制药化工原理第六章第二节 气液相平衡

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2023/11/2一、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

对于单组分物理吸收，由相律知

2023/11/2在总压不高，P<5atm时

一定温度下液相组成是气相组成的单值函数

同理，

2023/11/22023/11/22023/11/22023/11/2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。

2023/11/2二、亨利定律1、亨利定律

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

2023/11/2H——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

，浓度为

，则

2023/11/2对于稀溶液，

2)气液相中溶质的摩尔分数表示的亨利定律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。

2023/11/2m与E的关系：

由分压定律知：由亨利定律：

即：2023/11/23）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：

由

2023/11/2当溶液浓度很低时，X≈0，上式简化为：亨利定律的几种表达形式也可改写为2023/11/2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：2023/11/2∴亨利系数为

又

，而

∴相平衡常数

2023/11/2∴溶解度系数为：

或由各系数间的关系求出其它系数

2023/11/2三、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：，若含氨0.094摩尔分数的混合气和组成

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

成平衡的液相组成

2023/11/2将其与实际组成比较：

∴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将其与实际组成比较：

∴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

2023/11/2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。

2023/11/22、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：

以气相组成差表示的吸收推动力；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。

2023/11/2组成为y1的混合气