氣體吸收氣液相平衡市公開課一等獎省賽課獲獎?wù)n件

一.Thesolubilityofgasintheliquid

AtTandP,S+mixtureofgasesofA+B,intimatecontact。伴隨二者不停接觸，soluteAfromgasphase→transfertoliquidphase,until液相中solute到達(dá)un-saturation。ItisdynamicbalanceatthemomentwhichconcentrationsofAareconstantwithin

L&V,thatis,theamountofmoleculesofAenteringinLphase

=

theamountofmoleculesofAescapingfromLphase.8.2.1Solubilityatequilibrium平衡溶解度§8.2Equilibriumbetweenliquidandgas～⑴limitationofgasabsorption氣體吸收氣液相平衡第1頁從宏觀上看，吸收過程終止，即氣液兩相到達(dá)相平衡。顯然，此時A在液相中濃度最大。此濃度稱為飽和濃度，或溶質(zhì)A溶解度CA※.∴Definitionsolubility:

8.2.1Solubilityatequilibrium～平衡溶解度氣體吸收氣液相平衡第2頁1.Solubilitycurve

～溶解度曲線Assume:thatonlyonecomponentistransferredbetweenphases.AccordingtothephaseruleofF=c–p+2,p=2andtherearethreecomponents,c=3.

F=3–2+2=3Therearefourvariables:Pressure,Temperature,andtheconcentrationsofcomponentAinliquidandgas.Thetemperatureandpressuremaybefixed.Oneconcentrationmaybechosenastheremainingindependentvariable.Theotherconcentrationisthendetermined.

8.2.1Solubilityatequilibrium～平衡溶解度氣體吸收氣液相平衡第3頁8.2.1Solubilityatequilibrium～平衡溶解度溶解度曲線3種表示方式，即3種氣～液平衡相圖(簡稱相圖)。氣體吸收氣液相平衡第4頁ForexampleFig.8-4，p=101.3kpa，t=40℃,allpointsof(ye,xe)onthecurvepertainto(關(guān)于）thesametemperatureandpressure.2Factorsaffectingonsolubility∵Accordingtothephaserule,F=3∴InthefourvariablesofT,P,pAandcA,therearethreeindependentvariablesonly.where:pA～partialpressureofAingasphase.8.2.1Solubilityatequilibrium～平衡溶解度氣體吸收氣液相平衡第5頁⑴Affectionoftemperature分析相圖Fig.8-3，F(xiàn)orexample:atpA=20kPa，T=30℃,xA*=0.12；T=60℃,xA*=0.045.

T↑→xA*↓溫度愈低，愈有利于吸收。But，在實(shí)際吸收操作時，已選擇確定了某一適當(dāng)吸收溫度?！?.2.1Solubilityatequilibrium～平衡溶解度氣體吸收氣液相平衡第6頁⑵Affectionofpressure試驗(yàn)證實(shí):WhenPislessthan5atm,theaffectionmaybeneglectedbypressureontheequilibriafor

system.Commonlythepressureinthesystemofabsorptionoperation<5atm.ThenxA*=f(pA)orpA*=f(xA)如Fig.8-3，atT=30℃,pA=20kPa,xA*=0.12；pA=40kPa,xA*=0.19.即：pA愈高，愈有利于吸收。8.2.1Solubilityatequilibrium～平衡溶解度氣體吸收氣液相平衡第7頁⑶因氣液平衡理論研究尚不完善，氣液相平衡數(shù)據(jù)普通都是對特定物系進(jìn)行試驗(yàn)測定。測定結(jié)果或用相圖表示，或用表格表示。

8.2.1Solubilityatequilibrium～平衡溶解度氣體吸收氣液相平衡第8頁在進(jìn)行詳細(xì)計算時，需要相關(guān)平衡數(shù)據(jù)。若手算，人工查圖或查表；若機(jī)算，則可將圖或表上相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)回歸，得到經(jīng)驗(yàn)回歸方程xA*=f(pA)orpA*=f(xA)提供于計算機(jī)使用。⑷Conclusions:

a.系統(tǒng)壓力不太高時等溫吸收，可認(rèn)為氣體在液體中溶解度只取決于該氣體分壓；b.吸收操作適宜條件：低溫高壓。8.2.1Solubilityatequilibrium～平衡溶解度氣體吸收氣液相平衡第9頁3DifferencesofsolubilityofgasesinliquidO2:OxygenCO2:CarbonDioxideSO2:SulphurDioxideNH3:Ammonia

如圖,由試驗(yàn)測得T=293K下

SO2,CO2,NH3andO2

在水中溶解度曲線。顯然，在一定溫度和分壓下，不一樣氣體得溶解度相差很大。8.2.1Solubilityatequilibrium氣體吸收氣液相平衡第10頁8.2.1SolubilityatequilibriumForexample:atPi=20kpaCO2*=0.00028kmol/m3,CCO2*=0.0078kmol/m3,CSO2*=0.337kmol/m3,CNH3*=14.71kmol/m3.氣體吸收氣液相平衡第11頁一、Thesolubilityofgasintheliquid

3DifferencesofsolubilityofgasesinliquidphaseCCO2*/CO2*=28倍，CNH3*/CSO2*＝43倍∴依據(jù)氣體在水中溶解度大小，可把氣體大致分為以下四類：

難溶氣體～O2難溶于水,非常難以吸收；較難溶氣體～CO2居中↑，較難吸收；

較易溶氣體～SO2居中↓,較易吸收；易溶氣體～NH3易溶于水，非常輕易吸收。

8.2.1Solubilityatequilibrium～平衡溶解度氣體吸收氣液相平衡第12頁二、Henry’slaw～亨利定律

1Henry’slaw～稀溶液(？)下溶解度Fordilutesolution,namely,在原點(diǎn)附近，

Straightlinethroughpointo由Fig.8-3：pe

=Ex

(8-1)

Fig.9-3：pe=HCA(8-2)

Fig.8-4：ye=mx(8-3)上3式中E、H和m是溶解度曲線在O點(diǎn)附近斜率，即以不一樣單位表示亨利常數(shù)。∵H因次是pa/(kmol/m3)orpa/(kg/m3)，∴H也稱為溶解度系數(shù)；

∵E因次是pa∴也稱E為Henryefficient；

∵m無因次

∴又稱m為相平衡常數(shù)。8.2.1Solubilityatequilibrium～平衡溶解度氣體吸收氣液相平衡第13頁1Henry’slaw～亨利定律

經(jīng)驗(yàn)回歸方程pA*=f(xA):

O2:pA*=73300CO2

CO2:pA*=2580CCO2

SO2:pA*=36.5CSO2

NH3:pA*=1.38CNH38.2.1Solubilityatequilibrium～平衡溶解度氣體吸收氣液相平衡第14頁二、Henry’slaw～亨利定律2RelationshipsamongE,Handm

∵Where：CM=totalmoleconcentration[kmol(A+S)/m3Solution]∴E=HCM,m=E/P3FeatureofE,Handm⑴T↑→E,Handm↑(Seep366Table2)⑵在同一溶劑中，E↑→愈難溶?！郻yE可定量判斷吸收過程難易程度。8.2.1Solubilityatequilibrium～平衡溶解度氣體吸收氣液相平衡第15頁

4Henry’slawsuitsforsomeconditions

⑴適合常壓或靠近常壓下難溶氣體;

⑵對易溶氣體只適宜于低濃度;⑶氣相組份分壓→常壓。5用比摩爾分率表示亨利定律比摩爾分率：L～phase:X=CAL/Cs

V～phase:Y=CAG/CBObviously,x=X/（1+X）,y=Y/(1+Y)Substitutethemintoy=mx:溶液很稀時,Xveryverysmall,1+(1-m)X→1∴Ye=mX～在吸收計算中使用最為廣泛。8.2.1Solubilityatequilibrium～平衡溶解度氣體吸收氣液相平衡第16頁一、判別過程方向

例:atP=101.3kpa,T=20℃,ye＝0.94x.x=0.05Dilutesolutionammonia與y=0.1

mixtureofNH3+airIntimatecontact。

此時,absorptionorde-absorption?Howtodetermine?Accordingtophasediagram.或依據(jù)氣相傳質(zhì)推進(jìn)力：y

＞

ye

或依據(jù)液相傳質(zhì)推進(jìn)力：x＜xe,ye＝0.94×0.05=0.047<y=0.1

Absorption§8.2.2相平衡與吸收過程關(guān)系吸收or解吸?氣體吸收氣液相平衡第17頁一、判別過程方向x=0.1Dilutesolutionammonia與y=0.05

mixtureofNH3+airIntimatecontact。Accordingtophasediagram.或依據(jù)氣相傳質(zhì)推進(jìn)力：y＜ye或依據(jù)液相傳質(zhì)推進(jìn)力：x＞xeye＝0.94×0.1=0.094>y=0.05

Stripping§8.2.2相平衡與吸收過程關(guān)系吸收or

解吸?氣體吸收氣液相平衡第18頁Conclusion:ify>ye