气液相平衡分析
编号：SM-ZD-77807 气液相平衡分析
Through the process agreement to achieve a unified action policy for different people, so as to coordinate action, reduce blindness, and make the work orderly.
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气液相平衡分析
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在吸收操作中，气体总量和溶液总量都随吸收的进行而改变，但惰性气体和吸收剂的量则始终保持不变，因此，常采用物质的量比表示相的组成，以简化吸收过程的计算。
物质的量比是指混合物中一组分物质的量与另一组分物质的量的比值，用X或y表示。
吸收液中吸收质A对吸收剂S的物质的量比(摩尔比)可以表示为
XA＝nA／ns (11—1)
物质的量比与摩尔分数的换算关系为
XA＝工A／(1一XA) (11—2)
式中XA——吸收液中组分A对组分S的物质的量比；
nA，ns——组分A与S的物质的量，kmol；
XA——吸收液中组分A的摩尔分数。
混合气体中吸收质A对惰性组分月的物质的量比可以
表示为
式中YA——混合气中组分A对组分B的物质的量比；
nA，nR——组分A与B的物质的量，kmol
yA——混合气中组分A的摩尔分数。
在一定温度和压力下，混合气体与液相接触时，溶质便从气相向液相转移，而溶于液相内的溶质又会从溶剂中逸出返回气相。随着溶质在液相中的浓度逐渐增加，溶质返回气相的量也逐渐增大，当单位时间内溶于液相中的溶质量与从液相返回气相的溶质量相等时，气相和液相的量及组成均不再改变，达到动态平衡。它是吸收过程的极限，它们之间的关系称为相平衡关系。
在一定温度下，当气相总压力不高时，稀溶液中溶质的平衡浓度和该气体的平衡分压的平衡关系可用亨利定律表示为
对于给定物系，亨利系数正随温度升高而增大。在同一溶剂中，易溶气体的正值很小，而难溶气体的正值很大。常
见物系的亨利系数可从附录中查到。由于气液两相组成各可采用不同的表示法，因而亨利定律有不同的表达形式。
对于一定的物系，相平衡常数与温度和压力有关，温度越高，m越大；压力越高，m越小。易溶性气体的m值小，难溶性气体的m值大。
对于极稀溶液，式(11—5)可以简化为
安全控制条件选择
(1)吸收平衡线分析吸收平衡线是表明吸收中气液相平衡关系的图线。在吸收操作过程中，通常用X-Y图表示。将Y*与X的关系绘在X-Y图上，得通过原点的一条曲线，称为吸收平衡线，如图1l—2所示。对于极稀溶液，式(11—6) 所表明的平衡线是一条过圆点的直线，其斜率为m，如图1l—3所示。
(2)溶解度影响吸收是利用各组分溶解度不同而分离气体混合物的操作，因此气体溶解度的大小直接影响吸收操
作。对于同一物系，气体的溶解度与温度和压力有关。
温度升高，气体的溶解度减小。因此，降低温度对吸收有利，但由于低于常温操作时，需要制冷系统，所以，工业吸收多在常温下操作。当吸收过程放热明显时，应该采取冷却措施。压力升高，气体的溶解度增加。因此，增加压力对吸收有利，但在压力增高的同时，动力消耗就会随之增大，对设备的要求也会随之提高，而且总压对吸收的影响相对较弱。所以，工业吸收多在常压下操作，除非在常压下溶解度太小，或工艺本身就是高压系统，才采用加压吸收。
(3)相平衡关系判定当气体混合物与溶液相接触时，吸收过程能否发生，以及过程进行的限度，可由相平衡关系判定，如图11—4所示。
当溶质在气相中实际分压大于溶质的平衡分压时，即P>P*时，发生吸收过程。从相图上看，实际状态点位于平衡曲线上方。
随着吸收过程的进行，气相中被吸收组分的含量不断降低，溶液浓度不断上升，其平衡分压也随着上升，当气相中溶质的实际分压等于溶质的平衡分压时，吸收达到平衡，吸
收速率为零。从相图上看，实际状态点落在平衡曲线上。二氧化碳在气相中的实际分压为
P＝pty＝1200X0.05＝60kPa
二氧化碳在气相中的平衡分压则由亨利定律求取。由于溶液很稀，其摩尔质量及密度认为与水相同。查附录得水在303K时，密度为996kg／m3，摩尔质量为18kg／mol，二氧化碳的摩尔质量为44kg／kmol。
P*＝Ex＝1.88X10sX(1／44)／(996／18)＝77．3kPa
由于P*>P，故二氧化碳必由液相传递到气相，进行解吸。
前面的分析表明，当物系的状态点处于平衡线的上方时，发生吸收过程。显然，状态点距平衡线的距离越远，气液接触的实际状态偏离平衡状态的程度越远，吸收的推动力就越大，在其他条件相同的条件下，吸收越容易进行；反之，吸收越难进行。
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