气液相平衡在吸收操作中的意义

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。

分离工程习题 一、填空： 1、分离过程分为（机械分离方法）和（传质分离）两大类。

2、传质分离过程分为（平衡分离过程）和（速率分离过程）两大类。

3、分离剂可以是（能量）和（物质）。

4、机械分离过程是（过滤、离心分离）、旋风分离、静电除尘 5、速率分离过程是超滤、渗析（膜分离、渗透）。

6、平衡分离过程是（吸收、萃取）、精馏、蒸发。

7、气液平相衡常数定义为（气相组成与液相组成的比值）。

8、理想气体的平衡常数与（组成）无关。

9、活度是（修正的）浓度。

10、低压下二元非理想溶液的相对挥发度α12等于（022011p p γγ）。

11、气液两相处于平衡时，（化学位）相等。

12、Lewis 提出了等价于化学位的物理量（逸度）。

13、逸度是（修正的）压力。

14、在多组分精馏中塔顶温度是由（露点方程）方程求定的。

15、露点方程的表达式为（∑=1K /y i i ）16、泡点方程的表达式为（∑=1x K i i ）。

17、泡点温度计算时若1x K i i >∑，温度应调（小）。

18、泡点压力计算时若1x K i i >∑，压力应调（大）。

19、在多组分精馏中塔底温度是由（泡点）方程求定的。

20、绝热闪蒸过程，节流后的温度（降低）。

21、若组成为Z i 的物系，1K /Z 1Z K i i i i >∑>∑且时，其相态为（气液两相）。

22、若组成为Z i 的物系，1Z K i i <∑时，其相态为（过冷液相）。

23、若组成为Z i 的物系，1K /Z i i <∑时，其相态为（过热气相）。

24、绝热闪蒸过程，饱和液相经节流后会有（气相）产生。

25、设计变量与独立变量之间的关系可用下式来表示（Ni ＝Nv －Nc ）。

26、设计变量分为（固定设计变量）与（可调设计变量）。

27、回流比是（可调）（固定、可调）设计变量。

28、关键组分的相挥发度越大，精馏过程所需的最少理论板数（越少）。

实验二化学吸收系统气液平衡数据的测定A 实验目的化学吸收是工业气体净化和回收常用的方法，为了从合成氨原料气、天然气、热电厂尾气、石灰窑尾气等工业气体中脱除CO2 、H2S、SO2等酸性气体，各种催化热钾碱吸收法和有机胺溶液吸收法被广泛采用。

在化学吸收过程的开发中，相平衡数据的测定必不可少，因为它是工艺计算和设备设计的重要基础数据。

由于在这类系统的相平衡中既涉及化学平衡又涉及溶解平衡，其气液平衡数据不能用亨利定律简单描述，也很难用热力学理论准确推测，必须依靠实验。

本实验采用气相内循环动态法测定CO2—乙醇胺（MEA）水溶液系统的气液平衡数据，拟达到如下目的：(1)掌握气相内循环动态法快速测定气液相平衡数据的实验技术。

(2)学会通过相平衡数据的对比，优选吸收能力大，净化度高的化学吸收剂。

(3)加深对化学吸收相平衡理论的理解，学会用实验数据检验理论模型，建立有效的相平衡关联式。

B 实验原理气液相平衡数据的实验测定是化学吸收过程开发中必不可少的一项工作，也是评价和筛选化学吸收剂的重要依据。

气液平衡数据提供了两个重要的信息，一是气体的溶解度，二是气体平衡分压。

从工业应用的角度看，溶解度体现了溶液对气体的吸收能力，吸收能力越大，吸收操作所需的溶液循环量越小，能耗越低。

平衡分压反映了溶液对原料气的净化能力，平衡分压越低，对原料气的极限净化度越高。

因此，从热力学角度看，一个性能优良的吸收剂应具备两个特征，一是对气体的溶解度大，二是气体的平衡分压低。

由热力学理论可知，一个化学吸收过程达到相平衡就意味着系统中的化学反应和物理溶解均达到平衡状态。

若将平衡过程表示为：A（气）‖A（液）+ B（液）= M（液）定义：m 为液相反应物B的初始浓度（mol/l）；为平衡时溶液的饱和度，其定义式为：mB A M 的初始浓度液相反应物组分的浓度形式存在的以反应产物=θa 为平衡时组分A 的物理溶解量。

则平衡时，被吸收组分A 在液相中的总溶解量为物理溶解量a 与化学反应量θm 之和，由化学平衡和溶解平衡的关系联立求解，进而可求得气相平衡分压m p A和与θ*的关系： 在乙醇胺（MEA ）水溶液吸收CO 2系统中，主要存在如下过程：溶解过程： CO 2（g ）= CO 2（l ） （1）反应过程： 5.0<θ时， -++=+R N C O O R N H R N H l CO 222)( （2）5.0>θ时， -+-+=++322222H C O R N H O H CO RNCOO （3）本实验仅讨论5.0<θ时的情况。

吸收操作线与相平衡线
操作线与相平衡线是研究相平衡状况和相变现象的重要工具。

操作线是二元混合物相图中连接各相点的连线，用来表示不同组成下的相平衡状态。

相平衡线是相图中表示相变边界的曲线，表示了在特定温度和压力下，不同相的存在范围。

在研究相平衡时，我们常常需要通过实验或计算来确定操作线和相平衡线。

通过实验，可以通过原位观察或测量等方式来确定混合物的相平衡状态。

而通过计算，则需要借助热力学平衡条件和相图的信息来得出操作线和相平衡线的方程。

操作线的存在表明了混合物中不同组分间存在相平衡，即相互之间存在物质交换。

例如，在气液混合物的相图中，液相与气相通过操作线相连，表示气体的溶解与液体之间的相平衡。

通过操作线的确定，我们可以得知混合物中不同组分的分配行为，进而掌握其物理和化学特性。

操作线的研究对于研究混合物的物理性质、化学反应和分离等过程具有重要意义。

相平衡线则是描述相变行为的重要工具。

相平衡线可以分为临界相平衡线、液相线、气相线等，分别对应不同相变过程的边界。

通过相平衡线的研究，我们可以得知不同压力和温度下不同相的出现概率和存在范围。

相平衡线的研究对于理解相变的机理、优化反应条件和设计化工过程中的操作条件等方面具有重要作用。

总体来说，操作线和相平衡线是研究相平衡状况和相变现象的重要工具。

操作线揭示了混合物的组成对相平衡的影响，而相平衡线表示了不同相变边界的存在范围。

通过研究操作线和相平衡线，我们能够更好地理解混合物的物理和化学性质，也能够优化工艺条件和提高化工过程的效率。