环境化工第八章吸收第二节讲稿

第八章吸收一、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物理吸收气液相平衡2020/7/172一、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。气体在液体中的饱和浓度*AC2020/7/1732020/7/1742020/7/1752020/7/176•吸收剂、温度T、P一定时，不同物质的溶解度不同。•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。2020/7/177二、亨利定律1、亨利定律AAExp*pA*——溶质在气相中的平衡分压，kPa；xA——溶质在液相中的摩尔分数；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。亨利系数的值随物系的特性及温度而异；物系一定，E值一般随温度的上升而增大；E值的大小代表了气体在该溶剂中溶解的难易程度；在同一溶剂中，难溶气体E值很大，易溶气体E值很小；E的单位与气相分压的压强单位一致。2020/7/1782、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HcpAA*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???HE=C02020/7/1792)气液相中溶质的摩尔分数表示的亨利定律AAmxy*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。2020/7/1710m与E的关系：PpyA*AAxPEyPEm即：三个比例系数之间的关系：PEmEcHm式中cm为溶液的总浓度（kmol/m3）。对于稀溶液，因溶质的浓度很小，因此cm=/Ms，其中为溶液的密度，Ms为溶剂的摩尔质量。smMcAAyPp由分压定律可知，　AAxEp*由亨利定律：2020/7/17113）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Xxx1数气相中惰性组分的摩尔气相中溶质的摩尔数Yyy1YYyXXx1,1由,*得mxyxmxYY11**2020/7/1712xmmxY)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**,mYXmyx**,2020/7/1713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：xpE*18/10017/5.017/5.0x00527.02020/7/1714∴亨利系数为xpE00527.0400Pa41059.7又mxy*，而Ppy*51001.140000395.0∴相平衡常数00527.000395.0m75.0Hcp*10001005.017/5.0c3/293.0mkmol2020/7/1715∴溶解度系数为：400293.0HPamkmol34/1033.7或由各系数间的关系求出其它系数ssEMH181059.710004Pamkmol34/1032.7PEm341033.1011059.7749.02020/7/1716拉乌尔定律和亨利定律•溶液和混合物的区分•拉乌尔定律PB*=PB0XB•拉乌尔定律适用范围：稀溶液中的溶剂或者理想混合物中的任一组分•亨利定律适用范围：稀溶液中的挥发溶质2020/7/1717三、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：xy94.0*，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2020/7/1718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xy94.0*05.094.0047.0将其与实际组成比较：047.0094.0*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021.094.0/02.094.0/*yx2020/7/1719021.005.0*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。2020/7/1720相对于气相浓度y而言，液相浓度欠饱和(xx*)，故液相有吸收溶质A的能力。相对于液相浓度x而言，气相浓度为过饱和(yy*)，溶质A由气相向液相转移。传质过程的方向气、液相浓度(y,x)在平衡线上方(P点)：yxoy*=f(x)Pyxy*结论：若系统气、液相浓度(y,x)在平衡线上方，则体系将发生从气相到液相的传质，即吸收过程。x*释放溶质吸收溶质2020/7/1721相对于气相浓度而言实际液相浓度过饱和(xx*)，故液相有释放溶质A的能力。相对于液相浓度x而言气相浓度为欠饱和(yy*)，溶质A由液相向气相转移。气、液相浓度(y,x)在平衡线下方(Q点)：yxoy*=f(x)Qyxy*结论：若系统气、液相浓度(y,x)在平衡线下方，则体系将发生从液相到气相的传质，即解吸过程。x*释放溶质吸收溶质2020/7/1722相对于气相浓度而言液相浓度为平衡浓度(x=x*)，故液相不释放或吸收溶质A。相对于液相浓度x而言气相浓度为平衡浓度(y=y*)，溶质A不发生转移。气、液相浓度(y,x)处于平衡线上(R点)：yxoy*=f(x)Ryxy*结论：若系统气、液相浓度(y,x)处于平衡线上，则体系从宏观上讲将不会发生相际间的传质，即系统处于平衡状态。x*2020/7/17232、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。yxoy*=f(x)Pyxy*x*（y-y*）（x*-x）吸收的推动力可用气相的分压差和液相的浓度差表示为：*AApppAAccc*2020/7/1724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myxx1*1max1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*2min2mxyy3、确定传质过程的极限P272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。具体解释见书P272，图8.2.1混合气体（A＋B）吸收剂S吸收尾气（B＋A）吸收液（A＋S）吸收塔吸收塔ex.8.2.1