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什么是汽液平衡|什么是氣液平衡

時間:2025-01-02 18:21 點擊:

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氣液平衡(vapour-liquid equilibrium)vapour-liquid equilibrium又稱汽液平衡。是由n個組分的混合物構成一個封閉系統,并有氣-液兩相共存,一定的溫度和壓力下,兩相達到平衡時,各組分在汽液兩相中的化學位趨于相等。或運用逸度更為方便:在混合物中i組分在氣相和液相中的逸度相等,稱氣液平衡。

表示方法

若在某一溫度、某一壓力下氣液兩相達到平衡,則僅剩下一個自由度,即,氣相組成或液相組成。氣相組成與液相組成之間必然存在著固定的關系。即:氣液平衡關系。平衡溶解度曲線或者數學關系式(亨利定律)便是反映這一氣液平衡關系的方法。

平衡溶解度曲線:在一定條件下,溶解達到相平衡時,反映溶質組分在氣相中濃度與液相中濃度的關系曲線。

亨利定律:稀溶液范圍內,溶解度曲線通常地近似為一直線。亨利定律就是描述溶質組分在互呈平衡的氣相、液相中濃度關系的數學關系式。

在稀溶液中揮發性溶質的實驗中,實驗表明,只有當氣體在液體中的溶解度不很高時該定律才是正確的,此時的氣體實際上是稀溶液中的揮發性溶質,氣體壓力則是溶質的蒸氣壓。所以亨利定律還可表述為:在一定溫度下,稀薄溶液中溶質的蒸氣分壓與溶液濃度成正比。

一般來說,氣體在溶劑中的溶解度很小,所形成的溶液屬于稀溶液范圍。氣體B在溶劑A中溶液的組成無論是由B的摩爾分數xB,質量摩爾濃度bB,濃度cB等表示時,均與氣體溶質B的壓力近似成正比。用公式表示時亨利定律可以有多種形式。如:

PB=Kx,B·xB

PB=Kb,B·bB

PB=Kc,B·cB

式中pB是稀薄溶液中溶質的蒸氣分壓;xB是溶質的物質的量分數; k為亨利常數,其值與溫度,溶質和溶劑的本性有關,亨利系數基本不受壓力影響。由于亨利定律中溶液組成標度的不同,亨利系數的單位不同,一定溫度下同一溶質在同一溶劑中的數值也不一樣,上式中的xB(溶質B的摩爾分數)、bB(質量摩爾濃度)或cB(物質的量濃度)等表示時k值將隨之變化。Kx,Kb,Kc的單位分別為Pa,Pa·mol^-1·kg,Pa·mo^l-1·dm^3 。

只有溶質在氣相中和液相中的分子狀態相同時,亨利定律才能適用。若溶質分子在溶液中有離解、締合等,則上式中的xB(或mB、cB等)應是指與氣相中分子狀態相同的那一部分的含量;在總壓力不大時,若多種氣體同時溶于同一個液體中,亨利定律可分別適用于其中的任一種氣體;一般來說,溶液越稀,亨利定律愈準確,在xB→0時溶質能嚴格服從定律。 [1] 

平衡狀態

編輯 播報

在恒定的溫度和壓力下,氣,液兩相發生接觸后,吸收質由氣相向液相轉移,隨液體中吸收質濃度的逐漸增高,吸收速率逐漸減小,解吸速率逐漸增大。經過相當長的時間接觸后,吸收速率與解吸速率相等,即吸收質在氣相中的分壓及在液相中的濃度不再發生變化,此時氣,液兩相達到平衡狀態,簡稱相平衡。

條件

1、液相中各組分的蒸汽壓必須等于氣相中同組分的分壓,否則,各組分在單位時間內氣化的分子數和冷凝的分子數就相等;

2、液相的溫度必須等于氣相的溫度,否則,兩相間會發生熱交換,當任一相的溫度升高或降低時,勢必引起各組分量的變化。這就說明在一定溫度下,氣液兩相平衡狀態時,氣液兩相中的同一組分的摩爾分數比恒定

氣液兩相平衡時,兩相溫度相等,此溫度對氣相來說,代表露點溫度;對液相來說,代表泡點溫度。氣液平衡是兩相傳質的極限狀態。氣液兩相不平衡到平衡的原理,是汽化和冷凝,吸收和解吸過程的基礎。例如,蒸餾的最基本過程,就是氣液兩相充分接觸,通過兩相組分濃度差和溫度差進行傳質傳熱,使系統趨近于動平衡。這樣,經過塔板多幾接觸,就能達到混合物組分的最大限度分離

舉例

例如,苯與甲苯的混合液在25℃與它們的蒸氣的平衡,因兩組分的臨界溫度各為288.9℃和318.8℃,故屬汽液平衡;氮溶于水在25℃下的平衡,因氮的臨界溫度為-147.0℃,故屬氣液平衡。

化工生產中常見的是一個氣相或汽相與一個液相之間的平衡,但也會遇到一個汽相與兩個以上液相之間的平衡。例如在分離乙酸乙烯酯、乙酸和水的精餾塔中,由于水與酯形成部分互溶的兩個液相,在某些塔板上會出現兩個液相與一個汽相相互接觸的汽液平衡問題。 [2]


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