制藥化工原理第六章第二節(jié) 氣液相平衡

第六章

吸收一、氣體的溶解度二、亨利定律三、用氣液平衡關(guān)系分析吸收過(guò)程

第二節(jié)

氣液相平衡2023/11/2一、氣體的溶解度

1、氣體在液體中溶解度的概念氣體在液相中的溶解度：

表明一定條件下吸收過(guò)程可能達(dá)到的極限程度。

2、溶解度曲線

氣體在液體中的飽和濃度

對(duì)于單組分物理吸收，由相律知

2023/11/2在總壓不高，P<5atm時(shí)

一定溫度下液相組成是氣相組成的單值函數(shù)

同理，

2023/11/22023/11/22023/11/22023/11/2吸收劑、溫度T、P一定時(shí)，不同物質(zhì)的溶解度不同。

溫度、溶液的濃度一定時(shí)，溶液上方分壓越大的物質(zhì)越難溶。對(duì)于同一種氣體，分壓一定時(shí)，溫度T越高，溶解度越小。對(duì)于同一種氣體，溫度T一定時(shí)，分壓P越大，溶解度越大。加壓和降溫對(duì)吸收操作有利。

2023/11/2二、亨利定律1、亨利定律

E——亨利常數(shù)，單位與壓強(qiáng)單位一致。

E值取決于物系的特性及溫度；溫度T上升，E值增大；在同一溶劑中，E值越大的氣體越難溶。2、亨利定律的其他表示形式1）用溶質(zhì)A在溶液中的摩爾濃度和氣相中的分壓表示的亨利定律

2023/11/2H——溶解度系數(shù)，單位：kmol/m3·Pa或kmol/m3·atm。

H是溫度的函數(shù)，H值隨溫度升高而減小。易溶氣體H值大，難溶氣體H值小。H與E的關(guān)系設(shè)溶液的密度為

，濃度為

，則

2023/11/2對(duì)于稀溶液，

2)氣液相中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)表示的亨利定律m——相平衡常數(shù)，是溫度和壓強(qiáng)的函數(shù)。

溫度升高、總壓下降則m值變大，m值越大，表明氣體的溶解度越小。

2023/11/2m與E的關(guān)系：

由分壓定律知：由亨利定律：

即：2023/11/23）用摩爾比Y和X分別表示氣液兩相組成的亨利定律a)

摩爾比定義：

由

2023/11/2當(dāng)溶液濃度很低時(shí)，X≈0，上式簡(jiǎn)化為：亨利定律的幾種表達(dá)形式也可改寫為2023/11/2例：在常壓及20℃下，測(cè)得氨在水中的平衡數(shù)據(jù)為：0.5gNH3/100gH2O濃度為的稀氨水上方的平衡分壓為400Pa，在該濃度范圍下相平衡關(guān)系可用亨利定律表示，試求亨利系數(shù)E，溶解度系數(shù)H，及相平衡常數(shù)m。（氨水密度可取為1000kg/m3）

解：由亨利定律表達(dá)式知：2023/11/2∴亨利系數(shù)為

又

，而

∴相平衡常數(shù)

2023/11/2∴溶解度系數(shù)為：

或由各系數(shù)間的關(guān)系求出其它系數(shù)

2023/11/2三、用氣液平衡關(guān)系分析吸收過(guò)程

1、判斷過(guò)程的方向

例：在101.3kPa，20℃下,稀氨水的氣液相平衡關(guān)系為：，若含氨0.094摩爾分?jǐn)?shù)的混合氣和組成

的氨水接觸,確定過(guò)程的方向。解：

用相平衡關(guān)系確定與實(shí)際氣相組成

成平衡的液相組成

2023/11/2將其與實(shí)際組成比較：

∴氣液相接觸時(shí)，氨將從氣相轉(zhuǎn)入液相，發(fā)生吸收過(guò)程。或者利用相平衡關(guān)系確定與實(shí)際液相組成成平衡的氣相組成將其與實(shí)際組成比較：

∴氨從氣相轉(zhuǎn)入液相，發(fā)生吸收過(guò)程。若含氨0.02摩爾分?jǐn)?shù)的混合氣和

x=0.05的氨水接觸，則

2023/11/2氣液相接觸時(shí)，氨由液相轉(zhuǎn)入氣相，發(fā)生解吸過(guò)程。此外，用氣液相平衡曲線圖也可判斷兩相接觸時(shí)的傳質(zhì)方向具體方法：已知相互接觸的氣液相的實(shí)際組成y和x，在x-y坐標(biāo)圖中確定狀態(tài)點(diǎn)，若點(diǎn)在平衡曲線上方，則發(fā)生吸收過(guò)程；若點(diǎn)在平衡曲線下方，則發(fā)生解吸過(guò)程。

2023/11/22、計(jì)算過(guò)程的推動(dòng)力

當(dāng)氣液相的組成均用摩爾分?jǐn)?shù)表示時(shí)，吸收的推動(dòng)力可表示為：

以氣相組成差表示的吸收推動(dòng)力；以液相組成差表示的吸收推動(dòng)力。

3、確定過(guò)程的極限

所謂過(guò)程的極限是指兩相充分接觸后，各相組成變化的最大可能性。

2023/11/2組成為y1的混合氣