气体的溶解度亨利定律用气液平衡关系分析吸收课件.ppt

1、一、气体的溶解度一、气体的溶解度二、亨利定律二、亨利定律三、三、用气液平衡关系分析吸用气液平衡关系分析吸收过程收过程 第一节第一节 气气 液液 相相 平平 衡衡第六章第六章 吸吸 收收1、气体在液体中溶解度的概念、气体在液体中溶解度的概念 气体在液相中的溶解度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。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、溶解度曲线 气体在液体中的饱和浓度 *AC 对于单组分物理单组分物理吸收，是A、B、C三三组分构成的气液 两两相物系:2cf2233一、气体的溶解度一、气体的溶解度),(),(AAAAyPTfxPPTfC在总压不

2、高，P5atm时 ：),(),(AAAAyTfxPTfC一定温度一定温度下液相组成是气相组成的单值函数: )( ),(AAAAyfxPfC同理： )( ),(AAAAxfyCfP因此，一定温度和压力下，溶质在液相中的溶解度决定于它因此，一定温度和压力下，溶质在液相中的溶解度决定于它在气相中的组成。在气相中的组成。 T、P 一定时，在同一溶剂中不同气体的溶解度不同； 一定温度下，对同样浓度的溶液，易溶气体溶液上方分压小 ，难溶气体上方的分压大； 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加压和降温对吸收操

3、作有利1、亨利定律、亨利定律 Exp * E E 值取决于物系的特性及温度，温度值取决于物系的特性及温度，温度T T上升，上升，E E值增大值增大； 在同一溶剂中，在同一溶剂中，E E值越大的气体越难溶值越大的气体越难溶。 2、亨利定律的其他表示形式、亨利定律的其他表示形式 1）用溶质用溶质A在溶液中的在溶液中的体积摩尔浓度体积摩尔浓度和气相中的分压表示和气相中的分压表示 的亨利定律的亨利定律E 亨利常数，单位与压强单位一致 。二、亨利定律二、亨利定律Hcp *H 溶解度系数溶解度系数 ，单位：单位：kmol/m3Pa或或kmol/m3atm。 H H是温度的函数，是温度的函数，H H值随温度

4、升高而减小。值随温度升高而减小。 易溶气体易溶气体H H值大，难溶气体值大，难溶气体H H值小。值小。设溶液的密度为 3/mkg，浓度为 3/mkmolC总，则 MC总SSAAxMxMMH与与E的关系：的关系：对于稀溶液， SSMM ,ECH总EMss 2) 以气液相中溶质的摩尔分数表示的亨利定律以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。值越大，表明气体的溶解度越小。 m与与E 的关系：的关系： yPp由分压定律知 ：Ppy* xEp*由亨利定律： xPEyPEm 即：3）用摩尔比）用摩

5、尔比Y 和和X 分别表示气液两相组成的亨利定律分别表示气液两相组成的亨利定律 a) 摩尔比定义摩尔比定义： 液相中溶剂的摩尔数液相中溶质的摩尔数Xxx1数气相中惰性组分的摩尔气相中溶质的摩尔数Yyy1YYyXXx1 ,1由 ,*得mxy XmXYY11*XmmXY)1 (1 *当溶液浓度很低时，X0， 上式简化为：mXY* 亨利定律的几种表达形式也可改写为：HPcEPx* ,mYXmyx* , 例例：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，试求亨利亨利系数系数E，溶解度系数溶解

6、度系数H，及相平衡常数及相平衡常数m。（氨水密度可取为1000kg/m3） 解：解：由亨利定律表达式知：xpE*18/10017/5 . 017/5 . 0 x00527. 0（1）E亨利系数为 xpE 00527. 0400Pa41059. 7又 mxy *，而 Ppy *51001. 140000395. 0 （2）相平衡常数 m00527. 000395. 0m75. 0Hcp *10001005 . 017/5 . 0c3/293. 0mkmol（3）H溶解度系数为： 400293. 0HPamkmol34/1033. 7或由各系数间的关系求出其它系数 ssEMH181059. 710

7、004Pamkmol34/1032. 7PEm 341033.1011059. 7749. 01、判断过程的方向、判断过程的方向 例例：在101.3 kPa，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. 0Ax 的氨水接触,确定过程的方向。 解：解： 与实际气相组成实际气相组成成平衡平衡的液相组成液相组成 094. 0y94. 0/*yx 1 . 0三、用气液平衡关系分析吸收过程三、用气液平衡关系分析吸收过程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，发生吸收过程气液相接触时，氨将从气相转入液相，

8、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. 0047. 0将其与实际组成比较： 047. 0094. 0*yy氨从气相转入液相，发生吸收过程氨从气相转入液相，发生吸收过程。若含氨若含氨0.02摩尔分数的混合气和摩尔分数的混合气和 x=0.05的氨水接触，则的氨水接触，则 021. 094. 0/02. 094. 0/* yx021. 005. 0*xx气液相接触时，氨由液相转入气相，发生解吸过程。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此外，用气液相平衡曲线图也可判断两相接触

9、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，若点在若点在 平衡曲线上方，则发生吸平衡曲线上方，则发生吸 收过程；若点在平衡曲线收过程；若点在平衡曲线 下方，则发生解吸过程。下方，则发生解吸过程。 2、计算过程的推动力、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、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。 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