西北大学化工原理电子教案 享利定律如果气体吸收所形成的溶液是理想溶液，则依据拉乌尔定律有P=P°x，只有 溶质分子与溶解分子的大小，结构，化学性质都很相近时，上式才成立，但这种情况在气体 吸收操作理很难遇到，吸收操作最常用于分离低浓度的气体混合物，低浓度气体混合物吸收 时液相浓度通常也较低。在稀溶液范围内，有 Pe=Ex (8-1) 此时表达溶液的浓度低于一定数值时，溶质的平衡压力与它在溶液中的摩尔分率成正 比，这就是亨利定律，E叫亨利常数，不管溶液是否理想，只要浓度足够低，亨利定律都适 用，只是对于非理想溶液E≠P°」 另外可表示成 P=H-C C-kmol/m3 H-N-m/kmol (8-2) ye=mx 一该式用得最多 (8-3) E,H,m是以不同单位表示的亨利常数，m又称相平衡常数 E,H,m是各曲线直线部分的斜率，E,Hm值越小，表示溶解度越大。（如图8-4，P6) Je=mx→ =mx (设气相为理想气体混合物) P.=Ex E .m= 又 Pe=Ex三Pe=E.C(C一混合液的总摩尔浓度kmo/nm) CM P=H-C ∴.E=HCM 而 Cu=Pa=- M。M+M,-刘P。一混合液的密度，M。一混合液的平均分子 Pm 量) 对稀溶液 CM Ps Ms 代入 E=HCm式中 E=HPs Ms 常见物系的气液溶解度数据，亨利常数E或H可查有关手册。 6
西北大学化工原理电子教案 亨利定律 如果气体吸收所形成的溶液是理想溶液，则依据拉乌尔定律有 ，只有 溶质分子与溶解分子的大小，结构，化学性质都很相近时，上式才成立，但这种情况在气体 吸收操作理很难遇到，吸收操作最常用于分离低浓度的气体混合物，低浓度气体混合物吸收 时液相浓度通常也较低。在稀溶液范围内，有 xPPe o = = ExPe （8-1） 此时表达溶液的浓度低于一定数值时，溶质的平衡压力与它在溶液中的摩尔分率成正 比，这就是亨利定律，E 叫亨利常数，不管溶液是否理想，只要浓度足够低，亨利定律都适 用，只是对于非理想溶液 E≠ o P . 另外可表示成 P e=H·C C—kmol/m3 H—N·m/kmol （8-2） e = mxy —该式用得最多 （8-3） E, H, m 是以不同单位表示的亨利常数，m 又称相平衡常数 E, H, m 是各曲线直线部分的斜率，E, H, m 值越小，表示溶解度越大。（如图 8-4，P6） ExP mx P P mxye e e = =⇒= （设气相为理想气体混合物） ∴ P E m = 又 CM C EPeExPe ⋅=⇒= （ CM—混合液的总摩尔浓度kmol/m3 ） P e=H·C ∴E=HCM 而 ( ) xMMM C sx m m m M −+ == 1 ρ ρ ( ρ m —混合液的密度，Mm—混合液的平均分子 量) 对稀溶液 S S M M C ρ ≈ 代入 E=HCm式中 S S M HE ρ = 常见物系的气液溶解度数据，亨利常数 E 或 H 可查有关手册。 6
西北大学化工原理电子教案 说明：在较宽浓度范围内y。=f(x)非直线：在有限的浓度范围内，溶解度曲线可近似 取为直线。但此直线一般不一定通过原点，与亨利定律有区别。 例某系统温度为10℃，总压101.3kP,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：空气按理想气体处理，由道尔顿分压定律可知，氧气在气相中的分压为： PA=py=101.3×0.21=21.27kPa 氧气为难溶气体，故氧气在水中的液相组成x很低，气液相平衡关系服从亨利定律，查 表得10℃时，氧气在水中的亨利系数E为3.31×10kPa。 H=Ps EMs C=HpA .ch=PspA EMs 故 1000×21.27 CA= =3.57×104kmol/m3 3.31×106×18 mA=3.57×104×32×1000=11.42g/m3 8.2.2相平衡与吸收过程的关系 判别过程的方向过程进行的方向，（吸收还是解吸）用实例来说明。设101.3kP,20℃下， 稀MH3水的相平衡方程式为y。=0.94x。让含氨y=10%和x=0.05的氨水接触，判断过程进 行的方向，与x=0.05相平衡的气相浓度，y。=0.94×0.05=0.047.实际气相浓度y=0.1> 0.047,所以两相接触时部分氨将会从气相转入液相。实际发生的是吸收过程。 另外，与y=0.1相平衡的液相浓度 y0.1 X。== =0.106 m0.94 而x=0.05<0.106,所以两相接触发生的是吸收过程。 相反的，若y=0.05,x=0.1气液两相接触。y。=0.94x此时 y。=0.94×0.1=0.094,y<V若过程继续进行，将要使y的实际浓度增大，此时部分
西北大学化工原理电子教案 说明：在较宽浓度范围内 (xfy ) e = 非直线；在有限的浓度范围内，溶解度曲线可近似 取为直线。但此直线一般不一定通过原点，与亨利定律有区别。 例 某系统温度为 10o C，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：空气按理想气体处理，由道尔顿分压定律可知，氧气在气相中的分压为： = pyp =101.3×0.21=21.27kPa * A 氧气为难溶气体，故氧气在水中的液相组成x很低，气液相平衡关系服从亨利定律，查 表得 10o C时，氧气在水中的亨利系数E为 3.31×106 kPa。 Q S S EM H ρ = A * A = Hpc ∴ S * AS A EM p c ρ = 故 = × × × = 181031.3 27.211000 6 * Ac 3.57×10-4kmol/m3 mA=3.57×10-4×32×1000=11.42g/m3 8.2.2 相平衡与吸收过程的关系 判别过程的方向 过程进行的方向，（吸收还是解吸）用实例来说明。设 101.3kPa，20o C下， 稀MH3水的相平衡方程式为 。让含氨y=10%和x=0.05 的氨水接触，判断过程进 行的方向，与x=0.05 相平衡的气相浓度， xye = 94.0 ye = × = 047.005.094.0 .实际气相浓度y=0.1＞ 0.047，所以两相接触时部分氨将会从气相转入液相。实际发生的是吸收过程。 另外，与 y=0.1 相平衡的液相浓度 106.0 94.0 1.0 === m y xe 而 x=0.05＜0.106，所以两相接触发生的是吸收过程。 相反的，若 y=0.05，x=0.1 气液两相接触。 xye = 94.0 此时 ye =×= 094.01.094.0 , < yey 若过程继续进行，将要使 y 的实际浓度增大，此时部分 7
西北大学化工原理电子教案 香 氨将由液相转入气相，发生解吸过程或x=上=0.0 =0.053<xx>x) m0.94 即 y>y或x<x。时发生的是吸收过程 y<Ve或x>x,时发生的是解吸过程 指明过程的极限过程进行的极限（终点） G0,-)=k-,)→x=2-)+x ①若减L,x,即使H很高，L很小时，x也不会无限增大，传质过程进行的终点是x只能 达到与气相浓度y,相平衡的浓度x1e即xIma=xIe= m X2 X1<xle ②若G很小、L很大时，即使是H很高，y2也不会无限制的降低，y2的极限浓度为与x2相 平衡浓度即y2mam=y2e=m2 从此可知，相平衡关系限制了吸收剂离塔时的最高浓度x,x1<x和气体混合物出塔时 的最低浓度y2>y2e 计算过程的推动力平衡是过程的极限，只有不平衡的两相接触才会进行传质。在吸收过程 中，常以实际浓度与平衡浓度的偏离来表示吸收的推动力
西北大学化工原理电子教案 氨将由液相转入气相，发生解吸过程或 053.0 94.0 05.0 === m y xe ＜x( ) e > xx 即 > yey 或 时 < xx e 发生的是吸收过程 < yey 或 时 > xx e 发生的是解吸过程 指明过程的极限 过程进行的极限（终点） ( )( ) ( ) 21 21 1 221 xyy L G xxxLyyG +−=⇒−=− ①若减L，x1 即使H很高，L很小时，x1也不会无限增大，传质过程进行的终点是x1只能 达到与气相浓度y1相平衡的浓度x1e即x1max=x1e= m y1 x2 y1 x1<x1e y2>y2e y1 x2 ②若G很小、L很大时，即使是H很高，y2也不会无限制的降低，y2的极限浓度为与x2相 平衡浓度即y2max=y2e=mx2 从此可知，相平衡关系限制了吸收剂离塔时的最高浓度x1，x1＜x1e和气体混合物出塔时 的最低浓度y2＞y2e 计算过程的推动力 平衡是过程的极限，只有不平衡的两相接触才会进行传质。在吸收过程 中，常以实际浓度与平衡浓度的偏离来表示吸收的推动力。 8
西北大学化工原理电子教案 I区一吸收 Ⅱ区一解吸 Xe 图8-8吸收推动力 (y-y。）一气相浓度差表示的吸收推动力 (xex)一以液相浓度差表示的吸收推动力 若塔在任一截面浓度(G,y)位于平衡溶解度曲线图上的A'点，那么此时发生的将是 解吸过程。 (y。y)一以气相浓度差表示的解吸推动力 (x-xe)一以液相浓度差表示的解吸推动力 I区为吸收（溶解区域）：Ⅱ区为解吸区域 例在总压101.3kPa,温度30℃的条件下，S02摩尔分率为0.3的混合气体与S02摩尔分率 为0.01的水溶液相接触，试问： (1) 从液相分析$O2的传质方向： (2) 从气相分析，其它条件不变，温度降到0℃时SO2的传质方向： (3) 其它条件不变，从气相分析，总压提高到202.6kPa时SO2的传质方向，并计算以液 相摩尔分率差及气相摩尔率差表示的传质推动力。 解：(1)查得在总压101.3kPa,温度30℃条件下S02在水中的亨利系数E=4850kPa 所以 E4850 =47.88 p101.3 从液相分析 x=上=03 =0.00627<x=0.01 m47.88 故$O2必然从液相转移到气相，进行解吸过程。 (2)查得在总压101.3kPa,温度0℃的条件下，SO2在水中的亨利系数E=1670kPa 9
西北大学化工原理电子教案 A y ye x xe 平 衡 线 y x 图 8-8 吸收推动力 Ⅰ Ⅱ I 区 — 吸 收 II区—解吸 （y-ye）—气相浓度差表示的吸收推动力 （xe-x）—以液相浓度差表示的吸收推动力 若塔在任一截面浓度（x，y）位于平衡溶解度曲线图上的 A′点，那么此时发生的将是 解吸过程。 （ye-y）—以气相浓度差表示的解吸推动力 （x-xe）—以液相浓度差表示的解吸推动力 I 区为吸收（溶解区域）；II 区为解吸区域 例 在总压 101.3kPa，温度 30o C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） 从液相分析SO2的传质方向； （2） 从气相分析，其它条件不变，温度降到 0o C时SO2的传质方向； （3） 其它条件不变，从气相分析，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率差表示的传质推动力。 解：(1)查得在总压 101.3kPa，温度 30o C条件下SO2在水中的亨利系数E=4850kPa 所以 == p E m = 3.101 4850 47.88 从液相分析 00627.0 88.47 * 3.0 === m y x < x=0.01 故SO2必然从液相转移到气相，进行解吸过程。 （2）查得在总压 101.3kPa，温度 0o C的条件下，SO2在水中的亨利系数E=1670kPa 9
西北大学化工原理电子教案 e E1670 m= =16.49 p101.3 从气相分析 y=mx=16.49×0.01=0.16<y=0.3 故$O2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。 (4)在总压202.6kPa,温度30℃条件下，SO2在水中的亨利系数E=4850kPa E4850 m= =23.94 p202.6 从气相分析 y=mx=23.94×0.01=0.24y=0.3 故$O2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。 x*=上=03 =0.0125 m23.94 以液相摩尔分数表示的吸收推动力为： △x=x-3x=0.0125-0.01=0.0025 以气相摩尔分数表示的吸收推动力为： △y=y-y'=0.3-0.24=0.06 结论：降低操作温度，E↓、↓，溶质在液相中的溶解度增加，有利于吸收： 压力不太高时，P个，E变化忽略不计：但个使溶质在液相中的溶解度增加，有 利于吸收。 作业1,2,3 83扩散和单相传质 任何传质过程都涉及到两个基本问题，过程的极限和过程的速率。吸收过程的极限决定 于吸收的相平衡关系，前面己作了介绍，这一节主要讨论吸收过程的速率，以后将以速率作 为分析吸收操作与计算吸收设备的依据。 吸收过程涉及到两相间的物质传递。其物质传递的步骤与传热相似。 步骤：①可溶组分由气相主体传递到两相界面，即气相内的物质传递： ②溶质在相界面上的溶解，由气相传入液相，即界面上的溶解： ③溶质自界面被传递至液相主体，即物质在液相内的传递。 o
西北大学化工原理电子教案 == p E m 3.101 1670 =16.49 从气相分析 y * =mx=16.49×0.01=0.16<y=0.3 故SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。 （4） 在总压 202.6kPa，温度 30o C条件下，SO2在水中的亨利系数E=4850kPa == p E m 6.202 4850 =23.94 从气相分析 y * =mx=23.94×0.01=0.24<y=0.3 故SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。 0125.0 94.23 3.0 * === m y x 以液相摩尔分数表示的吸收推动力为: ∆x=x* －x=0.0125－0.01=0.0025 以气相摩尔分数表示的吸收推动力为: ∆y= y － y* =0.3－0.24=0.06 结论：降低操作温度，E↓、m↓，溶质在液相中的溶解度增加，有利于吸收； 压力不太高时，P↑, E 变化忽略不计；但 m↑使溶质在液相中的溶解度增加，有 利于吸收。 作业 1，2，3 8.3 扩散和单相传质 任何传质过程都涉及到两个基本问题，过程的极限和过程的速率。吸收过程的极限决定 于吸收的相平衡关系，前面已作了介绍，这一节主要讨论吸收过程的速率，以后将以速率作 为分析吸收操作与计算吸收设备的依据。 吸收过程涉及到两相间的物质传递。其物质传递的步骤与传热相似。 步骤：①可溶组分由气相主体传递到两相界面，即气相内的物质传递； ②溶质在相界面上的溶解，由气相传入液相，即界面上的溶解； ③溶质自界面被传递至液相主体，即物质在液相内的传递。 10