第8章气体吸收8.2气液相平衡

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1、一一.The solubility of gas in the liquid At T and P,S+mixture of gases of A+B,intimate contact。随着两者的不断接触随着两者的不断接触，solute A from gas phase transfer to liquid phase,until液相液相中中solute达到达到un-saturation。It is dynamic balance at the moment which concentrations of A are constant within L&V,that is,the amount

2、 of molecules of A entering in L phase =the amount of molecules of A escaping from L phase.8.2.1Solubility at equilibrium 平衡溶解度平衡溶解度8.2 Equilibrium between liquid and gas limitation of gas absorption 从宏观上看，吸收过程终止，即气液两相达从宏观上看，吸收过程终止，即气液两相达到相平衡。显然，此时到相平衡。显然，此时A A在液相中的浓度最大。在液相中的浓度最大。此浓度称为此浓度称为饱和浓度饱和浓度，

3、或，或溶质溶质A A的溶解度的溶解度C CA A.Definition solubility:8.2.1Solubility at equilibrium 平衡溶解度平衡溶解度1.Solubility curve 溶解度曲线溶解度曲线Assume:that only one component is transferred between phases.According to the phase rule of F=c p+2,p=2 and there are three components,c=3.F=3 2+2=3There are four variables:Pressure,T

4、emperature,and the concentrations of component A in liquid and gas.The temperature and pressure may be fixed.One concentration may be chosen as the remaining independent variable.The other concentration is then determined.8.2.1Solubility at equilibrium 平衡溶解度平衡溶解度8.2.1Solubility at equilibrium 平衡溶解度平

5、衡溶解度溶解度曲线的溶解度曲线的3 3种表示方式，即种表示方式，即3 3种种气气液平衡相图液平衡相图(简称相图简称相图)。For example Fig.8-4，p=101.3kpa，t=40,all points of(ye,xe)on the curve pertain to(关于）关于）the same temperature and pressure.2 Factors affecting on solubility According to the phase rule,F=3 In the four variables of T,P,pA and cA,there are thre

6、e independent variables only.where:pA partial pressure of A in gas phase.8.2.1Solubility at equilibrium 平衡溶解度平衡溶解度 Affection of temperature 分析相图分析相图Fig.8-3，For example:at pA=20 kPa，T=30,xA*=0.12；T=60,xA*=0.045.T xA*温度愈低，愈有利于吸收温度愈低，愈有利于吸收。ButBut，在实际吸收操作时，已选，在实际吸收操作时，已选择确定了某一合适的吸收温度。择确定了某一合适的吸收温度。8.2.

7、1Solubility at equilibrium 平衡溶解度平衡溶解度Affection of pressure实验证明实验证明:When P is less than 5 atm,the affection may be neglected by pressure on the equilibria for system.Commonly the pressure in the system of absorption operation 5 atm.Then xA*=f(pA)or pA*=f(xA)如如 Fig.8-3，at T=30,pA=20 kPa,xA*=0.12；pA=40

8、 kPa,xA*=0.19.即：即：pA愈高，愈有利于吸收愈高，愈有利于吸收。8.2.1Solubility at equilibrium 平衡溶解度平衡溶解度 因因气液平衡理论研究尚不完善，气液相平衡数据一般气液平衡理论研究尚不完善，气液相平衡数据一般都是对特定物系进行都是对特定物系进行实验实验测定的。测定的。测定的结果或用测定的结果或用相图相图表示，或用表示，或用表格表格表示。表示。8.2.1Solubility at equilibrium 平衡溶解度平衡溶解度在进行具体计算时，需要相关的平衡数据。若手算，人在进行具体计算时，需要相关的平衡数据。若手算，人工查图或查表；若机算，则可将图或

9、表上的相关数据工查图或查表；若机算，则可将图或表上的相关数据进行进行经验回归，得到经验回归方程经验回归，得到经验回归方程xA*=f(pA)or pA*=f(xA)提供于计算机使用。提供于计算机使用。Conclusions:a.a.系统压力不太高时的等温吸收，可认为气体在液体系统压力不太高时的等温吸收，可认为气体在液体 中的中的溶解度只取决于该气体的分压；溶解度只取决于该气体的分压；b.b.吸收操作的适宜条件：吸收操作的适宜条件：低温高压低温高压。8.2.1Solubility at equilibrium 平衡溶解度平衡溶解度3 Differences of solubility of gas

10、es in liquidO2 :Oxygen CO2:Carbon Dioxide SO2:Sulphur Dioxide NH3:Ammonia 如图如图,由实验测得由实验测得T=293 K下下 SO2,CO2,NH3 and O2 在水中的在水中的溶解度曲线。显然，在一定温度和溶解度曲线。显然，在一定温度和分压下，不同气体得溶解度相差很分压下，不同气体得溶解度相差很大。大。8.2.1 Solubility at equilibrium8.2.1 Solubility at equilibriumFor example:at Pi=20kpa CO2*=0.00028 kmol/m3,CCO

11、2*=0.0078 kmol/m3,CSO2*=0.337 kmol/m3,CNH3*=14.71 kmol/m3.一、一、The solubility of gas in the liquid 3 Differences of solubility of gases in liquid phase CCO2*/CO2*=28倍，倍，CNH3*/CSO2*43倍倍 根据气体在水中溶解度的大小，可把气体大根据气体在水中溶解度的大小，可把气体大 致分为如下四类：致分为如下四类：难溶气体难溶气体 O2难溶于水难溶于水,非常难以吸收；非常难以吸收；较难溶气体较难溶气体 CO2居中居中，较难吸收；较难吸

12、收；较易溶气体较易溶气体 SO2居中居中,较易吸收；较易吸收；易溶气体易溶气体 NH3易溶于水，非常容易吸收。易溶于水，非常容易吸收。8.2.1 Solubility at equilibrium 平衡溶解度平衡溶解度二、二、Henrys law亨利定律亨利定律 1 Henrys law 稀溶液稀溶液(？)下的溶解度下的溶解度 For dilute solution,namely,在原点附近，在原点附近，Straight line through point o 由由Fig.8-3：pe=Ex (8-1)Fig.9-3：pe=HCA (8-2)Fig.8-4：ye=mx (8-3)上上3 3式

13、中式中E E、H H 和和 m m 是溶解度曲线在是溶解度曲线在O O点附近的点附近的斜率斜率，即以不同，即以不同单位表示的亨利常数。单位表示的亨利常数。H 的因次是的因次是pa/(kmol/m3)or pa/(kg/m3)，H 也称为溶解度系数也称为溶解度系数；E 的因次是的因次是pa 也称也称E为为Henry efficient；m 无因次无因次 又称又称m为相平衡常数为相平衡常数。8.2.1 Solubility at equilibrium 平衡溶解度平衡溶解度1 Henrys law 亨利定律亨利定律 经验回归方程经验回归方程 pA*=f(xA):O2 :pA*=73300CO2 C

14、O2:pA*=2580C CO2 SO2:pA*=36.5C SO2 NH3:pA*=1.38C NH38.2.1 Solubility at equilibrium 平衡溶解度平衡溶解度二、二、Henrys law亨利定律亨利定律2 Relationships among E,H and m Where：CM=total mole concentration kmol(A+S)/m3Solution E=HCM,m=E/P3 Feature of E,H and m T E,H and m (See p366 Table 2)在同一溶剂中，在同一溶剂中，E愈难溶。愈难溶。by E可定量判断吸

15、收过程的难易程度。可定量判断吸收过程的难易程度。8.2.1 Solubility at equilibrium 平衡溶解度平衡溶解度 4 Henrys law suits for some conditions 适合常压或接近常压适合常压或接近常压下的下的难溶气体难溶气体;对易溶气体对易溶气体只适宜于只适宜于低浓度低浓度;气相组份分压气相组份分压常压。常压。5 用比摩尔分率表示的亨利定律用比摩尔分率表示的亨利定律 比摩尔分率：比摩尔分率：Lphase:X=CAL/Cs Vphase:Y=CAG/CB Obviously,x=X/（1+X）,y=Y/(1+Y)Substitute them in

16、to y=mx:溶液很稀时溶液很稀时,X very very small,1+(1-m)X1 Ye=mX 在吸收计算中使用最为广泛。在吸收计算中使用最为广泛。8.2.1 Solubility at equilibrium 平衡溶解度平衡溶解度一、判别过程的方向一、判别过程的方向 例例:at P=101.3kpa,T=20,ye0.94x.x=0.05 Dilute solution ammonia 与与 y=0.1 mixture of NH3+air Intimate contact。此时此时,absorption or de-absorption?How to determine?Acco

17、rding to phase diagram.或根据气相传质推动力：或根据气相传质推动力：y ye 或根据液相传质推动力：或根据液相传质推动力：x xe,ye0.940.05=0.047 y=0.05 Stripping 8.2.28.2.2相平衡与吸收过程的关系相平衡与吸收过程的关系吸收吸收or 解吸解吸?Conclusion:if y ye or x xe,that is,point A locating in the region of up-left the equilibrium,then absorption;if y xe,that is,point A locating in

18、the region of down-right the equilibrium,then stripping.8.2.2相平衡与吸收过程的关系相平衡与吸收过程的关系二二.指明吸收过程的极限指明吸收过程的极限 x1,max=x1e=y1/m 溶剂溶剂离开离开塔底塔底时时 的的最高含量最高含量 y2,min=y2e=mx2 气体气体混合物离开混合物离开 塔顶塔顶时的时的最低含量最低含量8.2.28.2.2相平衡与吸收过程的关系相平衡与吸收过程的关系三三.Calculation of driving force for absorption processEquilibrium is limitation of the process。只有不平衡的两相互相接触才会只有不平衡的两相互相接触才会发生气体的吸收或解析。发生气体的吸收或解析。8.2.28.2.2相平衡与吸收过程的关系相平衡与吸收过程的关系吸收推动力：吸收推动力：若以气相浓度计算，则：若以气相浓度计算，则：y yy-yy-ye e若以液相浓度计算，则：若以液相浓度计算，则：x x =x=xe e-x-x8.2.28.2.2相平衡与吸收过程的关系相平衡与吸收过程的关系