气液相平衡方面的基础知识汇总

6.2 双组分溶液的气液相平衡1、掌握的内容——双组分理想物系的汽液平衡，拉乌尔定律、泡点方程、露点方程、汽液相平衡图、挥发度与相对挥发度定义及应用、相平衡方程及应用；2、了解的内容——非理想物系汽液平衡；3、本节难点——t-x-y 图及y-x 图，相对挥发度的特点。

6.2.1 理想溶液的气液相平衡汽液相平衡，是指溶液与其上方蒸汽达到平衡时气液两相间各组分组成的关系。

理想溶液的汽液相平衡服从拉乌尔(Raoult)定律。

因此对含有A 、B 组分的理想溶液可以得出：P A =P A o x A (6-1a)P B =P B o x B = P B o （1-x A ） （6-1b)式中： P A , P B —— 溶液上方A 和B 两组分的平衡分压，Pa ；P A o ,P B o —— 同温度下，纯组分A 和B 的饱和蒸汽压，Pa ；x A ,x B —— 混合液组分A 和B 的摩尔分率。

理想物系气相服从道尔顿分压定律，既总压等于各组分分压之和。

对双组分物系：P=P A +P B （6-2）式中： P —— 气相总压，Pa ；P A 和P B —— A,B 组分在气相的分压，Pa 。

根据拉乌尔定律和道尔顿分压定律，可得泡点方程：o A o BA P P p p x --= （6-4）式（6-4）称为泡点方程，该方程描述平衡物系的温度与液相组成的关系。

可得露点方程式：o Bo A oB o A A p p p p p p y --= 6-5 式（6-5）称为露点方程式，该方程描述平衡物系的温度与气相组成的关系。

在总压一定的条件下，对于理想溶液，只要溶液的饱和温度已知，根据A,B 组分的蒸气压数据，查出饱和蒸汽压P A 0, P B 0, 则可以采用式（6-4）的泡点方程确定液相组成x A ，采用式（6-5）的露点方程确定与液相呈平衡的气相组成y A 。

6.2.2 温度组成图(t-y-x 图)t-x-y 图即温度—组成图。

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。

8.2气液相平衡吸收（传质）与传热两个过程的相似处：传热与吸收过程均由三步构成（解释三步相似），但两个过程也有不同处：传热的推动力是两流体的温度差，过程的极限是两流体的温度相等；吸收的推动力不是两相的浓度差，过程的极限也不是两相的浓度相等。

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，气液相平衡关系是吸收过程的重要基础，我们将详细讨论它。

8.2.1平衡溶解度在一定的温度t 与总压p 下，使一定量的溶剂与溶质接触，溶质便由气相向液相转移，随着溶液浓度的逐渐增高，传质速率将逐渐减慢，最后降为零，此时液相中溶质达到饱和，浓度达到一最大限度e x （x 为液相中溶质A 的摩尔分数，下标e 代表平衡），这时称气液两相达到相平衡，e x 称为平衡溶解度，简称为溶解度（溶解度可以用不同的方式表示，相平衡关系亦可用不同的方式表示，如e p ～x 、e p ～e x 、e y ～x 、e y ～e x 等）。

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。

（1）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=C-Φ+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相中的分压e p 表达为温度t ，总压p 和溶解度x 的函数：()x p t g p e 、、=有关气液相平衡关系的理论还不够完善，故上述平衡关系的具体函数形式还不能从理论上推出，一般时针对具体物系进行实验测定。

实验表明，当总压不太高（一般p <0.5Mpa ）时，p 对平衡的影响可以忽略，而温度t 对平衡的影响颇大。

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，t ↑同一e p 下x ↓或同一x 下e p ↑。

气液液三相平衡
气液液三相平衡是指在一定的温度和压力下，气体、液体和固体之间达到平衡状态。

在这种状态下，三种物质之间的相互作用达到了一种平衡状态，使得它们之间的相对数量保持不变。

在气液液三相平衡中，气体、液体和固体之间的相互作用是非常重要的。

气体和液体之间的相互作用是通过气液界面来实现的，而液体和固体之间的相互作用则是通过液固界面来实现的。

这些界面上的相互作用力可以使得三种物质之间达到平衡状态。

在气液液三相平衡中，温度和压力是非常重要的因素。

温度的变化可以影响物质的相互作用力，从而影响三相平衡的状态。

压力的变化也可以影响物质的相互作用力，从而影响三相平衡的状态。

因此，在研究气液液三相平衡时，需要考虑温度和压力的影响。

气液液三相平衡在许多领域都有着广泛的应用。

例如，在化学工程中，气液液三相平衡可以用于分离和纯化化学物质。

在石油工业中，气液液三相平衡可以用于研究油藏中的油气水三相平衡状态。

在环境科学中，气液液三相平衡可以用于研究大气中的气体和液体之间的相互作用。

气液液三相平衡是一种非常重要的物理现象，它在许多领域都有着广泛的应用。

研究气液液三相平衡可以帮助我们更好地理解物质之间的相互作用，从而为我们解决实际问题提供更好的思路和方法。

气 液 相 平 衡相是指系统的某一部分具有相的物理和化学性质，具有相同的组成，并且与另外的相以一定的边界隔开。

出现在世有产品里的大多数的相相是液态烃和气相。

水也是普遍存在的另一个液态相。

在给定的系统里，当描述变化的变量随着时间和位置的改变而保持恒定时，液态烃、气相和水这些相将会平衡共存。

而决定平衡状态的主要变量是系统的温度，压力和组分。

对于设计表面分离装置和改进组分模型，不同相能够共存的条件是非常值得考虑并且具有实践价值的重要问题。

这些计算的类型是以平衡常数的原理为基础的。

一、 平衡常数一给定组分的平衡常数i K 是指组分的气相的摩尔分数yi 与液相摩尔分数xi 之比。

在数学上，它们的关系是i i i x y K /= (5----1) 在41003.7⨯2/m kg (100磅/2英寸)的压力下，Raoult 和Dalton 的定律为对于理想溶液方法提供了一个预测平衡常数的简化的方法。

Raoult 定律是指多组分系统中单一组分所产生的局部压力i P 等于它的液相摩尔分数i x 与该祖父的气相压力Pvi 的乘积即i P =i x Pvi (5----2) i P ------组分i 的局部压力，磅/2英寸) P v i ------组分i 的气相压力，磅/2英寸)i x ------组分i 的液相摩尔分数Dalton 定律是指某一组分的局部压力等于它的气相摩尔分数与系统的总压力的乘积，即i P =i y P (5----3)P------系统总压力，磅/2英寸在平衡状态下，根据上面的定律可知，被某一组分气相作用产生的局部压力必须与该液相作用产生的局部压力平衡。

因此，将描述两大定律的方程结合得i x Pvi =i y P ,整理以上关系式并代入平衡常数定义式得i y /i x =Pvi /P=i K (5----4)这个方程表明对理想溶液，不管烃类混合物的组分如何，平衡常数仅仅有体现系统压力和温度的作用。

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。

图5-2 氨在水中的溶解度图5-4 20℃下SO2在水中的溶解度5．2气液相平衡关系本节教学要求1、重点掌握的内容：相平衡的影响因素及相平衡关系在吸收过程中的应用；2、熟悉的内容：溶解度、平衡状态、平衡分压、亨利定律。

5．2．1气体在液体中的溶解度1．溶解度曲线平衡状态：在一定压力和温度下，使一定量的吸收剂与混合气体充分接触，气相中的溶质便向液相溶剂中转移，经长期充分接触之后，液相中溶质组分的浓度不再增加，此时，气液两相达到平衡，此状态为平衡状态。

饱和浓度：气液平衡时，溶质在液相中的浓度为饱和浓度（溶解度）。

平衡分压：气液平衡时，气相中溶质的分压为平衡分压。

相平衡关系：平衡时溶质组分在气液两相中的浓度关系为相平衡关系。

溶解度曲线：气液相平衡关系用二维坐标绘成的关系曲线称为溶解度曲线。

由图5-2可见，在一定的温度下，气相中溶质组成y不变，当总压p增加时，在同一溶剂中溶质的溶解度x随之增加，这将有利于吸收，故吸收操作通常在加压条件下进行。

由图5-4可知，当总p、气相中溶质y一定时，吸收温度下降，溶解度大幅度提高，吸收剂常常经冷却后进入吸收塔。

图5-4 101.3kPa 下SO 2在水中的溶解度图5-5 几种气体在水中的溶解度曲线结论：加压和降温有利于吸收操作过程；而减压和升温则有利于解吸操作过程。

易溶气体：溶解度大的气体如NH 3等称为易溶气体； 难溶气体：溶解度小的气体如O 2、CO 2溶解度适中的气体：介乎其间的如SO 2等气体称为溶解度适中的气体。

等气体称为难溶气体； 2．亨利定律亨利定律的内容：总压不高（譬如不超过5×105Pa ）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率成正比，其比例系数为亨利系数。

亨利定律的数学表达式Exp =*A （ 5-21）式中 *A p ————溶质在气相中的平衡分压，kPa ；E ——亨利系数，kPa ；T ↑，E ↑。