气液相平衡课件

2024/5/21第五章第五章 吸收吸收一、平衡溶解度一、平衡溶解度二、亨利定律二、亨利定律三、三、气液相平衡在吸收中的气液相平衡在吸收中的应用应用 第二节第二节 气液相平衡气液相平衡2023/8/3第五章 吸收一、平衡溶解度第二节 气液2024/5/21一、平衡溶解度一、平衡溶解度 1、气体在液体中溶解度的概念、气体在液体中溶解度的概念气体在液相中的溶解度：表明一定条件下吸收过程可能达到的极限程度。2、溶解度曲线、溶解度曲线 气体在液体中的饱和浓度 比较：传热 吸收 冷热流体间的热量传递、气液两相间的物质传递 推动力是两流体间的温度差 两相间的浓度差?过程极限 温度相等 两相浓度差相等？2023/8/3一、平衡溶解度 1、气体在液体中溶解度的概2024/5/212023/8/32024/5/212023/8/32024/5/212023/8/32024/5/212023/8/32024/5/21吸收剂、温度T、P 一定时，不同物质的溶解度不同。温度、溶液的浓度一定时，溶液上方分压越大的物质越难溶。对于同一种气体，分压一定时，温度T越高，溶解度越小。对于同一种气体，温度T一定时，分压P越大，溶解度越大。加压和降温对吸收操作有利。2023/8/3吸收剂、温度T、P 一定时，不同物质的溶解度2024/5/21二、亨利定律1、亨利定律、亨利定律 E亨利常数，单位与压强单位一致。E值取决于物系的特性及温度；温度T上升，E值增大；在同一溶剂中，E值越大的气体越难溶。适用范围：稀溶液。2、亨利定律的其他表示形式、亨利定律的其他表示形式 1）用用溶溶质质A在在溶溶液液中中的的摩摩尔尔浓浓度度和和气气相相中中的的分分压压表表示示的的亨亨利定律利定律 2023/8/3二、亨利定律1、亨利定律 2024/5/21H溶解度系数，单位：kmol/m3Pa或kmol/m3atm。H是温度的函数，H值随温度升高而减小。易溶气体H值大，难溶气体H值小。H与E的关系设溶液的密度为，浓度为，则 2023/8/3H溶解度系数，单位：kmol/m3P2024/5/21对于稀溶液，2)气液相中溶质的摩尔分数表示的亨利定律气液相中溶质的摩尔分数表示的亨利定律m相平衡常数，是温度和压强的函数。温度升高、总压下降则m值变大，m值越大，表明气体的溶解度越小。2023/8/3对于稀溶液，2)气液相中溶质的摩2024/5/21m与E的关系：由分压定律知：由亨利定律：即：2023/8/3m与E的关系：由分压定律知：由亨利定律：2024/5/213）用摩尔比）用摩尔比Y和和X分别表示气液两相组成的亨利定律分别表示气液两相组成的亨利定律a)摩尔比定义：由 2023/8/33）用摩尔比Y和X分别表示气液两相组成的亨利2024/5/21当溶液浓度很低时，X0，上式简化为：亨利定律的几种表达形式也可改写为2023/8/3当溶液浓度很低时，X0，上式简化为：亨利2024/5/21（1 1）三种表达形式）三种表达形式（1）（2）（3）m 又称相平衡常数相平衡常数，便于数学描述（反映了相平衡本质）E、H 、m为亨利常数亨利常数E单位：同压强单位 kpaH单位：kpa/kmolm-3m单位：无单位总结：总结：（2 2）亨利定律中三个常数之间的相互转换）亨利定律中三个常数之间的相互转换2023/8/3（1）三种表达形式（1）m 又称相平衡常数2024/5/21（3）讨论）讨论a、E、m、H的数值越小，溶质的溶解度越大b、在总压不太高（5atm或0.5MPa）E或H仅与温度有关与总压P无关E=f（t）H=f（t）c、若总压一定时，t、E、x 低温有利于吸收低温有利于吸收若y一定，总压不同意味着分压不同，总压、X 总压的提高对吸收有利总压的提高对吸收有利t d、以平衡分压表示的数学式反映相平衡的本质 以 ye=mx 表示则便于计算E、H、m X m除与温度有关外，还与总压有关2023/8/3（3）讨论a、E、m、H的数值越小，溶质的溶2024/5/21例例：在常压及20下，测得氨在水中的平衡数据为：0.5gNH3/100gH2O浓度为的稀氨水上方的平衡分压为400Pa，在该浓度范围下相平衡关系可用亨利定律表示，试求亨利系数E，溶解度系数H，及相平衡常数m。（氨水密度可取为1000kg/m3）解：解：由亨利定律表达式知：2023/8/3例：在常压及20下，测得氨在水中的平衡数据2024/5/21亨利系数为 又，而 相平衡常数 2023/8/3亨利系数为 又，而 相平衡常数 2024/5/21溶解度系数为：或由各系数间的关系求出其它系数 2023/8/3溶解度系数为：或由各系数间的关系求出其它2024/5/21三、气液平衡在吸收中的应用三、气液平衡在吸收中的应用 1、判断过程的方向、判断过程的方向 例例：在101.3kPa，20下,稀氨水的气液相平衡关系为：，若含氨0.094摩尔分数的混合气和组成 的氨水接触,确定过程的方向。解：解：用相平衡关系确定与实际气相组成 成平衡的液相组成 2023/8/3三、气液平衡在吸收中的应用 1、判断过程的方2024/5/21将其与实际组成比较：气液相接触时，氨将从气相转入液相，发生吸收过程。或者利用相平衡关系确定与实际液相组成成平衡的气相组成 将其与实际组成比较：氨从气相转入液相，发生吸收过程。若含氨0.02摩尔分数的混合气和 x=0.05的氨水接触，则 2023/8/3将其与实际组成比较：气液相接触时，氨将2024/5/21气液相接触时，氨由液相转入气相，发生解吸过程。此外，用气液相平衡曲线图也可判断两相接触时的传质方向具体方法：已知相互接触的气液相的实际组成y和x，在x-y坐标图中确定状态点，若点在平衡曲线上方，则发生吸收过程；若点在平衡曲线下方，则发生解吸过程。2023/8/3气液相接触时，氨由液相转入气相，发生解吸过程2024/5/212、计算过程的推动力、计算过程的推动力 3、确定过程的极限、确定过程的极限 所谓过程的极限是指两相充分接触后，各相组成变化的最大可能性。以液相浓度差表示 吸收推动力吸收推动力 以气相浓度差表示的吸收推动力 2023/8/32、计算过程的推动力 3、确定过程的极限 2024/5/21组成为y1的混合气 增加塔高 减少吸收剂用量 塔底 x1增加 极限 组成为：组成为y1的混合气增加塔高 增加吸收剂用量 塔顶y2降低极限 组成为：结论：结论：相平衡关系限制了吸收溶剂离塔时的最高浓度，以及气体混合物离塔时的最低浓度。2023/8/3组成为y1的混合气 增加塔高 减少吸收剂用量