化工原理 气体吸收的汽液相平衡关系

1、2.2 气体吸收的相平衡关系2.2.1 气体的溶解度2.2.1.1 吸收推动力吸收是物质自气相到液相的转移，是传质过程。某一组分能否进入溶剂里，是由气体中该组分的分压p和溶剂里该组分的平衡分压p*来决定。当pp*：该组分便可自气相转移到液相被吸收，溶液里溶质的浓度增高，其平衡分压p*也随着增高;当pp*：传质过程就停止，这时气液两相达到相平衡。当p*p：溶质便要从溶液中释放出来，即从液相转移到气相，这种过程称为解吸。推动力表示：浓度差C或(p-p*)2.2.1.2 溶解度溶解度当进入液相的溶质分子数等于从液相逸出的溶质分子数恰好相抵，这时两相达到相平衡。此时溶质在液相中的浓度称为平衡溶解度平衡

2、溶解度。气体在液体中的溶解度表明气体在液体中的溶解度表明一定条件下吸收过程可能达一定条件下吸收过程可能达到的极限程度。到的极限程度。讨论：温度、y一定，总压增加，在同一溶剂中，溶质的溶解度x随之增加，有利于吸收 。总压、y一定，温度下降，在同一溶剂中，溶质的溶解度x随之增加，有利于吸收 。加压和降温有利于吸收操作，反之对解吸有利。 但加压、减压费用太高一般不采用。同温度下，不同溶质在同一种溶剂中的溶解度相 差很大。易溶气体,溶解度大，所需平衡分压小。一定t和总压不大的情况下，稀溶液或难溶气体上方的气体溶质平衡分压与液相中的组成的关系.2.2.2.1 pixi关系pA*=ExiE：享利系数，：享

3、利系数， KPa 理想溶液: E等于该温度下纯溶质的饱和蒸汽压.非理想溶液: E不等于纯溶质的饱和蒸汽压，对难溶物系在 溶质分压不超过100Kpa在恒定温度下近似认为是常数。E ，溶解度 ，一般E值随温度的升高而增大。 2.2.2.2 采用摩尔浓度的形式(pici关系) p pi i* *=ci/H H：溶解度系数,kmol/m3KPa ; H是温度的函数,值一般随温度升高减小。H与E相反，H愈大，溶解度愈大；2.2.2.3 采用摩尔分率的形式(xiyi关系) yi*=mxim：相平衡常数m是温度和压强的函数，随温度T升高或压强的减少而升高。m愈大，溶解度愈小。2.2.2.3 用摩尔比的形式表

4、示XmmXY)1 (1*iiixxX1 液相中溶剂的摩尔数尔数液相中溶质的摩当溶液浓度很低时当溶液浓度很低时, 亨利定律可表示为：亨利定律可表示为：Y*=mX2.2.2.4 亨利定律也可表示成以下形式 mYXmyxHpcEpx*,*,*,*iiiyyY1 气相中溶剂的摩尔数尔数气相中溶质的摩2.2.2.5 亨利定律各系数之间的关系 H与E的关系对低浓度气体吸收，c很小，H和E之间的近似关系。)(1)(*)(ASiSAsiiAsisiSAiiiiMMcEMHMMcMsEcpMMcMcMMcccxssEMH E与m的关系p*=Py*, 得到Py*=ExPEm 2.2.3 吸收剂的选择溶解度:对被吸

5、收的组分要有较大的溶解度，对惰性气体几乎不溶解,以提高吸收速率，减少吸收剂的用量,同时为了便于吸收剂的再生回用，其溶解度应随操作条件的改变有显著的差异； 选择性:吸收剂对溶质应有良好的选择性；挥发性:溶剂的挥发性要小，即蒸气压低，以减少溶剂的损失量；化学稳定性:较好的化学稳定性,以免使用中变质；黏度：溶剂的粘度要低，这样有利于气、液接触，提高吸收速率，也便于输送；无毒；难燃；腐蚀性小：减小设备费用和维修费 ；易得价廉；不污染环境。2.2.4. 相平衡关系在吸收过程中的应用2.2.4.1 判断过程进行的方向*AApp A由气相向液相传质，吸收过程*AApp 平衡状态*AApp A由液相向气相传质

6、，解吸过程yPyxABCxy*y*y01x1 xy1y1*b(y1,x1)acy1 =mx1 , g-L平衡，推动力=0y1 mx1 ,y1 y1*,吸收,=y1 - y1*y1 mx1 ,y1 y1*,解吸,= y1* - y1m01x1 xy1y1*b(y1,x1)acm2.2.4.2 确定传质过程的推动力推动力通常用一相的实际组成与其平衡组成的偏离程度表示.(yA-yA*)气相组成浓度差表示的吸收推动力(xA*-xA)液相组成浓度差表示的吸收推动力 两者差越大，过程速率也就越快1）逆流吸收，塔高无限，AAmxyyL*minA,G，yaG，ybL，xaL，xb2）逆流吸收，塔高无限，myx

7、LBBmax,过程极限：相平衡。2.2.4.3 过程进行的极限例例:已知常压、已知常压、25下某体系的平衡关系符合亨利定律，亨利下某体系的平衡关系符合亨利定律，亨利系数系数E为为0.15104atm，溶质，溶质A的分压为的分压为0.054大气压的混合气大气压的混合气体分别与三种溶液接触：体分别与三种溶液接触：溶质溶质A浓度为浓度为0.002mol/L的水溶液的水溶液；溶质溶质A浓度为浓度为0.001mol/L的水溶液；的水溶液；溶质溶质A浓度为浓度为0.003mol/L的水溶液。试求上述三种情况下溶质的水溶液。试求上述三种情况下溶质A在二相间的在二相间的转移方向。转移方向。解：解：E=0.15104atm，p=0.054atm，P=1atm， y=p/P=0.054 平衡mEP015104.531106 . 31810