化工原理 第8章 气体吸收 典型例题题解优秀
化工原理第八章习题答案
气体吸收单元自测题答案一、填空题1．组分在溶剂中溶解度的差异 2．难溶 3．大于、上方 4．易溶、0.09975．液相、气相；降低、升高6．存在气液相界面、在相界面上气液达到平衡、传质阻力集中在液膜和气膜内；气膜、液膜 7．几乎不变、增大 8．增大、增加 9．无限高 10．90%11．mG /L 、L /mG12．减小、减小、减小、不变、减小、不变 13．不变、减小、减小 14．减小、增大 二、选择题1．A 2．D 3．A 4．C 5．C 6．B 7．A 8．B 9．C 10．C三、问答题1、答：气体出塔含量y 2增大，达不到设计要求，液体出塔含量x 1也增大。
2、答：(1)在L /G ＞m 情况下，y 2受相平衡约束等于mx 2，增大L 不会降低y 2，只会无谓降低x 1，增大操作负荷。
(2)在L /G ＜m 情况下，增L 大对降低y 2效果显著。
3、答：判断过程方向；指明过程极限；计算过程推动力。
四、推导题推导：出塔气相组成12)1(Y Y η-=由最小液气比的定义式得21212*121min /X m Y Y Y X X Y Y G L --=--=⎪⎭⎫⎝⎛ 因为以纯溶剂为吸收剂，所以X 2＝0，则ηηηm m m Y Y Y G L =--=--=⎪⎭⎫⎝⎛)]1(1[/)1(111min五、计算题1、解：出塔气气相组成001053.095.005.0)98.01()1(12=⨯-=-=Y Y η最小液气比176.12.1/05263.0001053.005263.0/2121min=-=--=⎪⎭⎫⎝⎛X m Y Y Y G L 气体处理量为16.126273314.82826325.101=⨯⨯==RT pV G kmol/h(1)出塔液相组成03133.0)001053.005263.0(176.14.11)(211=-⨯=-=Y Y LG X(2)清水的耗用量71.20716.126176.14.1=⨯⨯=L kmol/h(3)填料层高度 塔横截面积为785.013600/2826==Ωm 2气相总传质单元高度893.0785.018016.126=⨯=Ω=a K G H Y OG m平均对数推动力为005259.0 001053.003133.02.105263.0ln001053.003133.02.105263.0ln)()(22112211=⨯--⨯-=-----=∆mXY mX Y mX Y mX Y Y m气相总传质单元数81.9005259.0001053.005263.021=-=∆-=mOG Y Y Y N填料层高度76.881.9893.0=⨯==OG OG N H H m2、解：(1)出塔液相组成0162.075.08.0015.01015.08.075.0/11=⨯-=⨯=Y X(2)清水用量出塔气体中溶质的浓度为000305.0015.01015.0)98.01()1(12=-⨯-=-=Y Y η入塔气相组成015228.01=Y入塔气体的量9665.19293314.848033.101=⨯⨯==RTpV G kmol/hkg/h24.325kmol/h 069.18 0162.0)000305.0015228.0()015.01(9665.19)(2121==-⨯-⨯=--=X X Y Y G L3、解：(1) 0045.009.0)95.01(009.0221=⨯-===y x y368.1)2.1/09.0/()0045.009.0(2.1)/(2.1/min =-==G L G L00872.0)0045.0/015.0(/)0045.0015.0(0045.0015.02.10625.009.00625.0368.1/)0045.009.0(/)(21211=-=∆=∆=⨯-=∆=-=-=Ln y y y L y y G x mmH N OG 84.78.08.98.900872.0/)0045.009.0(=⨯==-=(2)0005.00625.009.0211===x x y`22212124.94)09.0/0052.0(1/1 0052.0 368.1)/()( / =-=-===--∴y y y x x y y G L η解得：不变5、解：解吸塔操作正常时，吸收塔液体出口含量013.0001.05.1002.002.0)(2211=+-=+-=x y y LG x此时吸收过程的平均推动力与传质单元数分别为：00211.0 001.02.1002.0013.02.102.0ln)001.02.1002.0()013.02.102.0(ln)()(22112211=⨯-⨯-⨯--⨯-=-----=∆mx y mx y mx y mx y y m53.800211.0002.002.021=-=∆-=mOG y y y N当解吸塔操作不正常时，N OG 不变。
化工原理-5-第八章-气体吸收
课后习题
P70页 5、6、7 下周上课前交
8.4.4填料塔的设计型计算和操作型分析 无论是设计型问题还是操作型问题，其求解的方法都是通过联立 求解全塔物料衡算和填料层高度计算式以及相平衡关系式。下面 分别讨论： 一、填料塔的设计型计算 设计型计算的特点：给定进口气体的溶质浓度yb、进塔混合气的 流率G、相平衡关系及分离要求，计算达到指定的分离要求所需 要的塔高度。 要完成设计型计算还要解决以下问题： ①确定传质系数； ②气液两相流向的选择，通常采取逆流操作； ③吸收剂进口浓度的确定； ④吸收剂用量的确定。
* 故： yb yb yb 0.05 0.14 0.224 0.01864
m 2 .s
* y a y a y a 4 10 4 0.14 0.002 0.00372
0.01864 0.00372 y m 9.258 10 3 0.01864 ln 0.00372
H 1.1508 4.96 5.65m
二、填料塔的操作型计算
特点：塔设备已给定（对填料塔高度h已知），基本类型有：
①校核现有的塔设备对指定的生产任务是否适用，如已知T、 P、H、G、L、xa、yb，校核ya是否满足要求； ②考察某一操作条件改变时，吸收结果的变化情况或为达到 指定的生产任务应采取的措施。如对给定的吸收塔，若气体处 理量增加（其余条件不变），分析ya、yb的变化趋势或此时应 采取什么措施才有可能使ya保持不变。
G y ya L
mG m 2G mG 1 y b mx a L y a L xa L 1 ln mG y a mx a 1 L
最后整理得：
mG y b mx a mG 1 ln 1 mG L y a mx a L 1 L L A ，A称为吸收因数 引入概念：令 mG 其几何意义为：操作线斜率L/G与平衡线斜率m之比；而 N OG
化工原理--第八章 气体吸收
第八章气体吸收1.在温度为40℃、压力为101.3kPa 的条件下，测得溶液上方氨的平衡分压为15.0kPa 时，氨在水中的溶解度为76.6g (NH 3)/1000g(H 2O)。
试求在此温度和压力下的亨利系数E 、相平衡常数m 及溶解度系数H 。
解：水溶液中氨的摩尔分数为76.6170.07576.610001718x ==+由*p Ex=亨利系数为*15.0kPa 200.00.075p E x ===kPa 相平衡常数为t 200.0 1.974101.3E m p ===由于氨水的浓度较低，溶液的密度可按纯水的密度计算。
40℃时水的密度为992.2ρ=kg/m 3溶解度系数为kPa)kmol/(m 276.0kPa)kmol/(m 180.2002.99233S ⋅=⋅⨯==EM H ρ2.在温度为25℃及总压为101.3kPa 的条件下，使含二氧化碳为3.0%（体积分数）的混合空气与含二氧化碳为350g/m 3的水溶液接触。
试判断二氧化碳的传递方向，并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力。
已知操作条件下，亨利系数51066.1⨯=E kPa ，水溶液的密度为997.8kg/m 3。
解：水溶液中CO 2的浓度为33350/1000kmol/m 0.008kmol/m 44c ==对于稀水溶液，总浓度为3t 997.8kmol/m 55.4318c ==kmol/m 3水溶液中CO 2的摩尔分数为4t 0.008 1.4431055.43c x c -===⨯由54* 1.6610 1.44310kPa 23.954p Ex -==⨯⨯⨯=kPa气相中CO 2的分压为t 101.30.03kPa 3.039p p y ==⨯=kPa <*p故CO 2必由液相传递到气相，进行解吸。
以CO 2的分压表示的总传质推动力为*(23.954 3.039)kPa 20.915p p p ∆=-=-=kPa3.在总压为110.5kPa 的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。
气体吸收(化工原理)习题及答案
气体吸收（化工原理）习题及答案气液平衡1．在常压、室温条件下，含溶质的混合气的中，溶质的体积分率为10％，求混合气体中溶质的摩尔分率和摩尔比各为多少？解：当压力不太高，温度不太低时，体积分率等于分摩尔分率，即y=0.10根据 y-1y Y ＝，所以0.110.1-1 0.1Y =＝ 2．向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入纯的CO 2气体，经充分接触后，测得水中的CO 2平衡浓度为2.875×10－2kmol/m 3，鼓泡器内总压为101.3kPa ，水温30℃，溶液密度为1000 kg/m 3。
试求亨利系数E 、溶解度系数H 及相平衡常数m 。
解：查得30℃，水的kPa 2.4=s pkPa 1.972.43.101*=-=-=s A p p p稀溶液：3kmol/m 56.55181000==≈S M c ρ421017.556.5510875.2--⨯=⨯==c c x A kPa 10876.11017.51.9754*⨯=⨯==-x p E A )m kmol/(kPa 1096.21.9710875.2342*⋅⨯=⨯==--A Ap c H 18543.10110876.15=⨯==p E m 3．在压力为101.3kPa ，温度30℃下，含CO 2 20％（体积分率）空气－CO 2混合气与水充分接触，试求液相中CO 2的摩尔浓度、摩尔分率及摩尔比。
解：查得30℃下CO 2在水中的亨利系数E 为1.88×105kPaCO 2为难溶于水的气体，故溶液为稀溶液 kPa)kmol/(m 1096.2181088.11000345⋅⨯=⨯⨯==-S SEM H ρ kPa 3.2033.10120.0*A =⨯==yp p334*km ol/m 1001.63.201096.2--⨯=⨯⨯==A A Hp c 18523.1011088.15=⨯==p E m 4-101.0818520.20m y x ⨯=== 4-4--4101.08101.081101.08x -1x X ⨯=⨯⨯=－＝ 4．在压力为505kPa ，温度25℃下，含CO 220％（体积分率）空气－CO 2混合气，通入盛有1m 3水的2 m 3密闭贮槽，当混合气通入量为1 m 3时停止进气。
陈敏恒《化工原理》(第4版)(下册)课后习题(第8~10章)【圣才出品】
系统，
，则
液相推动力 气相推动力
8-5 某逆流吸收塔塔底排出液中含溶质 x＝2×10－4（摩尔分数），进口气体中含溶质
2.5％（体积分数），操作压强为 101kPa。气液相平衡关系为 y＝50x。
现将操作压力由 101kPa 增至 202kPa，问塔底推动力（y－ye）及（xe－x）各增加至
原有的多少倍。
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解：已知：G＝l6kmol/（m2·h），p＝l01.3kPa，kya＝64.6kmol/（m3·h），kLa＝16.6kmol/ （m3·h），pA＝4.62cA，（pA：kPa，cA：kmol/m3）。求：（1）Kya，HOG；（2）液相阻力
解：已知： 查
图 8-2-3 。求 。
，饱和蒸汽压 pA1＝4.24kpa，则
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pB1 101.3 4.24 97.06kPa
pB2 101.3kPa
pBm
pB2 ln
pB1 pB2
101.3 97.06 ln 101.3
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陈敏恒《化工原理》（第 4 版）（下册）课后习题
第 8 章 气体吸收
（一）习题 气液相平衡 8-1 在盛水的鼓泡吸收器中通入纯 C02 气，如图 8-2-1 所示，经长期接触后测得水中 C02 的平衡溶解度为 2.857×10－2mol/L 溶液。鼓泡器中的总压为 l01.3kPa，水温 30℃， 溶液的密度ρm＝996kg/m3。求亨利系数，并将此实验值与文献值 E＝188.5MPa 作比较。
《化工原理》第八章-吸收章练习
mG L
) 1
1
mG ] L
L
1
1 0.926
ln[(1
0.926) 1
1 0.9
0.926]
6.9
H OG
H OL
mG L
1.2 0.926
1.11m
H=HOGNOG=1.11×6.9=7.66m
(2) 当NOG→∞时，由于
mG 1 , x2=0
L
y2min=mx2=0, ηmax=100%
mG ] L
L
↑；不变
二、作图题
以下各小题y~x图中所示为原工况下的平衡线与操 作线，试画出按下列改变操作条件后的新平衡线 与操作线：
1．吸收剂用量增大
2．操作温度升高
1．吸收剂用量增大
2．操作温度升高
3．吸收剂入口浓度降低
3．吸收剂入口浓度降低
三、用清水逆流吸收除去混合物中的有害气体， 已知入塔气体组成，y1=0.1，η=90%，平衡关系： y=0.4x，液相传质单元高度HOL=1.2m，操作液气 比为最小液气比的1.2倍。试求：
8．GL m , y2min=mx2=0；
L m,
G
x1
y1 m
y2
y1
L ( y1 Gm
x2 )
0.1 0.1 1.5 2
0.025
9． L m
G
，NOG
y1 y2 ym
y1 y2 y2 mx2
1
9
10．N OG
1 1 mG
ln[(1
mG ) L
y1 y2
mx 2 mx 2
8．设计时，用纯水逆流吸收有害气体，平衡关系 为y=2x，入塔y1=0.1，液气比(L/G)=3，则出塔气 体浓度最低可降至 ，若采用(L/G)=1.5，则出 塔气体浓度最低可降至 。
化工原理吸收习题及答案
化工原理吸收习题及答案化工原理吸收习题及答案化工原理是化学工程专业的一门基础课程，主要涉及化学反应原理、物质转化和传递过程等内容。
其中，吸收是一种常见的分离和纯化技术，在化工生产中起到重要作用。
为了帮助学生更好地理解和掌握吸收原理，以下将介绍一些化工原理吸收习题及答案。
习题一：某化工厂需要将氨气从废气中吸收出来，工艺流程如下：氨气从废气中通过气体吸收塔进入吸收液中，吸收液中的氨气通过反应与溶液中的酸发生反应生成盐类。
请回答以下问题：1. 吸收液中的酸应选择什么样的性质？2. 如何选择合适的吸收液浓度？3. 吸收液中酸的浓度越高，吸收效果会如何变化？答案一：1. 吸收液中的酸应选择具有较强酸性的物质，例如硫酸、盐酸等。
这样的酸性物质可以与氨气快速反应生成盐类，实现氨气的吸收。
2. 吸收液的浓度应根据氨气的浓度和吸收效果要求来选择。
一般来说，如果氨气浓度较高，吸收液的浓度也应相应提高，以增加吸收效果。
3. 吸收液中酸的浓度越高，吸收效果会更好。
因为酸浓度越高，氨气与酸反应生成盐类的速率越快，吸收效果也就越好。
习题二：某化工过程中，需要从气体混合物中吸收二氧化硫。
已知气体混合物中的二氧化硫浓度为10%，请回答以下问题：1. 选择合适的吸收液时，应考虑哪些因素？2. 如果吸收液中的溶剂选择不当，会对吸收效果产生什么影响？3. 吸收液中的溶剂浓度选择应如何确定？答案二：1. 在选择合适的吸收液时，应考虑溶剂与待吸收气体的亲和力、反应速率、溶解度等因素。
合适的吸收液应能够与二氧化硫发生反应生成稳定的产物，并且具有较高的溶解度。
2. 如果吸收液中的溶剂选择不当，可能会导致吸收效果不佳甚至无法吸收。
例如，如果溶剂与二氧化硫反应生成的产物不稳定，会导致产物再次分解释放出二氧化硫，从而无法实现吸收的目的。
3. 吸收液中的溶剂浓度选择应根据二氧化硫的浓度和吸收效果要求来确定。
一般来说，如果二氧化硫浓度较高，吸收液的溶剂浓度也应相应提高，以增加吸收效果。
化工原理-第8章 气体吸收
8.3 扩散和单相传质
① 溶质由气相主体传递到两相界面，即气相内的物质传递；
② 溶质在相界面上的溶解，由气相转入液相，即界面上发生 的溶解过程
③ 溶质自界面被传递至液相主体，即液相内的物质传递。 通常，第②步即界面上发生的溶解过程很容易进行，其阻力很小
( 传质速率 小，
=
传质推动力 传质阻力
)故认为相界面上的溶解推动力亦很
8.1概述
①溶剂应对被分离组分（溶质）有较大的溶解度，或者说在 一定的温度与浓度下，溶质的平衡分压要低。这样，从平衡角度 来说，处理一定量混合气体所需溶剂量较少，气体中溶质的极限 残余浓度亦可降低；就过程数率而言，溶质平衡分压↓，过程推 动力大，传质数率快，所需设备尺寸小。
②溶剂对混合气体中其他组分的溶解度要小，即溶剂应具备 较高的选择性。若溶剂的选择性不高，将同时吸收混合物中的其 他组分，只能实现组分间某种程度的增浓而不能实现较为完全的 分离。
⑷工业吸收流程（见旧讲稿） 由流程图可见，采用吸收操作实现气体混合物的分离必须解决下 列问题： ①选择合适的溶剂，使能选择性比溶解某个（或某些）被分离组 分； ②提供适当的传质设备（多位填料塔，也有板式塔）以实现气液 两相的接触，使被分离组分得以从气相转移到液相（吸收）或气相 (解吸)；
8.1概述
注意：此时并非没有溶质分子继续进入液相，只是任何瞬间 进入液相的溶质分子数与从液相逸出的溶质分子数恰好相等，在 宏观上过程就象是停止了。这种状态称为相际动平衡，简称相平 衡。
8.2.1平衡溶解度
⑴溶解度曲线
对 单 组 分 物 理 吸 收 的 物 系 ， 根 据相律 ，自 由度数F 为F=CΦ+2=3-2+2=3(C=3,溶质A，惰性组分B,溶剂S，Φ＝2，气、液两 相)，即在温度 t ，总压 p ，气、液相组成共4个变量中，由3个自 变量（独立变量），另1个是它们的函数，故可将平衡时溶质在气
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4
可见水蒸气的分压是很小的，一般来说，可以不考虑。
pCO2 ? 121.3 ? 103 ? 3.2 ? 103 ? 118.1 ? 103 Pa
液相中的CO 2浓度
xCO 2 ?
pCO 2 E
?
118.1 ? 103 1.66 ? 108
? 71.1 ? 10?5
膨胀之前水中的CO 2含量
X1
?
x1 1 ? x1
?
0.002 1 ? 0.002
?
0.002
m1
?
0.002 ? 44 1 ? 18
? 0.0049kg / kg
膨胀之后水中的CO2含量 ? m ? 0.0049? 0.0017 ? 0.0032kg / kg
m2
?
71.1 ? 10 ?5 1 ? 18
?
44
?
0.0017
5
例3： 扩散传质速率方程式的应用----气相扩散系数的测定
y2
1L
2
y3 ? 0 x 3 G
x2 x1
1 L
2
x2
x3
1 L
2
G
y1
y2 G y3 ? 0
12
例1： 吸收塔高（填料层高）的计算
在一逆流操作的吸收塔中用清水吸收氨 --空气混合气中的氨，混 合气流量为0.025kmol/s, 混合气入塔含氨摩尔分数为0.02，出塔含氨
摩尔分数为0.001。吸收塔操作时的总压为101.3kPa ，温度为293k， 在操作浓度范围内，氨水系统的平衡方程为 y=1.2x ，总传质系数
z mm
10 20 30 40
气流B
z
液 体 A
50
在101.3kPa , 48 oC下，测定CCl 4在空气中
60
的扩散系数。
6
解：
作拟定态处理，某时刻τ，扩散距离为 z时的分子扩散速率
NA ?
P RT
?
D ln z
pB 2 pB1
气流B
在dτ 时间内汽化的CCl 4量=CCl 4扩散出管口的量
在如图所示的垂直细管中盛以待测组分的液体，该组分通过静止 气层 z 扩散至管口被另一股气流 B 带走。紧贴液面上方组分A的分 压为液体A在一定温度下的饱和蒸气压，管口处 A的分压可视为零。 组分A的汽化使扩散距离 z 不断增加，记录时间τ与 z的关系。
? ks
0 9.34 24.9 46.7 74.8 109.0
? ym
? y1 ? ? y2
? y2
?
?y 1
?
y1 ?
m x 1 ??
y2
?y 2
?
m x 2 ?ln
y1 ? m x1 y2 ? m x2
?
?y1
?
y1 ? y2
y2 ?? m?x1
?
x 2 ?ln
y1 y2
? ?
mx 1 mx 2
?
y1 ? y2
ln y1 ? mx 1
?y1
?
y2 ??
m
G L
E ? 1.88 ? 105 kPa
C CO2
?
1.0 44 mol 1l
?
1 44
kmol m3
CM
?
Cs
?
996 18.02 1
?
kmol 55.3 m 3
x CO 2
?
C CO2 CM
?
1 44 ? 4.11 ? 10? 4
55.3
pCO2 ,e ? Ex CO2 ? 1.88 ? 105 ? 4.11 ? 10?4 ? 77.3kPa
AN Ad?
?
? L Adz
MA
NA
?
?L
MA
dz
d?
P
?
D ln
pB 2
?
?L
dz
RT z pB1 M A d?
z
液 体 A
? ? z 2zdz ? 2M A ? DP ln pB2 ? d?
z0
? L RT pB1 0
z2
?
z0 2
?
????
2M
?L
A
?
DP RT
ln
pB2 pB1
?????7Fra bibliotekz2第8章 吸收 典型例题题解
1
相平衡关系的应用 例1：在总压1200kPa , 温度303k下，含CO 25.0% （V% ）与含CO 2
1.0g/l 的水溶液相遇，问：发生吸收还是解吸？并以分压差表示传
质的推动力。 解：
判断传质的方向，即将溶液中溶质的平衡分压 pe 与气相中的分压进行比较。
pCO2 ,e ? Ex CO2
pCO2 ? 1200 ? 5.0% ? 60kPa
pCO2 ,e ? pCO2 解吸
pCO2 ,e ? pCO2 ? 77.3 ? 60 ? 17.3kPa
2
例2：惰性气体与CO 2的混合气体中，CO 2的体积分数为30% ，在 表压1 Mpa 下用水吸收。设吸收塔底水中溶解的CO 2达到饱和，此 吸收液在膨胀槽中减压（表压）至20kPa ，放出大部分CO 2 ，然后 再在解吸塔中吹气解吸。设全部操作范围内水与 CO 2的平衡关系服 从亨利关系，操作温度为20oC ，求1kg水在膨胀槽中最多能放出多 少kg的CO 2气体？
?
z0 2
?
????
2M
?L
A
?
DP RT
ln
pB2 pB1
?????
在直角坐标上，以 z2为纵坐标，τ为横坐标，得直线的斜率B，其 中含扩散系数 D
B ? 3.21 ? 10 ? 3 m 2 s
z2
?
D ? B ? ? L RT ? 1 ? 9.12? 10?6 m2
2M AP ln pB2
s
pB1
膨胀槽
吸
收
塔
解
吸
塔
3
解：吸收塔塔底气相中CO 2的分压（绝对压）
? ? pCO2 ? 1? 106 ? 0.1? 106 ? 30% ? 0.33 ? 106 Pa
查 25oC下，CO 2在水中溶解的亨利系数 E ? 1 .66 ? 10 2 MPa
CO 2在水中的饱和浓度(最大浓度)
xCO2
?
pCO 2 E
?y1
?
y2 ?
y2 ? mx 2
N OG
?
1 1? m
ln y1 ? mx 1 y2 ? mx 2
L
10
G
根据流程画操作线
例1：吸收塔根据流程画操作线
y1
x2
x3
y3
x1
y1
?L
G
y2
L
y3
G
x3
x2
x1
y2
x2
11
例2：解吸塔根据流程画操作线
L
操作线在平衡线的下方因为 ye ? y
x1
1y
L G
?
0.33 ? 106 1.66 ? 108
? 0.20 ? 10? 2 ? 0.002
膨胀槽内CO 2发生解吸,解吸后,CO 2在气、液相中的浓度是呈平衡的。 解吸气的总压力（即膨胀槽中压力）为
PT ? 20 ? 10 3 ? 101.3 ? 10 3 ? 121.3 ? 10 3 Pa 25oC时水的饱和蒸气压 pw ? 3.2 ? 10 3 Pa
8
传质阻力的问题 ky 小或 m小，气膜控制
1 ?? m
ky
kx
1 ? 1?m Ky ky kx
kx 小或 m大，液膜控制
1 ?? 1 k x k y ?m
1 ? 1? 1 K x k x k y ?m
9
平均推动力方法的另一种表达方式：
当气液平衡关系可以用亨利定律来表示时， y=mx
N OG
?
y 1 ? y 2 ? y 1 ? y 2 ln ? y 1