气液相平衡分析VIP

气液相平衡分析气液相平衡分析 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 pp 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