大,易溶气体
3)用X, Y表示
y* = mx
2
二、溶解度曲线
20℃
氨在水中的溶解度曲线
3
SO2在水中的溶解度曲线
几种气体在水中的溶解度曲线
4
讨论: (1)在同一溶剂中,pA (或 p,y)一定,T↓ x↑ (2)在同一溶剂中,T、y一定,p↑(pA↑) x ↑
低温高压利于吸收,高温低压利于解吸。 (3)相同pA (或 p,y)
cO2 < cCO2 < cSO2 < cNH3 O2、CO2等为难溶气体,NH3等为易溶气体
m
=
E p
=
7.6 × 104 200 × 103
= 0.38 ⇒
m
↓, x不变 ⇒
y* ↓
(2)T ↑, x不变,pA* ↑⇒ E = pA * / x = 9.1× 104 Pa ↑
H = 6.1×10−4 kmol /(m 3 .Pa) ↓ m = 0.9 ↑
讨论: (1)亨利定律是压力不太高,一定温度下,稀溶液
10
(1)x =
0.5 / 17
= 0.00527
0.5 / 17 + 100 / 18
pA* = Ex ⇒ E = 400 / 0.00527 = 7.6 × 104 Pa
(2)H
=
ρS EM S

4.2.气液相平衡解析

4.2.气液相平衡解析
cA — 溶液中溶质的浓度,kmol溶质/m3溶液;
H 的讨论:1.H↑,cA↑,易溶气体 2.P 对 H 影响较小 3.温度对H的影响: T H
H 与E 的关系:
cA c c p x H c H
* A
c H E
c M M — 溶液的平均摩尔质量, kg / kmol 对于稀溶液 c MS M s — 溶剂的摩尔质量, kg / kmol
— 溶液的密度,kg / m3
s — 溶剂的密度,kg / m3 S
H
S
EM S
2)y mx y*——溶质在气相中的平衡摩尔分数;
*
m ——相平衡常数,无因次。
m的讨论:
①在一定的气相平衡摩尔分数下,
m↑,x↓,溶解度↓,难溶气体。
m↓,x↑,溶解度↑,易溶气体。
E ——亨利常数,单位同压强单位。
* A
——溶质在气相中的平衡分压,kPa;
讨论: ① E的影响因素:溶质、溶剂、T 物系一定,T E ② 在一定的气相平衡分压下, E↑,x↓,溶解度↓,难溶气体。 E↓,x↑,溶解度↑,易溶气体。
(2)亨利定律其它表示方式
cA 1) p H
* A
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
H — 溶解度系数,kmol溶质/(kPa·m3溶液)
E、H及m之间的关系: E mp 式中: m — 汽液相平衡常数; E — 亨利系数,kPa; p — 总压,kPa; H — 溶解度系数, (kmol溶质 / kPa m 3溶液);
s
HM s
s — 溶剂的密度,kg / m 3;
M s — 溶剂的摩尔质量,kg / kmol。
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3、吸收过程的分类
⑤按汽液两相接触方式和采用的设备形式 ⑴喷淋吸收 填料塔或空塔:气、液两相都连续。 淋降板塔:气相连续,液相分散。 ⑵鼓泡吸收 鼓泡塔或泡罩塔:液相保持为连续相,气 相分离为小气泡通过液层。
⑶降膜吸收 降膜式吸收器,使气、液两相均连续,用于吸收热效应 大的情况
小结
气 相 中 氨 的 分 压
60℃
50℃ 40℃ 30℃ 液相中氨的摩尔数 氨在水中的溶解度
p*
A =f1( x ) y*=f2(x) p* =f ( c ) A 3 A
101.3kPa y 202.6kPa
x
20℃下SO2在水中的溶解度
t=293K
pA, kPa
CO2
NH3
10ncA, kmol/m3
3、吸收过程的分类
③吸收过程温度变化是否显著 ⑴等温吸收 气体吸收相当于由气态变液态,所以会产 生近于冷凝热的溶解热 化学吸收过程中,有溶解热+反应热 吸收过程温度变化不明显 ⑵非等温吸收 吸收过程温度变化明显
3、吸收过程的分类
④按吸收量的多少 ⑴贫气吸收 吸收量不大 恒摩尔流 恒温操作 ⑵富气吸收 吸收量大的情况




第四章 气体吸收
?
第四章 主要内容
本章要求 4.1气液相平衡
掌握
重点掌握
4.2吸收和解吸过程
4.3多组分吸收和解吸的简捷计算
4.4化学吸收 本章小结 参考文献 思考题
掌握 掌握
本章要求:
1)了解吸收过程的特点及分类,掌握气液 相平衡关系:物理吸收相平衡关系、有化学 吸收的相平衡关系。 2)了解吸收和解吸过程流程。 3)掌握多组分吸收和解吸过程的简捷计算 法,吸收因子法。 4)了解化学吸收类型和增强因子。
3、吸收过程的分类
①按组分的相对溶解度的大小 ⑴单组分吸收 只有一个组分在吸收剂中具有显著的溶解度 ,其它组分的溶解度均小到可以忽略不计。 ⑵多组分吸收 气体混合物中具有显著溶解度的组分不止 一个。
3、吸收过程的分类
②吸收过程有无化学反应 ⑴物理吸收 所溶组分与吸收剂不起化学反应。 ⑵化学吸收 所溶组分与吸收剂起化学反应。
3、吸收过程的分类
③吸收过程温度变化是否显著 ⑴等温吸收 气体吸收相当于由气态变液态,所以会产 生近于冷凝热的溶解热 化学吸收过程中,有溶解热+反应热 吸收过程温度变化不明显 ⑵非等温吸收 吸收过程温度变化明显
3、吸收过程的分类
④按吸收量的多少 ⑴贫气吸收 吸收量不大 恒摩尔流 恒温操作 ⑵富气吸收 吸收量大的情况
溶解度曲线
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。
相律分析:
F=C-+2=3-2+2=3
当压力不太高、温度一定时。
几种气体在水中的溶解度曲线
讨论:
(1)p、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 。
(2)温度和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 。
(3)相同的总压及摩尔分数, cO2 < cCO2 < cSO2 < cNH3 氧气为难溶气体,氨气为易溶气体
概述
1、吸收和解吸
吸收是利用液体处理气体混合物,根据气 体混合物中各组分在液体中溶解度的不同, 而达到分离目的传质过程 分离的介质是某一种液体溶剂称之为吸收 剂,被吸收的气体混合物称为溶质 解吸操作是将溶质从吸收液中驱赶出来

2、工业生产中的吸收过程
①净化或精制气体 ②分离气体混合物 ③将最终气态产品制成溶液或中间产品 ④废气治理
3、吸收过程的分类
①按组分的相对溶解度的大小 ⑴单组分吸收 只有一个组分在吸收剂中具有显著的溶解度 ,其它组分的溶解度均小到可以忽略不计。 ⑵多组分吸收 气体混合物中具有显著溶解度的组分不止 一个。
3、吸收过程的分类
②吸收过程有无化学反应 ⑴物理吸收 所溶组分与吸收剂不起化学反应。 ⑵化学吸收 所溶组分与吸收剂起化学反应。
单组分吸收
相对溶解度 多组分吸收 吸收过 程分类 物理吸收 化学吸收 喷淋吸收 吸收温度 非等温吸收 等温吸收
贫气吸收
吸收量 恒摩尔流 恒温操作
化学反应
汽液接触方式
富气吸收
鼓泡吸收 降膜吸收




第四章 气体吸收
?
第四章 主要内容
本章要求 4.1气液相平衡
掌握
重点掌握
4.2吸收和解吸过程
4.3多组分吸收和解吸的简捷计算
4.4化学吸收 本章小结 参考文献 思考题
掌握 掌握
本章要求:
1)了解吸收过程的特点及分类,掌握气液 相平衡关系:物理吸收相平衡关系、有化学 吸收的相平衡关系。 2)了解吸收和解吸过程流程。 3)掌握多组分吸收和解吸过程的简捷计算 法,吸收因子法。 4)了解化学吸收类型和增强因子。
概述
1、吸收和解吸
吸收是利用液体处理气体混合物,根据气 体混合物中各组分在液体中溶解度的不同, 而达到分离目的传质过程 分离的介质是某一种液体溶剂称之为吸收 剂,被吸收的气体混合物称为溶质 解吸操作是将溶质从吸收液中驱赶出来

2、工业生产中的吸收过程
①净化或精制气体 ②分离气体混合物 ③将最终气态产品制成溶液或中间产品 ④废气治理
4.1.1物理吸收的相平衡
低压--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数成正比,其比例系数 为亨利系数。
3、吸收过程的分类
⑤按汽液两相接触方式和采用的设备形式 ⑴喷淋吸收 填料塔或空塔:气、液两相都连续。 淋降板塔:气相连续,液相分散。 ⑵鼓泡吸收 鼓泡塔或泡罩塔:液相保持为连续相,气 相分离为小气泡通过液层。
⑶降膜吸收 降膜式吸收器,使气、液两相均连续,用于吸收热效应 大的情况
小结
单组分吸收
相对溶解度 多组分吸收 吸收过 程分类 物理吸收 化学吸收 喷淋吸收 吸收温度 非等温吸收 等温吸收
贫气吸收
吸收量 恒摩尔流 恒温操作
化学反应
汽液接触方式
富气吸收
鼓泡吸收 降膜吸收
4 气体吸收
4.1 气液相平衡
如果一个混合物处于其中大多数组分的 临界温度以上的系统温度,则习惯上称该混 合物为“气体”,气体的溶解度是吸收和解 吸操作的热力学基础。
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