气液平衡

第二节 气液相平衡

上节中图8-2(b)所示的湿壁塔吸收是吸收过程最基本的操作方式，它与套管换热器中的传热颇相类似。若将吸收与传热两个过程作一比较，不难看出其间的异同：传热过程是冷、热两流体间的热量传递，传递的是热量，传递的推动力是两流体间的温度差，过程的极限是温度相等；吸收过程是气液两相间的物质传递，传递的是物质，但传递的推动力不是两相的浓度差，过程的极限也不是两相浓度相等。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。

8-2-1 平衡溶解度

在一定温度下气液两相长期或充分接触后，两相趋于平衡。此时溶质组分在两相中的浓度服从某种确定的关系，即相平衡关系。此相平衡关系可以用不同的方式表示。

溶解度曲线 气液两相处于平衡状态时，溶质在液相中的浓度称为溶解度，它与温度、溶质在气相中的分压有关。若在一定温度下，将平衡时溶质在气相中的分压pe与液相中的摩尔分率x相关联，即得溶解度曲线。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，温度升高，气体的溶解度降低。

液相中氨的摩尔分率x

图8-3 氨在水中的平衡溶解度 图8-4 101.3kPa下SO2在水中的溶解度

溶解度及溶质在气相中的组成也可用其它单位表示。例如，气相以摩尔分率y表示，液相用摩尔浓度C表示(其单位为kmol溶质/m3溶液)。图8-4 为SO2在101.3kPa下的溶解度曲线，图中气、液两相中的溶质浓度分别以y、x(摩尔分率)表示。

在一定温度下，分压是直接决定溶解度的参数。当总压不太高时(一般约小于0.5MPa，视物系而异)，总压的变化并不改变分压与溶解度之间的对应关系。但是，当保持气相中溶质的摩尔分率y为定值，总压不同意味着溶质的分压不同。因此，不同总压下y～x溶解度曲线的位置不同。

以分压表示的溶解度曲线直接反映了相平衡的本质，用以思考和分析问题直截了当；而以摩尔分率x与y表示的相平衡关系，则可方便地与物料衡算等其他关系式一起对整个吸收过程进行数学描述。

亨利定律 吸收操作最常用于分离低浓度的气体混合物，因此时吸收操作较为经济。低浓度气体混合物吸收时液相的浓度通常也较低，即常在稀溶液范围内。稀溶液的溶解度曲线4

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