化工原理吸收

1、5.2. 气液相平衡关系5.2.2.相平衡关系在吸收过程中的应用 5.2.1.气体在液体中的溶解度1 相平衡的影响因素及相平衡关系在吸收过程中的应用；1、重点掌握的内容：溶解度、平衡状态、平衡分压、亨利定律。2、熟悉的内容：本节教学要求：21溶解度曲线 饱和浓度：平衡时溶质在液相中的浓度。5.2.1.气体在液体中的溶解度平衡分压：平衡时气相中溶质的分压。平衡状态： 一定压力和温度，一定量的吸收剂与 混合气体充分接触，气相中的溶质向 溶剂中转移，长期充分接触后，液相 中溶质组分的浓度不再增加，此时， 气液两相达到平衡。3 对单组分物理吸收的物系，根据相律，自由度数F为：2，气、液两相；其中：C=

2、3，溶质A，惰性组分B，溶剂S； 即在温度t，总压p，气、液相组成共4个变量中，有3个自变量（独立变量），另1个是它们的函数，故可将平衡时溶质在气相中的分压pe表达为温度t，总压p和溶解度x的函数：4 当温度t，总压p，一定时：相平衡关系：平衡时溶质组分在气液两相中的 浓度关系为相平衡关系。溶解度曲线：气液相平衡关系用二维坐标绘成 的关系曲线称为溶解度曲线。5图5-4 氨在水中的溶解度6图5-5 20下SO2在水中的溶解度7 由图5-5可见，在一定的温度下，气相中溶质组成y不变，当总压p增加时，在同一溶剂中溶质的溶解度x随之增加，这将有利于吸收，故吸收操作通常在加压条件下进行。8图5-6 10

3、1.3kPa下SO2在水中的溶解度9 由图5-6可知，当总压P、气相中溶质y一定时，吸收温度下降，溶解度大幅度提高，吸收剂常常经冷却后进入吸收塔。 结论： 加压和降温有利于吸收操作过程；而减压和升温则有利于解吸操作过程。10图5-7 几种气体在水中的溶解度曲线11易溶气体：溶解度大的气体如NH3等称为易 溶气体；难溶气体：溶解度小的气体如O2、CO2。 介乎其间的如SO2等气体称为溶解度适中的气体。122亨利定律 总压不高（譬如不超过5105Pa）时，在一定温度下，稀溶液上方气相中溶质的平衡分压与溶质在液相中的摩尔分率成正比，其比例系数为亨利系数。 1）亨利定律内容 132）亨利定律的数学表达

4、式（ 5-24）式中：pA*溶质在气相中的平衡分压， kPa；E亨利系数，kPa；实验测定；x溶质在液相中的摩尔分率。(1)T，E。讨论：pA*一定时，E，x。143）亨利定律的其他表达形式：（2）（ 5-25）式中： cA溶质在液相中的摩尔浓度，kmol/m3；H溶解度系数，kmol/ （m3kPa）；pA*溶质在气相中的平衡分压，kPa。15溶解度系数H与亨利系数E的关系为：（ 5-26）式中：s为溶剂的密度，kg/m3。T ，H 讨论：16（3） （5-27） 式中： x液相中溶质的摩尔分率；y*与液相组成x相平衡的气相中溶质 的摩尔分率； m相平衡常数，无因次。17相平衡常数m与亨利系

5、数E的关系为：（5-28） 当物系一定时，T 或P，则m。讨论：18（4）（5-29） 式中：X液相中溶质的摩尔比； Y*与液相组成X相平衡的气相中 溶质的摩尔比；19例：某系统温度为10，总压101.3kPa，试求此条件下在与空气充分接触后的水中，每立方米水溶解了多少克氧气？空气按理想气体处理，由道尔顿分压定律可知，氧气在气相中的分压为：解：20 氧气为难溶气体，故氧气在水中的液相组成x很低，气液相平衡关系服从亨利定律，由表5-1 查得10时，氧气在水中的亨利系数E为 3.31106kPa。21故 225.2.2. 相平衡关系在吸收过程中的应用1判断过程进行的方向与传质推动力：液相气相界面y

6、xye=mxyye时A吸收推动力y-yeyye时解吸A推动力ye-y图5-8 传质推动力与方向用气相组成表示23 yye时，溶质从气相向液相传递，为吸收过程。 yye时，溶质从液相向气相传递，为解吸过程。 其传质推动力为（y-ye），这是以气相摩尔分数差表示的推动力。其传质推动力为（ye-y）。24界面气相液相yxxe=y/mAA吸收解吸xex时xex时推动力x-xe推动力xe-x图59 传质推动力与方向用液相组成表示25 xex 时，溶质从液相向气相传递，为解吸过程。 xex 时，溶质从气相向液相传递，为吸收过程。 其传质推动力为（ xe-x ），这是以液相摩尔分数差表示的推动力。其传质推动

7、力为（ x-xe ）。 溶质的传质方向与推动力也可以在相平衡曲线图上表示：26图5-10 吸收推动力示意图272指明过程进行的极限 图5-11 吸收过程的极限28塔无限高、溶剂量很小的情况下： 29 无限高的塔内，大量的吸收剂和较小气体流量： x2=0时，y2，min=0，理论上实现气相溶质的全部吸收。30例、在总压101.3kPa，温度30的条件下, SO2摩尔分率为0.3的混合气体与SO2摩尔分率为0.01的水溶液相接触，试问：（1）SO2的传质方向；（2）其它条件不变，温度降到0时SO2的传质方向；（3）其它条件不变，总压提高到202.6kPa时SO2的传质方向，并计算以液相摩尔分率差及

8、气相摩尔率差表示的传质推动力。31(1)查得在总压101.3kPa，温度30条件下SO2在水中的亨利系数E=4850kPa解：所以 从液相分析故SO2必然从液相转移到气相，进行解吸过程。32（2）查得在总压101.3kPa，温度0的条件下，SO2在水中的亨利系数E=1670kPa从气相分析 故SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。33（3）在总压202.6kPa，温度30条件下，SO2在水中的亨利系数E=4850kPa 从气相分析 故SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。34以液相摩尔分数表示的吸收推动力为:x=x*x=0.01250.01=0.0025以气相摩尔分数表示的吸收推动力为