第一节 吸收过程的相平衡关系,(Gas Liquid Equilibrium),3,.1.1,气液相平衡关系,3.1.2,相平衡关系在吸收过程中的应用,气体在液体中的溶解度,溶解度曲线：,在一定温度、压力下，平衡时溶质在气相和液相中的浓度的关系曲线。,溶解度,/g(NH,3,)/1000g(H,2,O),1000,500,0,20,40,60,80,100,120,p,NH,3,/kPa,50,o,C,40,o,C,30,o,C,20,o,C,10,o,C,0,o,C,120,溶解度,/g(SO,2,)/1000g(H,2,O),250,200,0,20,40,60,80,100,p,SO,2,/kPa,150,100,50,120,50,o,C,40,o,C,30,o,C,20,o,C,10,o,C,0,o,C,在相同条件下，,NH,3,在水中的溶解度较,SO,2,大得多。,用水作吸收剂时，称,NH,3,为,易溶气体,，,SO,2,为,中等溶解气体,，溶解度更小的气体则为,难溶气体,(,如,O,2,在,30,和溶质的分压为,40kPa,的条件下，,1kg,水中溶解的质量仅为,0.014g),。,讨论：,（,2,）温度和,y,一,定，,总压增加,，在同一溶剂中，溶质的溶解度,x,随之增加，,有利于吸收,。,（,1,）,p,、,y,一,定，,温度下降,，在同一溶剂中，溶质的溶解度,x,随之增加，,有利于吸收,。,（,3,）相同的总压及摩尔分数，,c,O,2,c,CO,2,c,SO,2,c,NH,3,氧气为难溶气体，氨气为易溶气体,亨利定律（,Henrys law,）,当总压不太高时，一定温度下的,稀溶液,的溶解度曲线近似为直线，即溶质在液相中的溶解度与其在气相中的分压成正比。,式中：,p,*,溶质在气相中的平衡分压，,kPa,；,x,溶质在液相中的摩尔分数；,E,亨利系数，,kPa,。,亨利定律,亨利系数的值随物系的特性及温度而异；,物系一定，,E,值一般随温度的上升而增大；,E,值的大小代表了气体在该溶剂中溶解的难易程度；,在同一溶剂中，难溶气体,E,值很大，易溶气体,E,值很小；,E,的单位与气相分压的压强单位一致。,讨论：,1,）,E,的影响因素：溶质、溶剂、,T,。,物系一定，,2,）,E,大，溶解度小，难溶气体,E,小，溶解度大，易溶气体,3,）对于理想溶液，,E,即为该温度下的饱和蒸汽压,5,）,E,的来源：实验测得；查手册,4,）,E,值的计算：在恒定的温度下，对指定物系测得一系列,x,及,P*,计算,（一）,组成表示法,1,、质量分数与摩尔分数,质量分数：,在混合物中某组分的质量占混合物总,质量的分数。,摩尔分数,：在混合物中某组分的摩尔数占混合,物总摩尔数的分数。,2.,亨利定律其他形式,气相：,液相：,质量分数与摩尔分数的关系：,2,、质量比与摩尔比,质量比：,混合物中某组分,A,的质量与惰性组分,B,（不参加传质的组分）的质量之比。,摩尔比：,混合物中某组分的摩尔数与惰性组分摩,尔数之比。,气相：,液相：,质量分数与质量比的关系：,摩尔分数与摩尔比的关系：,c,混合物在液相中的总摩尔浓度，,kmol/m,3,；,混合物液相的密度，,kg/m,3,。,4,、气体总压与理想气体中组分的分压,总压与某组分分压之间的关系,:,摩尔比与分压之间的关系,:,摩尔浓度与分压之间的关系,:,p,A,=,Py,A,H,溶解度系数，,kmol,/,（,m,3,kPa,）,c,A,摩尔浓度，,kmol/m,3,；,（二）,亨利定律其他形式,根据组分组成的表示方法不同，亨利定律又可以表示成如下的形式：,H,与,E,的关系：,H,的讨论：,1,）,H,大，溶解度大，易溶气体。,2,）,p,对,H,影响小。,3,）,（2）,m,相平衡常数，无因次。,m,与,E,的关系：,m,的讨论：,1,）,m,大，溶解度小,，,难溶气体。,2,）,在低浓度气体吸收计算中，通常采用基准不变的比,摩尔分数,Y,（,或,X,）,表示组成。,比摩尔分数表示组成的平衡关系,X,溶质在液相中的比摩尔分数；,Y,*,与,X,呈平衡的气相中溶质的比摩尔分数。,当,m,趋近,1,或当,X,很小时,（,3,）,相对于气相浓度,y,而言，液相浓度欠饱和,(,xy*,),，,溶质,A,由气相向液相转移。,传质过程的方向,气、液相浓度,(,y,x,),在平衡线上方,(,P,点,),：,y,x,o,y*=,f(x,),P,y,x,y*,结论：,若系统气、液相浓度,(,y,x,),在平衡线上方，则体系将发生从气相到液相的传质，即吸收过程。,x*,释放溶质,吸收溶质,3.1.2,相平衡关系在吸收过程中的应用,相对于气相浓度而言实际液相浓度过饱和,(,xx*,),，故液相有释放溶质,A,的能力。,相对于液相浓度,x,而言气相浓度为欠饱和,(,yy*,),，,溶质,A,由液相向气相转移。,传质过程的方向,气、液相浓度,(,y,x,),在平衡线下方,(,Q,点,),：,y,x,o,y*=,f(x,),Q,y,x,y*,结论：,若系统气、液相浓度,(,y,x,),在平衡线下方，则体系将发生从液相到气相的传质，即解吸过程。,x*,释放溶质,吸收溶质,相对于气相浓度而言液相浓度为平衡浓度,(,x=x*,),，故液相不释放或吸收溶质,A,。,相对于液相浓度,x,而言气相浓度为平衡浓度,(,y=y*,),，,溶质,A,不发生转移。,传质过程的方向,气、液相浓度,(,y,x,),处于平衡线上,(,R,点,),：,y,x,o,y*=,f(x,),R,y,x,y*,结论：,若系统气、液相浓度,(,y,x,),处于平衡线上，则体系从宏观上讲将不会发生相际间的传质，即系统处于平衡状态。,x*,传质过程的限度,对吸收而言：,若保持液相浓度,x,不变，气相浓度,y,最低只能降到与之相平衡的浓度,y,*,，,即,y,min,=y*=,mx,；,若保持气相浓度,y,不变，则液相浓度,x,最高也只能升高到与气相浓度,y,相平衡的浓度,x*,，,即,x,max,=x*=,y/m,。,y,x,o,y*=,f(x,),P,y,x,y*,x*,传质过程的限度,对解吸而言：,若保持液相浓度,x,不变，气相浓度,y,最高只能升到与之相平衡的浓度,y,*,，,即,y,max,=y*,；,若保持气相浓度,y,不变，则液相浓度,x,最高也只能降到与气相浓度,y,相平衡的浓度,x*,，,即,x,min,=x*,。,y,x,o,y*=,f(x,),Q,y,x,y*,x*,传质推动力的表示方法可以不同，但效果一样。,(,x*-x,),：,以液相摩尔分数差表示的传质推动力。,对吸收过程：,(,y-y,*,),：,以气相摩尔分数差表示的传质推动力；,传质过程的推动力,未达平衡的两相接触会发生相际间传质,(,吸收或解吸,),，离平衡浓度越远，过程传质推动力越大，传质过程进行越快。,方法：,用气相或液相浓度远离平衡的程度来表征气液相际传质过程的推动力。,y,x,o,y*=,f(x,),P,y,x,y*,x*,（,y-y,*,）,（,x*-x,）,