气液平衡
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。
气液相平衡
ΔX=X*-X
Δc A
=
c
* A
−
cA
18
2）在x～y图
y
A·
y*
C
x
19
B AC = y − y * AB = x * − x
x*
例5-2-3 在一填料塔内用清水逆流吸收某二元混合 气体中的溶质A。已知进塔气体中溶质的浓度为0.03 （摩尔比，下同），出塔液体浓度为0.0003，总压为 101kPa，温度为 40℃，问: （1）压力不变，温度降为20℃时，塔底推动力
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
吸收过程：y > y* x* >x或 c*A > cA
15
y
y1
·A
y* = mx
y2*
y1* y2
·B
x2* x1 x2 x1* x
A点：平衡线上方，吸收 y1 > y1 * 或x1* > x1
B点：平衡线下方，解吸 y2* > y2或x2 > x2 *
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二、指明过程进行的极限——相平衡
1）逆流，塔高无限
⇒ Y* =m X 1+Y * 1+ X
⇒ Y * = mX 1 + (1 − m)X
⎯稀⎯溶⎯液 X⎯⎯小→ Y * ≈ mX
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。
气液平衡的计算方法
合肥学院Hefei University 《化工热力学》过程论文题目: 气液平衡的计算方法系别: 化学与材料工程系专业：化学工程与工艺学号：1303021001姓名：于晓飞教师：***气液平衡的计算方法摘要:气液平衡计算是化学过程中一项十分重要的计算。
气液平衡的计算方法有几种，活度系数法，状态方程法（EOS 法)，GEMC 和GDI 方法计算流体气液相平衡。
在气液平衡的计算中有三种泡点计算 、露点计算和闪蒸计算,这里我们对闪蒸计算不做研究。
关键词：气液平衡 计算方法GEMC GDI 正文:气液平衡计算的基本公式及计算类型：相平衡的判据应用于气液平衡，即为：=fV iˆf L iˆ（i=1，2，3,…,N ）式中,fiˆ为混合物中组分i 的逸度；上标V 指的是气相；上标L 指的是液相。
上式既是气液平衡的准则，有事气液平衡计算的基本公式。
具体应用时,需要建立混合物中组分的逸度fV iˆ、fL iˆ与体系的温度、压力以及气液相平衡组成关系.1.1活度系数法根据溶液热力学力论，将液相中组分的逸度与组分的活度系数相联系,简称活度系数法.对液相，由活度与活度系数的定义式得出f L iˆ=fx iiiθγ式中,fiθ为标准态的逸度，以取Lewis-Randall 定则为基准的标准态，即纯液体i在体系的温度下的逸度。
fiθ=fL i=dp pp RTs i V p Li S iS i⎰exp φ式中，指数项dp pp RT s i V Li ⎰exp 称为Poynting 因子,其意义是压力对fiθ影响的校正。
对气相 将f L iˆ与f V iˆ表达式带入式中，得φˆV ip y i =dp p RTpL iS iSiiisiVp x ⎰expφγ （i=1，2，…，N ）式中,y i和x i 分别为汽、液相中组分i 的摩尔分数;φˆV i为气相混合物中组分i 在体系温度T ，体系压力p 下的逸度系数；γi 为液相中组分i 的活度系数；pS i为纯组分i 在体系温度T 时的饱和蒸气压；φS i为纯组分i 在体系温度T 与其饱和蒸气压pS i时的逸度系数；V Li 为纯组分i 在体系温度T 时液相的摩尔体积.1.2GEMC 方法计算原理GEMC 方法可同时在两个模拟盒子中进行蒙特卡罗(MC ）模拟，二者相对独立,但保持热力学相关，即满足相平衡条件（压力、温度和化学势相等）,其温度T 、总体积V 和两个盒子中的总粒子数N 保持不变。
气液平衡方程
气液平衡方程气液平衡是物理化学中的重要概念，描述了气体和液体相互作用的过程。
在很多实际应用中，了解气液平衡方程可以帮助我们理解和预测物质在不同温度和压力下的行为，从而为工业、环境和化学工程的设计提供依据。
1. 概述气液平衡是指在一定温度和压力下，气体和液体之间能够达到稳定的平衡状态。
气体分子和液体分子之间的相互作用力包括吸引力和斥力，主要有范德华力和表面张力。
在气液平衡中，液体分子蒸发形成气体，同时气体也会溶解在液体中。
当气体分子进入液体中，会和液体分子发生相互作用，并达到一种平衡状态，即液体的蒸发速率等于液体中气体的溶解速率。
这个平衡状态可以通过气液平衡方程描述。
2. 气液平衡方程的推导根据气体分子动理论和热力学中的平衡条件，可以推导出气液平衡方程。
在一定温度下，液体汽化的过程可以认为是液体分子逃逸出液体表面的过程。
根据反应速率和化学动力学的理论，液体汽化速率与液体表面上气体分子的数目成正比。
假设液体表面上每平方厘米有单位时间内蒸发或凝聚的分子数分别为dn1dt 和dn2dt，则单位时间内蒸发分子数与单位时间内凝聚分子数之差为：dn dt =dn1dt−dn2dt根据单位时间内蒸发分子数与单位时间内凝聚分子数之差等于单位时间内液体表面减少的分子数，可以得到：dn dt =−dNdt其中，dN表示单位时间内液体表面减少的分子数。
根据斯托克斯方程，可以将dN 表示为：dN=A⋅[P饱和−P]其中，A为液体表面积，P饱和为液体饱和蒸气的压强，P为液体与气体接触时的压强。
将dN的表达式带入上式，可以得到：dn=−A⋅(P饱和−P)dt考虑到饱和蒸气压与温度有关，即P饱和=f(T)，可将上式改写为：dn=−A⋅[f(T)−P]dt又称为液体的蒸发速率r，用摩尔分数表示而单位时间内单位面积上蒸发分子数dndt为y1。
因此，可得到气液平衡方程的一般表达式：r=−A⋅[f(T)−P]3. 气液平衡方程的应用气液平衡方程的应用非常广泛，在工业、环境和化学工程的设计中经常被使用。
气液平衡条件
气液平衡条件气液平衡条件1. 气液平衡的定义气液平衡是指在一定温度和压力下，气体和液体达到动态平衡的状态。
气液平衡的实现依赖于一系列的条件与因素。
2. 沸腾现象沸腾是气液平衡中的一种常见现象，主要表现为液体在达到一定温度下蒸发成气体并产生大量气泡。
沸腾现象的条件包括：•温度足够高，使液体分子能够获得足够的动能。
•压力足够低，使气泡能够稳定存在并升至液面。
3. 气液平衡条件气液平衡的实现需要满足以下条件：•温度–气液平衡的温度是指在一定压力下，气体和液体达到平衡的温度。
–高温能够增加气体分子的动能，促使蒸发。
–低温则使气体分子动能减小，更有利于液体形成。
•压力–气液平衡的压力是指在一定温度下，气体和液体达到平衡的压力。
–压力过低会导致气体分子蒸发过快，难以形成液体。
–压力过高则会增加液体的蒸发难度。
•物质的特性–不同物质在不同温度和压力下具有不同的气液平衡条件。
–每种物质在特定温度下有对应的饱和蒸气压。
4. 影响气液平衡的因素气液平衡受到以下因素的影响：•温度的改变会影响气液平衡的位置和速率。
•物质的性质决定了其气液平衡的条件。
•压力的变化会对气液平衡产生重要影响。
5. 应用领域气液平衡条件的研究和应用广泛存在于以下领域：•化学工程：在化学反应中，了解气液平衡条件可以帮助控制反应速率和产品生成。
•医学领域：了解气液平衡条件对于血液中气体溶解和气体交换的研究非常重要。
•环境工程：了解气液平衡条件有助于研究大气和水体中的污染物传输和分布。
结论气液平衡是气体和液体在一定温度和压力下达到动态平衡的状态。
温度、压力以及物质的特性是影响气液平衡的重要因素。
研究气液平衡条件对于工程、医学和环境等领域具有重要意义。
为了更好地理解气液平衡条件，还需进一步深入研究。
气液相平衡方程
气液相平衡方程
气液相平衡方程是描述气体和液体之间物质传递的数学关系。
它是化学工程、环境科学、生物工程等领域中重要的理论工具。
气液相平衡方程的基本形式是亨利定律，即气体在液体中的溶解度与气体的分压成正比。
这个方程可以用以下数学表达式表示：
C = kH * P
其中，C是气体在液体中的溶解度，kH是亨利常数，P是气体的分压。
亨利常数是气体溶解度与分压的比例常数，它依赖于具体的气体和溶剂系统。
除了亨利定律，还有其他描述气液相平衡的方程，比如罗特定律和拉乌尔定律。
罗特定律是描述溶剂中溶质的逸度与溶液中溶质的摩尔分数之间的关系。
拉乌尔定律是描述理想混合溶液的蒸气压与组成之间的关系。
在工程实践中，气液相平衡方程经常用于设计和优化化工装置。
例如，在气体吸附过程中，通过气液相平衡方程可以计算出吸附剂中溶质的负荷量。
在化学反应工程中，气液相平衡方程可以帮助确定反应器中气体和液体的相互作用，从而优化反应条件。
此外，气液相平衡方程还可以应用于环境科学研究中。
例如，在水体中溶解氧的研究中，可以利用亨利定律来计算氧气在水中的溶解度，从而评估水体的氧化能力。
在大气污染研究中，可以利用拉乌尔定律来估算不同气体在大气中的浓度。
总之，气液相平衡方程是描述气体和液体之间物质传递的重要工具。
通过这些方程，可以深入理解气体和液体的相互作用，为工程设计和科学研究提供有力的支持。
空气与水的气液平衡原理
空气与水的气液平衡原理空气与水的气液平衡原理是指当水与空气接触时，两者之间会发生物质的传递和平衡，从而形成水体和大气中溶解气体浓度的关系。
这种平衡是通过溶质的扩散、吸附和脱附等过程实现的。
本文将详细介绍空气与水的气液平衡原理。
首先，我们来了解一下气体溶解于液体中的基本原理。
气体分子在液体中溶解的过程可以分为三个主要步骤：气体分子通过扩散进入液体，然后逐渐与液体分子间相互作用，最后被液体吸附或反应生成新的物质。
这一过程受到温度、压力、液体性质等因素的影响。
在空气与水的气液平衡中，空气中的气体会溶解于水中。
气体溶解水的量可由亨利定律描述：在一定温度下，气体与溶液之间的溶解度（溶解质的浓度）与该溶质的分压成正比。
即溶解度与溶液中所含有的该气体分子的压力呈线性关系。
此外，温度也是空气与水的气液平衡中的重要因素。
一般情况下，温度升高会导致溶解度降低，即在相同的压力下，高温下水对气体的溶解度会较低。
这是因为温度增加会使液体分子的热运动加剧，分子之间的吸引力减弱，从而使气体分子与液体分子之间的作用力减小，溶解度降低。
除了温度和压力，溶解质本身的特性也会对气体在水中的溶解度产生影响。
溶解度与溶质的等值、溶质-溶剂分子之间的作用力、溶质分子的大小和形状以及液相中其他溶质的有无等因素相关。
在大气和水的气液平衡中，还存在气体在水体中的分布和传输过程。
大气中的气体通过扩散作用进入水体，形成溶解气体。
溶解气体在水体中可以通过对流、扩散和水体的混合转移。
此外，气体还可以通过化学反应与水体中的其他物质发生作用而在水体中转化。
总的来说，空气与水的气液平衡是通过气体分子在液体中的溶解和由溶质分子向气相的扩散、吸附、脱附等过程实现的。
这种平衡受到温度、压力、液相特性、溶质间相互作用等因素的影响。
了解和研究空气与水的气液平衡原理对于理解环境和大气污染、水体健康与污染以及气候变化等问题具有重要意义。
[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。
常用气液平衡的计算方法
常用气液平衡的计算方法气液平衡是工程领域中一个重要的计算问题，广泛应用于化工、环保、能源等领域。
常用的气液平衡计算方法包括理论计算方法、实验方法以及经验公式等。
本文将介绍几种常用的气液平衡计算方法。
1.热力学模型方法热力学模型方法是一种基于热力学理论的计算方法。
它可以通过各种状态方程以及物性数据，来计算气液系统的平衡条件和物态参数。
常见的热力学模型方法有Van der Waals 方程、Redlich-Kwong方程、Peng-Robinson方程等。
Van der Waals方程是最早提出的用于计算气液平衡的方程之一、它考虑了分子体积和分子间相互作用，可以较为准确地描述饱和蒸汽压和液体密度。
但它对于非理想气体的计算精度相对较低。
Redlich-Kwong方程是一种改进的Van der Waals方程，引入了温度因子和压力因子来修正Van der Waals方程的不足之处。
它对非理想气体的计算精度更高，特别适用于大分子物质的计算。
Peng-Robinson方程是目前应用最广泛的气液平衡计算方程之一、它综合考虑了Van der Waals和Redlich-Kwong方程的优点，通过引入修正因子和温度压力关联参数，可以较为准确地描述各种气体混合物的物态参数。
2.实验测量方法实验测量方法是通过实验手段来测量气液平衡的参数。
常用的实验方法包括测量饱和蒸气压、密度、相平衡温度等。
测量饱和蒸气压是一种常用的实验方法，常见的测量方法有饱和蒸汽压力法、质谱法、毛细管法等。
测量密度是另一种常用的实验方法，可以通过使用密度计或者浮力计来测量密度。
对于多组分混合物，可以使用浮法液体密度计来测量总浮力，并通过测量溶液密度和纯溶剂密度的差异来计算溶质的浓度。
相平衡温度可以通过制备一系列不同浓度的溶液，然后使用沸腾检测仪或者冷凝器等设备来测量相平衡温度。
3.经验公式方法经验公式方法是基于大量实验数据得出的简化近似计算公式。
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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数
成正比，其比例系数为亨利系数。
p
* A
Hale Waihona Puke Exp* A
——溶质在气相中的平衡分压，kPa；
X ——溶质在液相中的摩尔分数；
E ——亨利常数，单位同压强单位。
5.2 气液平衡
5.2.1 气液相平衡关系 5.2.2 相平衡关系在吸收过程中的应用
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5.2.1 气液相平衡关系
一、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。
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讨论： 1）E的影响因素：溶质、溶剂、T。
物系一定， T E 2）E大，溶解度小，难溶气体
E小，溶解度大，易溶气体
3）E的来源：实验测得；查手册
2. 亨利定律其他形式
（1）
pA*
cA H
H——溶解度系数， kmol/（m3·kPa）
cA——摩尔浓度，kmol/m3；
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H与E的关系：
pA pA* 、y - y*、 x* -x 、 cA* cA 、Y - Y* 2. 在X～Y图上
Y
A ·
P
Y*
X
X*
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【例5-1】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？
查得10℃时，氧气在水中的亨利系数E为1×106kPa。
平衡分压：平衡时气相中溶质的分压。
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相律分析： F＝C－＋2=3－2+2=3
当压力不太高、温度一定时
气 相 中
60℃
p* A
=f1（
x
）
氨 的
50℃
y*=f2（x）
分 压
40℃
p* A
=f3（
cA
）
30℃
液相中氨的摩尔数 氨在水中的溶解度
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101.3kPa
y
202.6kPa
x
20℃下SO2在水中的溶解度
pA*
cA H
c c
c H
x
E c H
c
S
ML MS (1 x) M A x MS
E S
HM S
H的讨论：1）H大，溶解度大，易溶气体 2）p对H影响小，
3) T H
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（2）
y* mx m——相平衡常数，无因次。
m与E的关系 ： pA* py*
y* p Ex
m E p
m的讨论：1）m大，溶解度小，难溶气体
2）T m
p m
（3） Y * mX
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5.2.2 相平衡关系在吸收过程中的应用
一、判断过程进行的方向
y
pA pA*
y
A由气相向液相传质，吸收过程 y*
pA pA* 平衡状态
y*
y
pA pA*
A由液相向气相传质，解吸过程
pA* py =101.3×0.21=21.27kPa
H S
EM S
CA*=HpA
cA*
S pA
EM S
cA*
1000 21.27 3.31106 18
3.57×10-4kmol/m3
W=3.57×10-4×32×1000=11.42g/m3
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【例5-2】在总压101.3kPa，温度30℃的条件下, SO2摩尔分数为0.3的混合气体与SO2摩尔分数为 0.01的水溶液相接触，试问： （1）SO2的传质方向； （2）其他条件不变，温度降到0℃时SO2的传质 方向； （3）其他条件不变，总压提高到202.6kPa时SO2 的传质方向，并计算以液相摩尔分数差及气相摩 尔数差表示的传质推动力。
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返回
pA, kPa
t=293K
CO2 NH3
10ncA, kmol/m3 几种气体在水中的溶解度曲线
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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
A
P
··B ·C
x
x
吸收过程：
y y*或 x* >x 或 cA* cA
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二、指明过程进行的极限 过程极限：相平衡
1. 逆流吸收，塔高无限
L y2,min y2* mx2
2. 逆流吸收，塔高无限
L
x1,max
y1 m
V，y2 L，x2 V，y1 L，x1
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三、确定过程的推动力 1. 吸收过程推动力的表达式