气体在液体中的溶度在一定的温度和压力下,使一定量的吸收剂与混合气体接触,气相中的溶质便向液相溶剂中转移,直至液相中溶质组成达到饱和为止。此时并非没有溶质分子进入液相,只是在任何时刻进入液相中的溶质分子数与从液相逸出的溶质分子数恰好相等,这种状态称为相际动平衡,简称相平衡或平衡。平衡状态下气相中的溶质分压称为平衡分压或饱和分压,液相中的溶质组成称为平衡组成或饱和组成。气体在液体中的溶度,就是指气体在液体中的饱和组成。气体在液体中的溶度可通过实验测定。由实验结果绘成的曲线称为溶度曲线,某些气体在液体中的溶度曲线可从有关书籍、手册中查得。片2-3、片2-4和片2-5分别为总压不很高时氨、二氧化硫和氧在水中的溶度曲线。从分可知:(1)在同一溶剂(水)中,相同的温度和溶质分压下,不同气体的溶度差别很大,其中氨在水中的溶度最大,氧在水中的溶度最小。这表明氨易溶于水,氧难溶于水,而二氧化硫则居中。(2)对同一溶质,在相同的气相分压下,溶度随温度的升高而减小。(3)对同一溶质,在相同的温度下,溶度随气相分压的升高而增大。由溶度曲线所显示的上述规律性可看出,加压和降温有利于吸收操作,因为加压和降温可提高气体溶质的溶度。反之,减压和升温则有利于吸操作。 2. 亨利定律对于稀溶液或难溶气体,在一定温度下,当总压不很高(通常不超过500kPa)时,互成平衡的气液两相组成间的关系用亨利(Henry)定律来描述。因组成的表示方法不同,故亨利定律亦有不同的表达形式。(1)~x 关系 若溶质在气、液相中的组成分别以分压、摩尔分率x表示,则亨利定律可写成如下的形式,即(2-1)式中——溶质在气相中的平衡分压，kPa； x——溶质在液相中的摩尔分率； E——亨利系数，kPa。 式2-1称为亨利定律。该式表明:稀溶液上方的溶质分压与该溶质在液相中的摩尔分率成正比,其比例系数即为亨利系数。对于理想溶液,在压力不高及温度恒定的条件下, ~x关系在整个组成范围内都符合亨利定律,而亨利系数即为该温度下纯溶质的饱和蒸汽压,此时亨利定律与拉乌尔定律是一致的。但实际的吸收操作所涉及的系统多为非理想溶液,此时亨利系数不等于纯溶质的饱和蒸汽压,且只在液相溶质组成很低时才是常数。因此,亨利定律适用范围是溶度曲线直线部分。亨利系数可由实验测定,亦可从有关手册中查得。表2-1列出某些气体水溶液的亨利系数,可供参考。表2-1 某些气体水溶液的亨利系数气体 温度 /(℃ ) 种类 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 90 100 (E×10—6)/(kPa)H2 5.87 6.16 6.44 6.70 6.92 7.16 7.39 7.52 7.61 7.70 7.75 7.75 7.71 7.65 7.61 7.55 N2 5.35 6.05 6.77 7.48 8.15 8.76 9.36 9.98 10.5 11.0 11.4 12.2 12.7 12.8 12.8 12.8 空气 4.38 4.94 5.56 6.15 6.73 7.30 7.81 8.34 8.82 9.23 9.59 10.2 10.6 10.8 10.9 10.8 CO 3.57 4.01 4.48 4.95 5.43 5.88 6.28 6.68 7.05 7.39 7.71 8.32 8.57 8.57 8.57 8.57 O2 2.58 2.95 3.31 3.69 4.06 4.44 4.81 5.14 5.42 5.70 5.96 6.37 6.72 6.96 7.08 7.10 CH4 2.27 2.62 3.01 3.41 3.81 4.18 4.55 4.92 5.27 5.58 5.85 6.34 6.75 6.91 7.01 7.10 NO 1.71 1.96 2.21 2.45 2.67 2.91 3.14 3.35 3.57 3.77 3.95 4.24 4.44 4.45 4.58 4.60 C2H6 1.28 1.57 1.92 2.90 2.663.063.473.884.294.695.075.726.316.706.967.01 (E×10-5)/(kPa)C2H45.59 6.627.789.0710.311.612.9------------------N2O--1.191.431.682.012.282.623.06-----------------CO20.3780.81.051.241.441.661.882.122.362.602.873.46--------C2H20.730.850.971.091.231.351.48------------------Cl20.2720.3340.3990.4610.5370.6040.6690.740.800.860.900.970.990.970.96--H2S0.2720.3190.3720.4180.4890.5520.6170.6860.7550.8250.6891.041.211.371.461.50 (E×10-4)/(kPa)SO20.1670.2030.2450.2940.3550.4130.4850.5670.6610.7630.8711.111.391.702.01--对于一定的气体溶质和溶剂,亨利系数随温度而变化。一般说来,温度升高则E增大,这体现了气体的溶度随温度升高而减小的变化趋势。在同一溶剂中,难溶气体的E值很大,而易溶气体的E值则很小。(2)p~c关系 若溶质在气、液相中的组成分别以分压 、摩尔浓度c表示,则亨利定律可写成如下的形式,即式中溶度系数H也是温度的函数。对于一定的溶质和溶剂,H值随温度升高而减小。易溶气体的H 值很大,而难溶气体的H值则很小。溶度系数H与亨利系数E的关系可推导如下:设溶液的体积为V m,浓度为c kmol(A)/m,密度为kg/m,则溶质A的总量为cV kmol,溶剂S的总量为 kmol (M及M分别为溶质A和溶剂S的摩尔质量),于是溶质A在液相中的摩尔分率为将上式代入式2-1可得将此式与式2-2比较可得对稀溶液,c值很小,则 <<,故上式可简化为(3) ~x关系 若溶质在气、液相中的组成分别以摩尔分率y、x表示,则亨利定律可写成如下的形式,即式中对于一定的物系,相平衡常数m是温度和压力的函数,其数值可由实验测得。由m 值同样可以比较不同气体溶度的大小,m 值越大,则表明该气体的溶度越小;反之,则溶度越大。若系统总压为P,由理想气体分压定律可知 p=Py同理 将上式代入式2-1可得 将此式与式2-5比较可得将式2-6代入式2-4,即可得H~m的关系为(4) ~X关系 式2-5是以摩尔分率表示的亨利定律。摩尔分率是指混合物中某组分的摩尔数占混合物总摩尔数的分率,但在吸收过程中,混合物的总摩尔数是变化的。如用水吸收混于空气中氨的过程,氨作为溶质可溶于水中,而空气与水不能互溶(称为惰性组分)。随着吸收过程的进行,混合气体及混合液体的摩尔数是变化的,而混合气体及混合液体中的惰性组分的摩尔数是不变的。此时,若用摩尔分率表示气、液相组成,计算很不方便。为此引入以惰性组分为基准的摩尔比来表示气、液相的组成。摩尔比的定义如下:上述二式也可变换为将式2-10和2-11代入式2-5可得整理得当溶液组成很低时, <<1,则式2-12可简化为式2-13表明当液相中溶质组成足够低时,平衡关系在Y~X中可近似地表示成一条通过原点的直线,其斜率为m。应予指出,亨利定律的各种表达式所描述的都是互成平衡的气液两相组成之间的关系,它们既可用来根据液相组成计算与之平衡的气相组成,也可用来根据气相组成计算与之平衡的液相组成。因此,上述亨利定律表达形式可改写为[例2-1]含有10%(体积%)CH的某种混合气体与水充分接触,系统温度为30℃,总压为101.3kPa。试求达平衡时液相中CH的摩尔浓度。