5.2从溶解相平衡看吸收操作（课件）-《化工单元操作（第三版） 》同步教学（化工版·2022）

第5章 气体吸收 5.2从溶解相平衡看吸收操作 一、相组成的表示法 吸收剂和惰性气体的用量在吸收过程中不发生变化，只有吸收质的量发生变化。 1、比质量分率，XW、YW 混合气中两组分的质量之比。kgA/kgB XW，A=mA/mB=xW,A/xW,B 2 2、比摩尔分率，X、Y 混合气中两组分的摩尔数之比。 XA=nA/nB=xA/xB=xA/(1-xA) 3、比质量分率与比摩尔分率之间的关系 XA=nA/nB=（MB/MA） XW，A 3 二、吸收的气液相平衡 1、气液相平衡：在一定的温度下，使某一定量的可溶性气体溶质与一定量的液体溶剂在密闭的容器内相接触，溶质便向溶剂转移。经过足够长的时间后，在任何瞬间，气体进入液体的分子数与从液体中逸出并返回到气体中的分子数相等，宏观上过程象停止一样，这种状况称为相际动平衡，简称气液相平衡。 2、平衡分压：在气液相平衡状态下，溶液上方气相中溶质的压力称为当时条件下的平衡分压。 4 二、吸收的气液相平衡 3、溶解度：溶解达到平衡时，液相中含溶质的浓度（习惯上溶解度是以在一定的温度和溶解气体的平衡分压下在单位质量的气体溶剂中溶质气体的质量分数来表示，kg溶质/kg溶剂) 4、影响溶解度的因素 ⑴ 溶解度= ƒ (物系、p、t） ⑵ 同一物系：p↑,t↓,有利于吸收。 p一定，t↓，有利于吸收。 t一定， p↑，有利于吸收。 5 二、吸收的气液相平衡 ⑶溶解度曲线 6 平衡溶解度曲线 7 三、亨利定律 气液相平衡关系的数学表达式用亨利定律表示 1、用平衡分压表示的亨利定律 p*=E·x p*—平衡时溶质在气相中的平衡分压Kpa x—平衡时溶质在液相中的摩尔分率 E—亨利系数， Kpa 2、用摩尔分率表示的亨利定律 8 三、亨利定律 CM—为溶液的总摩尔浓度 溶液平均密度 溶液平均分子量 y*—平衡时气相中溶质的摩尔分率； m—为相平衡常数， 3、用比摩尔分率表示的亨利定律 Y*=mX/[1+(1-m)X] 对于稀溶液，上式近似的看成： Y*=mX 9 10 三、亨利定律 4、亨利定律适用情况 ⑴总压P不高，一定温度t ，稀溶液。 ⑵难溶气体。 ⑶易溶气体低浓度范围。 5、亨利定律的应用 判别过程的方向 ① y >y* 或 x <x* 为吸收过程（p>p* 吸收） ② y< y* 或 x > x*为解吸过程（ p< p* 解吸） 11 三、亨利定律 判别过程的方向:吸收y>y*,x<x* 指明过程的极限:xmax=y/m 过程的推动力:y-y*,x*-x 12 氨-水的相平衡方程Y*=0.94X。若让Y=0.06的含氨混合气与X=0.1的氨水接触，则将发生 （吸收还是解吸）； 若让Y=0.1的含氨混合气与X=0.06的氨水接触，则将发生 （吸收还是解吸）。 【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？ 【解】查得10℃时，氧气在水中的亨利系数E为 3.31×106kPa。 =101.3×0.21=21.27kPa Xi 6.42 ╳ 10-6 14 【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气相摩尔分率差表示的传质推动力。 15 【解】1.查表，得SO2在101.33kPa、30℃时亨利系数E=0.485×104kPa，则： 2.查表，得SO2在101.33kPa、0℃时亨利系数E=0.167×104kPa，则： 3.查表，得SO2在101.33kPa、30℃时亨利系数E=0.485×104kPa，则： 17 例：在P=1000kPa，T=25℃下，含CO2 y=0.06的空气与含CO2为0.1g/L的水溶液接触 问：(1)将发生吸收还是解吸？ (2)如气体与水溶液逆流接触，空气中的CO2含量最低可能降到多少？ 解： (1)判断过程方向 CO2气相中分压 pCO2 = P y =1000×0.06=60 kPa 查得25℃下CO2溶解在水里的 E=1.66×105 kPa 19 ∵ CO2水溶液的浓度很低，∴溶液的总摩尔 浓度可以按水处理 ( P=1000kPa，