气液平衡的过程与调节

气体在液体中的溶解平衡（气液平衡）是汽液平衡的一种特殊情况，混合物中的轻组分不一定能以纯的液态存在（混合物的温度可能超过气体组分的临界温度），即轻组分以超临界状态存在。气液平衡（gas liquid equilibrium）过程是化工吸收过程的理论基础，广泛应用于煤的汽化、天然气与合成气的净化、环境污染控制、生化发酵技术等过程；在地球化学、生物物理和生物医学工程中也有非常重要的应用。工业上着重考虑的是气体组分在溶剂中的溶解度，以及溶解度随T，p的变化规律。式（5-7b）表达的多元系统的气液平衡关系为

由式（5-23）、式（5-24）可得

解：（1）因0＜xB=0.01＜0.02，故B组分符合亨利规则，即

pB=kBxB=66.66xB=66.66×0.01=0.6666(kPa)

p=pA+pB=0.6666+131.9868=132.6534(kPa)

pyB=66.66xB,yB=66.66×0.01/132.6534=0.005,yA=1-yB=0.995

5.4.3.1　温度对气体溶解度的影响

即

由于

式中，第二项为纯溶质液体与纯溶质气体摩尔自由焓，与混合物组成无关，由式（5-28）与（5-29）可得

5.4.3.2　压力对溶解度的影响

积分后得

高压下，气体在溶剂中的溶解度增加，采用状态方程法计算气液平衡将更为方便。需要指出的是，采用状态方程计算气液平衡时（T，p）→（x，y），这点与前述的气液相平衡计算略有不同。

[例5.7]假设溶解在轻油中的CH4的逸度可由亨利定律求得。在200K，3040kPa时，CH4在油（液态）中的亨利常数ki=20265kPa。在相同条件下，与油成平衡的气相中含有0.95（物质的量分数）的CH4。经此合理假设后，求200K，3040kPa时CH4在液相中的溶解度。（200K时纯CH4的第二位力系数为B=-105cm3·mol-1）

解：假定与油成平衡的气相中的CH4符合路易斯-兰德尔规则，于是有

因假设CH4在轻油中的溶解符合亨利定律，故

结合式（a）和式（b），可以得到CH4在液相中的溶解度：