論吸收過程的相平衡關(guān)系

第一節(jié)吸收過程的相平衡關(guān)系(GasLiquidEquilibrium)3.1.1氣液相平衡關(guān)系3.1.2相平衡關(guān)系在吸收過程中的應(yīng)用第一頁(yè)，共二十一頁(yè)。氣體在液體中的溶解度溶解度曲線：在一定溫度、壓力下，平衡時(shí)溶質(zhì)在氣相和液相中的濃度的關(guān)系曲線。溶解度/[g(NH3)/1000g(H2O)]1000500020406080100120pNH3/kPa50oC40oC30oC20oC10oC0oC120溶解度/[g(SO2)/1000g(H2O)]250200020406080100pSO2/kPa1501005012050oC40oC30oC20oC10oC0oC在相同條件下，NH3在水中的溶解度較SO2大得多。用水作吸收劑時(shí)，稱NH3為易溶氣體，SO2為中等溶解氣體，溶解度更小的氣體則為難溶氣體(如O2在30℃和溶質(zhì)的分壓為40kPa的條件下，1kg水中溶解的質(zhì)量?jī)H為0.014g)。第二頁(yè)，共二十一頁(yè)。討論：（2）溫度和y一定，總壓增加，在同一溶劑中，溶質(zhì)的溶解度x隨之增加，有利于吸收。（1）p、y一定，溫度下降，在同一溶劑中，溶質(zhì)的溶解度x隨之增加，有利于吸收。（3）相同的總壓及摩爾分?jǐn)?shù)，

cO2

<cCO2

<cSO2

<cNH3

氧氣為難溶氣體，氨氣為易溶氣體第三頁(yè)，共二十一頁(yè)。亨利定律（Henry’slaw）

當(dāng)總壓不太高時(shí)，一定溫度下的稀溶液的溶解度曲線近似為直線，即溶質(zhì)在液相中的溶解度與其在氣相中的分壓成正比。式中：p*——溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，kPa；x——溶質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)；E——亨利系數(shù)，kPa?！嗬珊嗬禂?shù)的值隨物系的特性及溫度而異；物系一定，E值一般隨溫度的上升而增大；E值的大小代表了氣體在該溶劑中溶解的難易程度；在同一溶劑中，難溶氣體E值很大，易溶氣體E值很小；E的單位與氣相分壓的壓強(qiáng)單位一致。第四頁(yè)，共二十一頁(yè)。討論：1）E的影響因素：溶質(zhì)、溶劑、T。物系一定，2）E大，溶解度小，難溶氣體E小，溶解度大，易溶氣體3）對(duì)于理想溶液，E即為該溫度下的飽和蒸汽壓5）E的來源：實(shí)驗(yàn)測(cè)得；查手冊(cè)4）E值的計(jì)算：在恒定的溫度下，對(duì)指定物系測(cè)得一系列x及P*,計(jì)算第五頁(yè)，共二十一頁(yè)。（一）組成表示法1、質(zhì)量分?jǐn)?shù)與摩爾分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)：在混合物中某組分的質(zhì)量占混合物總質(zhì)量的分?jǐn)?shù)。摩爾分?jǐn)?shù)：在混合物中某組分的摩爾數(shù)占混合物總摩爾數(shù)的分?jǐn)?shù)。2.亨利定律其他形式第六頁(yè)，共二十一頁(yè)。氣相：液相：質(zhì)量分?jǐn)?shù)與摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系：第七頁(yè)，共二十一頁(yè)。2、質(zhì)量比與摩爾比質(zhì)量比：混合物中某組分A的質(zhì)量與惰性組分B（不參加傳質(zhì)的組分）的質(zhì)量之比。摩爾比：混合物中某組分的摩爾數(shù)與惰性組分摩爾數(shù)之比。氣相：液相：第八頁(yè)，共二十一頁(yè)。質(zhì)量分?jǐn)?shù)與質(zhì)量比的關(guān)系：摩爾分?jǐn)?shù)與摩爾比的關(guān)系：第九頁(yè)，共二十一頁(yè)。c—混合物在液相中的總摩爾濃度，kmol/m3；—混合物液相的密度，kg/m3。4、氣體總壓與理想氣體中組分的分壓總壓與某組分分壓之間的關(guān)系:摩爾比與分壓之間的關(guān)系:摩爾濃度與分壓之間的關(guān)系:pA=PyA第十頁(yè)，共二十一頁(yè)。H——溶解度系數(shù)，kmol/（m3·kPa）cA——摩爾濃度，kmol/m3；（二）亨利定律其他形式根據(jù)組分組成的表示方法不同，亨利定律又可以表示成如下的形式：第十一頁(yè)，共二十一頁(yè)。H與E的關(guān)系：H的討論：1）H大，溶解度大，易溶氣體。2）p對(duì)H影響小。3）第十二頁(yè)，共二十一頁(yè)。（2）

m——相平衡常數(shù)，無因次。m與E的關(guān)系：m的討論：1）m大，溶解度小，難溶氣體。2）第十三頁(yè)，共二十一頁(yè)。在低濃度氣體吸收計(jì)算中，通常采用基準(zhǔn)不變的比摩爾分?jǐn)?shù)

Y（或X）表示組成。比摩爾分?jǐn)?shù)表示組成的平衡關(guān)系X——溶質(zhì)在液相中的比摩爾分?jǐn)?shù)；Y*——與X呈平衡的氣相中溶質(zhì)的比摩爾分?jǐn)?shù)。當(dāng)m趨近1或當(dāng)X很小時(shí)（3）

第十四頁(yè)，共二十一頁(yè)。相對(duì)于氣相濃度y而言，液相濃度欠飽和(x<x*)，故液相有吸收溶質(zhì)A的能力。相對(duì)于液相濃度x而言，氣相濃度為過飽和(y>y*)，溶質(zhì)A由氣相向液相轉(zhuǎn)移。傳質(zhì)過程的方向

氣、液相濃度(y,x)在平衡線上方(P點(diǎn))：yxoy*=f(x)Pyxy*結(jié)論：若系統(tǒng)氣、液相濃度(y,x)在平衡線上方，則體系將發(fā)生從氣相到液相的傳質(zhì)，即吸收過程。x*釋放溶質(zhì)吸收溶質(zhì)3.1.2相平衡關(guān)系在吸收過程中的應(yīng)用第十五頁(yè)，共二十一頁(yè)。相對(duì)于氣相濃度而言實(shí)際液相濃度過飽和(x>x*)，故液相有釋放溶質(zhì)A的能力。相對(duì)于液相濃度x而言氣相濃度為欠飽和(y<y*)，溶質(zhì)A由液相向氣相轉(zhuǎn)移。傳質(zhì)過程的方向氣、液相濃度(y,x)在平衡線下方(Q點(diǎn))：yxoy*=f(x)Qyxy*結(jié)論：若系統(tǒng)氣、液相濃度(y,x)在平衡線下方，則體系將發(fā)生從液相到氣相的傳質(zhì)，即解吸過程。x*釋放溶質(zhì)吸收溶質(zhì)第十六頁(yè)，共二十一頁(yè)。相對(duì)于氣相濃度而言液相濃度為平衡濃度(x=x*)，故液相不釋放或吸收溶質(zhì)A。相對(duì)于液相濃度x而言氣相濃度為平衡濃度(y=y*)，溶質(zhì)A不發(fā)生轉(zhuǎn)移。傳質(zhì)過程的方向氣、液相濃度(y,x)處于平衡線上(R點(diǎn))：yxoy*=f(x)Ryxy*結(jié)論：若系統(tǒng)氣、液相濃度(y,x)處于平衡線上，則體系從宏觀上講將不會(huì)發(fā)生相際間的傳質(zhì)，即系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。x*第十七頁(yè)，共二十一頁(yè)。傳質(zhì)過程的限度對(duì)吸收而言：若保持液相濃度x不變，氣相濃度y最低只能降到與之相平衡的濃度y*，即ymin=y*=mx；若保持氣相濃度y不變，則液相濃度x最高也只能升高到與氣相濃度y相平衡的濃度x*，即xmax=x*=y/m。yxoy*=f(x)Pyxy*x*第十八頁(yè)，共二十一頁(yè)。傳質(zhì)過程的限度對(duì)解吸而言：若保持液相濃度x不變，氣相濃度y最高只能升到與之相平衡的濃度y*，即ymax=y*；若保持氣相濃度y不變，則液相濃度x最高也只能降到與氣相濃度y相平衡的濃度x*，即xmin=x*。yxoy*=f(x)Qyxy*x*第十九頁(yè)，共二十一頁(yè)。傳質(zhì)推動(dòng)力的表示方法可以不同，但效果一樣。(x*-x)：以液相摩爾分?jǐn)?shù)差表示的傳質(zhì)推動(dòng)力。對(duì)吸收過程：(y-y*)：以氣相摩爾分?jǐn)?shù)差表示的傳質(zhì)推動(dòng)力；傳質(zhì)過程的推動(dòng)力未達(dá)平衡的兩相接觸會(huì)發(fā)生相際間傳質(zhì)(吸收或解吸)，離平衡濃度越遠(yuǎn)，過程傳質(zhì)推動(dòng)力越大，傳質(zhì)過程進(jìn)行越快。方法：用氣相或液相濃度遠(yuǎn)離平衡的程度來表征氣液相際傳質(zhì)過程的推動(dòng)力。yxoy*=f(x)Pyxy*x*（y-y*）（x*-x）第二十頁(yè)，共二十一頁(yè)。內(nèi)容總結(jié)第一節(jié)吸收過程的相平衡關(guān)系。氧氣為難溶氣體，氨氣為易溶氣體?！嗬?。亨利系數(shù)的值隨物系的特性及溫度而異。E值的大小代表了氣體在該溶劑中溶解的難易程度。1）E的影響因素：溶質(zhì)、溶劑、T。4）E值的計(jì)算：在恒定的溫度下，對(duì)指定物系測(cè)得一系列x及P*,計(jì)算。1、質(zhì)量分