来自化工厂的废气和发电厂的烟道气中常常含有氨、硫化氢、二氧化碳、二氧化硫等污染物质。为了减少环境污染，需要用某些有机物或无机物的水溶液来吸收这些气体。相关吸收过程的工艺设计和吸收设备的计算，均需要该类具挥发性弱电解质水溶液气液平衡数据。

挥发性电解质在水溶液中以离子和未离解的分子形式存在，而在气相、常温常压条件下它们仅以分子形式存在。弱电解质水溶液气液平衡计算需要同时解三类方程。8.8.2.1　相平衡关系

由式（5-2）相平衡准则可知

式中，下标1指的是溶剂，通常为水；下标i指的是以分子形式存在的各弱电解质组分。由式（3-119）和式（5-12）可得，溶剂组分1的相平衡关系式为

对于电解质组分i，在其浓度较低时，平衡组成主要取决于亨利常数k和未离解分子的质量摩尔浓度mi。在高浓度时，相平衡关系还必须包括活度系数，同时，亨利常数ki也与温度及所有溶质的浓度有关，其相平衡关系式可写为

8.8.2.2　化学平衡方程

8.8.2.3　质量衡算方程

根据离解反应的质量守恒关系式，参与反应的原子种类和数量保持不变的准则，可建立电解质在液相的质量衡算关系

以NH-3CO-2H2O三元系为例，气相中三种物质均以分子状态存在，液相中则存在下列化学反应。

①单一溶质的离解反应：

②多溶质的离解反应：

图8-6　气液平衡计算框架的示意图

（1）气液平衡

如气相采用状态方程，液相采用活度计算其非理想性，按式（8-118）、式（8-119），对三种分子物质可分别写出：

（2）化学平衡

上面列出了7个反应，但只有5个是独立的，可写出：

（3）化学计量系数限制

如液相CO2、NH3的表观浓度分别为m0（CO2）和m0（NH3），受到反应式中化学计量系数的限制，可写出：

前一个式子反映C原子的衡算，后一个反映N原子的衡算。

（4）电中性限制

（5）泡点计算

Edwards等用以上方法计算了温度为0～170℃、离子强度达6mol·kg-1、总浓度达20mol·kg-1的NH3-CO2-H2O三元系的气液平衡。图8-7、图8-8分别是计算所得60℃时NH3-H2O、CO2-H2O二元系中NH3和CO2的平衡分压或溶解度，图中同时画出了不计及离解时的数据：当浓度较低时，偏离愈益显著，但总的来看，偏差并不大。图8-9是对该三元系的计算结果，图中画出100℃时NH3和CO2的平衡分压，与不计及离解时相比较，偏差很大。如果与图8-7、图8-8相比较，可见当两种弱电解质同时存在时，未离解的分子的数量显著减少，引起分压降低，原因是反应式（8-126）、式（8-127）是酸碱中和反应，有较大的平衡常数缘故。Edwards等的工作具有开创性，以后有许多沿着这一方向的研究，涉及的系统有甲醛-水、甲醛-甲醇-水的气液平衡、CH3OH-HCl系统、SO-2H2O溶液系统等，其中某些系统中存在着各种反应，以及离子间有强烈缔合作用。

图8-7　60℃时NH3在H2O中的溶解度

图8-8　60℃时CO2在H2O中的溶解度

图8-9　100℃时NH3-CO2-H2O三元系中NH3和CO2的分压[m0（NH3）=6.75mol·kg-1]

AB在水中的亨利系数kAB=3.0MPa

AB的第二位力系数BAB=-200cm3·mol-1

偶极矩ε=ε0εγ=8.85419×10-12×78.41=6.9426×10-10（C2·N-1·m-2）

电荷量e=1.602×10-19C

解：达到溶解平衡时，满足相平衡关系式，即式（8-119）：

根据题意，yAB≈1，y1≈0，有

设AB的溶解度为m，则

由离解平衡常数知

将式（g）代入式（a），得