7-2 化工原理第七章.ppt

7.1概述,7.2吸收過程的氣液相平衡,7.3吸收過程的傳質(zhì)速率,第七章吸收,7.4吸收塔的計算,7.5填料塔,7.2吸收過程的氣液相平衡,第七章吸收,7.2.1氣液相平衡與溶解度,7.2.2亨利定律,7.2.3氣液相平衡在吸收過程中的作用,7.2.1氣液相平衡與溶解度,液體S,氣體（AB）,A溶解,A逸出,平衡方程,達(dá)平衡狀態(tài)時,氣體在液體中的溶解度,氣相分壓,液相組成,在一定溫度和壓力下，令某氣體混合物（AB）與液體S接觸。,溶解度曲線,氣液相平衡示意圖,【說明】氣液相平衡是一種動態(tài)平衡。,x,y,（2）平衡分壓氣液平衡時，氣相中溶質(zhì)的分壓為平衡分壓。（3）相平衡關(guān)系平衡時溶質(zhì)組分在氣液兩相中的濃度關(guān)系為相平衡關(guān)系。（4）溶解度曲線氣液相平衡關(guān)系用二維坐標(biāo)繪成的關(guān)系曲線稱為溶解度曲線。,（1）飽和濃度氣液平衡時，溶質(zhì)在液相中的濃度為飽和濃度（平衡溶解度）。,對單組分物理吸收的物系，根據(jù)相律：,Fc23223,(組分?jǐn)?shù)3，溶質(zhì)A，惰性組分B，溶劑S，2，氣、液兩相),即在溫度T、總壓P和氣、液相組成共4個變量中，有3個自變量（獨立變量），另1個是它們的函數(shù)。即：,相平衡的理論依據(jù),1、溫度和分壓對溶解度的影響,溫度的影響,對同一溶質(zhì)，在相同的氣相分壓下，溶解度隨溫度的升高而減小。,氨在水中的溶解度,400,50,260,平衡分壓對溶解度的影響（P、T一定）,【結(jié)論】溶質(zhì)（氨）在水中的溶解度隨其在氣相中的分壓增大而增大。,2.總壓對溶解度的影響（T、y一定）,【規(guī)律】濃度較高的混合氣體，在一定的溫度下，氣相中溶質(zhì)組成y不變，當(dāng)總壓P增加時，在同一溶劑中溶質(zhì)的溶解度x隨之增加?！締⑹尽课詹僮魍ǔＴ诩訅簵l件下進(jìn)行。,小結(jié),溫度的影響,加壓和降溫,對同一溶質(zhì)，在相同的氣相分壓下，溶解度隨溫度的升高而減小。,對同一溶質(zhì)，在相同的溫度下，溶解度隨氣相分壓的升高而增大。,壓力的影響,注意,減壓和升溫,有利于吸收操作,有利于解吸操作,【易溶氣體】溶解度大的氣體如NH3等稱為易溶氣體；【難溶氣體】溶解度小的氣體如O2、CO2等氣體：介乎其間的氣體稱為溶解度適中的氣體（如SO2等）。,【結(jié)論】不同氣體在同一種吸收劑中的溶解度不同。,3.不同氣體在同一種吸收劑中的溶解度,7.7.2亨利定律,【亨利定律】1803年英國化學(xué)家威廉.亨利研究氣體在液體中的溶解度時，總結(jié)出一條經(jīng)驗規(guī)律：“在一定的溫度和壓強(qiáng)下，一種氣體在液體里的溶解度與該氣體的平衡分壓成正比”。,【亨利定律的應(yīng)用條件】（1）總壓不高（不超過5105Pa，5atm）；（2）溫度一定；（3）稀溶液。,若溶質(zhì)在氣、液相中的組成分別以分壓p、摩爾濃度c表示，亨利定律為,H溶解度系數(shù)，kmol/(m3kPa),1.pc關(guān)系,亨利定律的表達(dá)式：,易溶氣體,因此,難溶氣體,H大,H小,亨利定律的表達(dá)式,若溶質(zhì)在氣、液相中的組成分別以分壓p、摩爾分?jǐn)?shù)x表示，亨利定律為,E亨利系數(shù)，kPa,2.px關(guān)系,易溶氣體,因此,難溶氣體,E小,E大,若溶質(zhì)在氣、液相中的組成分別以摩爾分?jǐn)?shù)y、x表示，亨利定律為,m相平衡常數(shù),3.yx關(guān)系,亨利定律的表達(dá)式,易溶氣體,注意,難溶氣體,m小,m大,由,得,整理得,對于低組成吸收,1,簡化得,亨利定律的表達(dá)式,4.YX關(guān)系,亨利定律表達(dá)式可改寫為以下形式：,亨利定律的表達(dá)式,各系數(shù)的換算關(guān)系,推導(dǎo)可得亨利定律表達(dá)式各系數(shù)間的關(guān)系如下：,EH關(guān)系,Em關(guān)系,Hm關(guān)系,溶液密度,溶劑S的摩爾質(zhì)量,7.2.3氣液相平衡在吸收過程中的應(yīng)用,1、判斷過程進(jìn)行的方向,發(fā)生吸收過程的充分必要條件是：,yy*,反之，溶質(zhì)自液相轉(zhuǎn)移至氣相，即發(fā)生解吸過程。,xx*,或：,判斷過程進(jìn)行的方向,解吸,吸收,平衡關(guān)系：y*x,3.指明過程進(jìn)行的極限,如塔無限高（氣液兩相接觸時間相當(dāng)長）的情況下，塔底液相的出口濃度：,【定義】當(dāng)氣液兩相接觸的時間相當(dāng)長時，兩相將達(dá)到平衡狀態(tài)，此時即為過程的極限。,又如無限高的塔內(nèi)，大量的吸收劑和較小氣體流量，塔頂氣相的出口組成為：,【結(jié)論】當(dāng)x20時，y2,min0，理論上實現(xiàn)氣相溶質(zhì)的全部吸收。,3、確定過程的推動力,過程的推動力實際狀態(tài)與平衡狀態(tài)的差距?！緔-y*】以氣相中溶質(zhì)摩爾分率差表示吸收過程的推動力；【x*-x】以液相中溶質(zhì)的摩爾分率差表示吸收過程的推動力；【pA-p*A】以氣相分壓差表示的吸收過程推動力；【c*A-cA】以液相摩爾濃度差表示的吸收過程推動力。,氣相推動力,液相推動力,吸收推動力示意圖,y,x,【例】在總壓101.3kPa，溫度30的條件下,SO2摩爾分率為0.3的混合氣體與SO2摩爾分率為0.01的水溶液相接觸，試問:（1）從液相分析SO2的傳質(zhì)方向；（2）從氣相分析，其它條件不變，溫度降到0時SO2的傳質(zhì)方向；（3）其它條件不變，從氣相分析，總壓提高到202.6kPa時SO2的傳質(zhì)方向，并計算以液相摩爾分率差及氣相摩爾率差表示的傳質(zhì)推動力。,【解】（1）查得在總壓101.3kPa，溫度30條件下SO2在水中的亨利系數(shù)E=4850kPa,所以,從液相分析,故SO2必然從液相轉(zhuǎn)移到氣相，進(jìn)行解吸過程。,（2）查得在總壓101.3kPa，溫度0的條件下，SO2在水中的亨利系數(shù)E1670kPa,從氣相分析,y*mx16.490.010.16y0.3,故SO2必然從氣相轉(zhuǎn)移到液相，進(jìn)行吸收過程。,（3）在總壓202.6kPa，溫度30條件下，SO2在水中的亨利系數(shù)E=4850kPa,從氣相分析,y*mx23.940.010.24y0.3,故SO2必然從氣相轉(zhuǎn)移到液相，進(jìn)行吸收過程。,以液相摩爾分?jǐn)?shù)表示的吸收推動力為：,xx*x0.