2009-7-30
第六章吸收一、气体的溶解度二、亨利定律三,用气液平衡关系分析吸收过程第二节气液相平衡
2009-7-30
一、气体的溶解度
1,气体在液体中溶解度的概念气体在液相中的溶解度,
表明一定条件下吸收过程可能达到的极限程度 。
2,溶解度曲线气体在液体中的饱和浓度 *
AC
对于单组分物理吸收,由相律知
2cf 223 3?
2009-7-30
),,(
),,(
AA
AA
yPTfx
PPTfC
在总压不高,P<5atm时
),(
),(
AA
AA
yTfx
PTfC
一定温度下液相组成是气相组成的单值函数
)(),( AAAA yfxPfC
同理,
)(),( AAAA xfyCfP
2009-7-30
2009-7-30
2009-7-30
2009-7-30
吸收剂,温度 T,P 一定时,不同物质的溶解度不同 。
温度,溶液的浓度一定时,溶液上方分压越大的物质越难溶 。
对于同一种气体,分压一定时,温度 T越高,溶解度越小 。
对于同一种气体,温度 T一定时,分压 P越大,溶解度越大 。
加压和降温对吸收操作有利 。
2009-7-30
二、亨利定律
1,亨利定律
Exp?*
E——亨利常数,单位与压强单位一致 。
E值取决于物系的特性及温度；温度 T上升,E值增大 ；
在同一溶剂中,E值越大的气体越难溶 。
2,亨利定律的其他表示形式
1） 用溶质 A在溶液中的摩尔浓度和气相中的分压表示的亨利定律
2009-7-30
H
cp?*
H——溶解度系数,单位,kmol/m3·Pa或 kmol/m3·atm。
H是温度的函数,H值随温度升高而减小 。
易溶气体 H值大,难溶气体 H值小 。
H与 E的关系设溶液的密度为 3/ mkg?,浓度为 3/ mk mo lC
总
,则
MC
总
SSAA xMxMM
2009-7-30
对于稀溶液,
SSMM,
E
CH 总?
EM s
s
2) 气液相中溶质的摩尔分数表示的亨利定律
mxy?*
m—— 相平衡常数,是温度和压强的函数 。
温度升高,总压下降则 m值变大,
m值越大,表明气体的溶解度越小 。
2009-7-30
m与 E的关系：
yPp由分压定律知,
P
py *
xEp*由亨利定律：
xPEy
P
Em?即：
2009-7-30
3） 用摩尔比 Y和 X分别表示气液两相组成的亨利定律
a) 摩尔比定义：
液相中溶剂的摩尔数液相中溶质的摩尔数?X
x
x
1
数气相中惰性组分的摩尔气相中溶质的摩尔数?Y
y
y
1
Y
Yy
X
Xx
1,1
由,* 得mxy? xmxYY 11 **
2009-7-30
xm
mxY
)1(1
*
当溶液浓度很低时,X≈0,上式简化为：
mXY?*
亨利定律的几种表达形式也可改写为
HPcEPx **,
m
YX
m
yx **,
2009-7-30
例,在常压及 20℃ 下,测得氨在水中的平衡数据为：
0.5gNH3/100gH2O浓度为的稀氨水上方的平衡分压为 400Pa，
在该浓度范围下相平衡关系可用亨利定律表示,试求亨利系数 E,溶解度系数 H,及相平衡常数 m。 （ 氨水密度可取为
1000kg/m3）
解：
由亨利定律表达式知：
x
pE *?
18/1 0017/5.0
17/5.0
x
00527.0?
2009-7-30
∴ 亨利系数为
x
pE?
00527.0
400? Pa41059.7
又 mxy?*,而
P
py?*
51001.1
400
00395.0?
∴ 相平衡常数
00527.0
00395.0?m 75.0?
H
cp?*
1000
1005.0
17/5.0
c 3/293.0 mk m o l?
2009-7-30
∴ 溶解度系数为：
400
293.0?H Pamk m o l 34 /1033.7
或由各系数间的关系求出其它系数
s
s
EMH
181059.7
1000
4 Pamk m o l
34 /1032.7
P
Em?
3
4
1033.1 0 1
1059.7
749.0?
2009-7-30
三、用气液平衡关系分析吸收过程
1,判断过程的方向例,在 101.3kPa,20℃ 下,稀氨水的气液相平衡关系为,
xy 94.0*?,若含氨 0.094摩尔分数的混合气和组成 05.0?Ax
的氨水接触,确定过程的方向 。
解,用相平衡关系确定与实际气相组成 094.0?y
成平衡的液相组成
94.0/* yx? 1.0?
2009-7-30
将其与实际组成比较,1.005.0 * xx
∴ 气液相接触时,氨将从气相转入液相,发生吸收过程 。
或者利用相平衡关系确定与实际液相组成成平衡的气相组成
xy 94.0*? 05.094.0 047.0?
将其与实际组成比较,0 4 7.00 9 4.0 * yy
∴ 氨从气相转入液相,发生吸收过程 。
若含氨 0.02摩尔分数的混合气和 x=0.05的氨水接触,则
0 2 1.094.0/02.094.0/* yx
2009-7-30
0 2 1.005.0 * xx
气液相接触时,氨由液相转入气相,发生解吸过程 。
此外,用气液相平衡曲线图也可判断两相接触时的传质方向具体方法：
已知相互接触的气液相的实际组成 y和 x,在 x-y坐标图中确定状态点,若点在平衡曲线上方,则发生吸收过程；若点在平衡曲线下方,则发生解吸过程 。
2009-7-30
2,计算过程的推动力当气液相的组成均用摩尔分数表示时,吸收的推动力可表示为：
：*yy? 以气相组成差表示的吸收推动力；
：xx?* 以液相组成差表示的吸收推动力 。
3,确定过程的极限所谓过程的极限是指两相充分接触后,各相组成变化的最大可能性 。
2009-7-30
组成为 y1的混合气 增加塔高减少吸收剂用量 塔底 x1增加 极限
m
yxx 1*
1m a x1
组成为：
组成为 y1的混合气 增加塔高增加吸收剂用量 塔顶 y2降低 极限组成为：
2*2m i n2 mxyy
第六章吸收一、气体的溶解度二、亨利定律三,用气液平衡关系分析吸收过程第二节气液相平衡
2009-7-30
一、气体的溶解度
1,气体在液体中溶解度的概念气体在液相中的溶解度,
表明一定条件下吸收过程可能达到的极限程度 。
2,溶解度曲线气体在液体中的饱和浓度 *
AC
对于单组分物理吸收,由相律知
2cf 223 3?
2009-7-30
),,(
),,(
AA
AA
yPTfx
PPTfC
在总压不高,P<5atm时
),(
),(
AA
AA
yTfx
PTfC
一定温度下液相组成是气相组成的单值函数
)(),( AAAA yfxPfC
同理,
)(),( AAAA xfyCfP
2009-7-30
2009-7-30
2009-7-30
2009-7-30
吸收剂,温度 T,P 一定时,不同物质的溶解度不同 。
温度,溶液的浓度一定时,溶液上方分压越大的物质越难溶 。
对于同一种气体,分压一定时,温度 T越高,溶解度越小 。
对于同一种气体,温度 T一定时,分压 P越大,溶解度越大 。
加压和降温对吸收操作有利 。
2009-7-30
二、亨利定律
1,亨利定律
Exp?*
E——亨利常数,单位与压强单位一致 。
E值取决于物系的特性及温度；温度 T上升,E值增大 ；
在同一溶剂中,E值越大的气体越难溶 。
2,亨利定律的其他表示形式
1） 用溶质 A在溶液中的摩尔浓度和气相中的分压表示的亨利定律
2009-7-30
H
cp?*
H——溶解度系数,单位,kmol/m3·Pa或 kmol/m3·atm。
H是温度的函数,H值随温度升高而减小 。
易溶气体 H值大,难溶气体 H值小 。
H与 E的关系设溶液的密度为 3/ mkg?,浓度为 3/ mk mo lC
总
,则
MC
总
SSAA xMxMM
2009-7-30
对于稀溶液,
SSMM,
E
CH 总?
EM s
s
2) 气液相中溶质的摩尔分数表示的亨利定律
mxy?*
m—— 相平衡常数,是温度和压强的函数 。
温度升高,总压下降则 m值变大,
m值越大,表明气体的溶解度越小 。
2009-7-30
m与 E的关系：
yPp由分压定律知,
P
py *
xEp*由亨利定律：
xPEy
P
Em?即：
2009-7-30
3） 用摩尔比 Y和 X分别表示气液两相组成的亨利定律
a) 摩尔比定义：
液相中溶剂的摩尔数液相中溶质的摩尔数?X
x
x
1
数气相中惰性组分的摩尔气相中溶质的摩尔数?Y
y
y
1
Y
Yy
X
Xx
1,1
由,* 得mxy? xmxYY 11 **
2009-7-30
xm
mxY
)1(1
*
当溶液浓度很低时,X≈0,上式简化为：
mXY?*
亨利定律的几种表达形式也可改写为
HPcEPx **,
m
YX
m
yx **,
2009-7-30
例,在常压及 20℃ 下,测得氨在水中的平衡数据为：
0.5gNH3/100gH2O浓度为的稀氨水上方的平衡分压为 400Pa，
在该浓度范围下相平衡关系可用亨利定律表示,试求亨利系数 E,溶解度系数 H,及相平衡常数 m。 （ 氨水密度可取为
1000kg/m3）
解：
由亨利定律表达式知：
x
pE *?
18/1 0017/5.0
17/5.0
x
00527.0?
2009-7-30
∴ 亨利系数为
x
pE?
00527.0
400? Pa41059.7
又 mxy?*,而
P
py?*
51001.1
400
00395.0?
∴ 相平衡常数
00527.0
00395.0?m 75.0?
H
cp?*
1000
1005.0
17/5.0
c 3/293.0 mk m o l?
2009-7-30
∴ 溶解度系数为：
400
293.0?H Pamk m o l 34 /1033.7
或由各系数间的关系求出其它系数
s
s
EMH
181059.7
1000
4 Pamk m o l
34 /1032.7
P
Em?
3
4
1033.1 0 1
1059.7
749.0?
2009-7-30
三、用气液平衡关系分析吸收过程
1,判断过程的方向例,在 101.3kPa,20℃ 下,稀氨水的气液相平衡关系为,
xy 94.0*?,若含氨 0.094摩尔分数的混合气和组成 05.0?Ax
的氨水接触,确定过程的方向 。
解,用相平衡关系确定与实际气相组成 094.0?y
成平衡的液相组成
94.0/* yx? 1.0?
2009-7-30
将其与实际组成比较,1.005.0 * xx
∴ 气液相接触时,氨将从气相转入液相,发生吸收过程 。
或者利用相平衡关系确定与实际液相组成成平衡的气相组成
xy 94.0*? 05.094.0 047.0?
将其与实际组成比较,0 4 7.00 9 4.0 * yy
∴ 氨从气相转入液相,发生吸收过程 。
若含氨 0.02摩尔分数的混合气和 x=0.05的氨水接触,则
0 2 1.094.0/02.094.0/* yx
2009-7-30
0 2 1.005.0 * xx
气液相接触时,氨由液相转入气相,发生解吸过程 。
此外,用气液相平衡曲线图也可判断两相接触时的传质方向具体方法：
已知相互接触的气液相的实际组成 y和 x,在 x-y坐标图中确定状态点,若点在平衡曲线上方,则发生吸收过程；若点在平衡曲线下方,则发生解吸过程 。
2009-7-30
2,计算过程的推动力当气液相的组成均用摩尔分数表示时,吸收的推动力可表示为：
：*yy? 以气相组成差表示的吸收推动力；
：xx?* 以液相组成差表示的吸收推动力 。
3,确定过程的极限所谓过程的极限是指两相充分接触后,各相组成变化的最大可能性 。
2009-7-30
组成为 y1的混合气 增加塔高减少吸收剂用量 塔底 x1增加 极限
m
yxx 1*
1m a x1
组成为：
组成为 y1的混合气 增加塔高增加吸收剂用量 塔顶 y2降低 极限组成为：
2*2m i n2 mxyy
