福州大学化工原理电子教案 气体吸收 82气液相平衡 吸收(传质)与传热两个过程的相似处 传热与吸收过程均由三步构成(解释三步相似),但两个过程也有不同处:传热的推动力是两流体的温度 差,过程的极限是两流体的温度相等:吸收的推动力不是两相的浓度差,过程的极限也不是两相的浓度相 等。这是由于气液之间的相平衡不同于冷热流体之间的热平衡,气液相平衡关系是吸收过程的重要基础, 我们将详细讨论它。 82.1平衡溶解度 在一定的温度t与总压p下,使一定量的溶剂与溶质接触,溶质便由气相向液相转移,随着溶液浓度 的逐渐增高,传质速率将逐渐减慢,最后降为零,此时液相中溶质达到饱和,浓度达到一最大限度x。(x 为液相中溶质A的摩尔分数,下标ε代表平衡),这时称气液两相达到相平衡,x称为平衡溶解度,简称 为溶解度(溶解度可以用不同的方式表示,相平衡关系亦可用 不同的方式表示,如P~x、P。~x、y~x、y~x等)。120 注意:此时并非没有溶质分子继续进入液相,只是任何 瞬间进入液相的溶质分子数与从液相逸出的溶质分子数恰好10 相等,在宏观上过程就象是停止了这种状态称为相际动平衡,8 简称相平衡 (1)溶解度曲线 对单组分物理吸收的物系根据相律,自由度数F为F=C. Φ+2=3-2+2=3(C=3,溶质A,惰性组分B溶剂S,Φ=2,气 液两相),即在温度t,总压P,气、液相组成共4个变量中 由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P表达为温度t,总压P和溶解度 x的函数:p。=g(、p、x) 液相中氨的摩尔分数x 有关气液相平衡关系的理论还不够完善,故上述平衡关图83氮在水中的平衡溶解度 系的具体函数形式还不能从理论上推出,一般时针对具体物系 进行实验测定。实验表明,当总压不太高(一般p<0.5Ma) 时,P对平衡的影响可以忽略,而温度t对平衡的影响颇大。 图8-3为不同温度下氨在水中的溶解度曲线。从此图可以看。 出,t↑同一P2下x;或同一x下p2t。P~x图直接至。.4 反映了相平衡的本质(气相组成用分压表示直观),可直截了 当地用以思考与分析后面在讨论吸收塔的计算问题时所涉及 到的许多关系式如物料衡算关系式、填料层高度计算式等其中0 的气液组成均用摩尔分数y(气相)、x(液相)表示,故以 摩尔分数y、x表示的相平衡关系可以方便地与吸收的上述 关系一起对整个吸收过程进行数学描述。图8-4为SO2在 0.20040.6 008 0. 01 0.012 0.0u4 101.3Kpa下在水中的溶解度曲线,图中气、液组成用摩尔分 液相中SO2摩尔分数x 数y、x表示。图8-3Pe~x关系曲线为何不指定总压P? 图84101.akP下SO2在水中的溶解度 (p<0.5Mpa时总压对p2~x的对应关系的影响可略去)图 84y~x关系曲线为何要指定总压p?(p变,y=P变,y~x溶解度曲线的位置不同)。 (2)亨利定律 吸收操作最常用于分离低浓度的气体混合物,此时液相的浓度x通常比较低,即常在稀溶液范围内
福州大学化工原理电子教案 气体吸收 - 1 - 8.2 气液相平衡 吸收（传质）与传热两个过程的相似处： 传热与吸收过程均由三步构成（解释三步相似），但两个过程也有不同处：传热的推动力是两流体的温度 差，过程的极限是两流体的温度相等；吸收的推动力不是两相的浓度差，过程的极限也不是两相的浓度相 等。这是由于气液之间的相平衡不同于冷热流体之间的热平衡，气液相平衡关系是吸收过程的重要基础， 我们将详细讨论它。 8.2.1 平衡溶解度 在一定的温度 t 与总压 p 下，使一定量的溶剂与溶质接触，溶质便由气相向液相转移，随着溶液浓度 的逐渐增高，传质速率将逐渐减慢，最后降为零，此时液相中溶质达到饱和，浓度达到一最大限度 e x （ x 为液相中溶质 A 的摩尔分数，下标 e 代表平衡），这时称气液两相达到相平衡， e x 称为平衡溶解度，简称 为溶解度（溶解度可以用不同的方式表示，相平衡关系亦可用 不同的方式表示，如 e p ～ x 、 e p ～ e x 、 e y ～ x 、 e y ～ e x 等）。 注意：此时并非没有溶质分子继续进入液相，只是任何 瞬间进入液相的溶质分子数与从液相逸出的溶质分子数恰好 相等，在宏观上过程就象是停止了。这种状态称为相际动平衡， 简称相平衡。 （1）溶解度曲线 对单组分物理吸收的物系，根据相律，自由度数 F 为 F=C- Φ+2=3-2+2=3(C=3,溶质 A，惰性组分 B,溶剂 S，Φ＝2，气、 液两相)，即在温度 t ，总压 p ，气、液相组成共 4 个变量中， 由 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 e p 表达为温度 t ，总压 p 和溶解度 x 的函数： p g(t p x) e = 、 、 有关气液相平衡关系的理论还不够完善，故上述平衡关 系的具体函数形式还不能从理论上推出，一般时针对具体物系 进行实验测定。实验表明，当总压不太高（一般 p <0.5Mpa） 时， p 对平衡的影响可以忽略，而温度 t 对平衡的影响颇大。 图 8-3 为不同温度下氨在水中的溶解度曲线。从此图可以看 出， t ↑同一 e p 下 x ↓或同一 x 下 e p ↑。 e p ～ x 图直接 反映了相平衡的本质（气相组成用分压表示直观），可直截了 当地用以思考与分析。后面在讨论吸收塔的计算问题时所涉及 到的许多关系式如物料衡算关系式、填料层高度计算式等其中 的气液组成均用摩尔分数 y （气相）、 x （液相）表示，故以 摩尔分数 y 、 x 表示的相平衡关系可以方便地与吸收的上述 关系一起对整个吸收过程进行数学描述。图 8-4 为 SO2 在 101.3Kpa 下在水中的溶解度曲线，图中气、液组成用摩尔分 数 y 、 x 表示。图 8-3 e p ～ x 关系曲线为何不指定总压 p ？ （ p <0.5Mpa 时总压对 e p ～ x 的对应关系的影响可略去）图 8-4 y ～ x 关系曲线为何要指定总压 p ？（ p 变， P p y A = 变， y ～ x 溶解度曲线的位置不同）。 （2）亨利定律 吸收操作最常用于分离低浓度的气体混合物，此时液相的浓度 x 通常比较低，即常在稀溶液范围内
福州大学化工原理电子教案 气体吸收 稀溶液的溶解度曲线通常近似地为一过原点的直线,即气液两相的浓度成正比,这一关系称为亨利定 气液组成用不同的单位表示时,享利定律有以下3种形式 pe 解题指南p=ExA Pe = HO 解题指南C=,或nC y 解题指南y=mx 上述3种形式的亨利定律,最常见的是最后一种形式,式中m称为相平衡常数,无因次。但题目有 时不是已知m,而是给定亨利常数E(或H),必须知道它们相互间的换算关系 Pe=Ex=y E H-x=x P=Ex=E=HC ∴E=HCM CL为溶液的总摩尔浓度,Cn=溶液平均密度 溶液平均分子量 注意:解题指南CM用C表示。解题指南H与本书11为倒数,故EsC 1000 对稀水溶液,CM18Q=555Kmom,此数据应记住,考试时不给。 m=叭(,p),m小,溶解度大,对水吸收有利,t↓,p↑,m 例8-1①平衡数据a换算成x: ②y~x曲线与总压有关 822相平衡吸收过程的关系 (1)判别过程的方向 ①y>y或xPe吸收) ②yx解吸(P4<Pe解吸) (2)指明过程的极限 (3)计算过程的推动力
福州大学化工原理电子教案 气体吸收 - 2 - 稀溶液的溶解度曲线通常近似地为一过原点的直线，即气液两相的浓度成正比，这一关系称为亨利定律。 气液组成用不同的单位表示时，亨利定律有以下 3 种形式 p Ex e = 解题指南 pA = ExA * pe = HC 解题指南 CA = Hp A * 或 H C p A A = * y mx e = 解题指南 y = mx * 上述 3 种形式的亨利定律，最常见的是最后一种形式，式中 m 称为相平衡常数，无因次。但题目有 时不是已知 m ，而是给定亨利常数 E (或 H )，必须知道它们相互间的换算关系。 x mx p E x y p E p p e e = = = p E m = HC C C p Ex E M e = = = E = HCM CM 为溶液的总摩尔浓度， M M M M C = 注意：解题指南 CM 用 C 表示。解题指南 H 与本书 H 互为倒数，故 H C E = . 对稀水溶液， 55.5 18.02 1000 CM = Kmol/m3，此数据应记住，考试时不给。 m = (t, p)， m 小，溶解度大，对水吸收有利， t ↓， p ↑， m ↓。 例 8-1①平衡数据 a 换算成 x ； ② y ～ x 曲线与总压有关。 8.2.2 相平衡吸收过程的关系 （1）判别过程的方向 ① y > e y 或 x e p 吸收） ② y e x 解吸（ pA < e p 解吸） （2）指明过程的极限 （3）计算过程的推动力 溶液平均密度 溶液平均分子量
