化工原理第五章 吸收

H
s
EM s

1000 7.59 10 4 18
7.32 104 kmol / m3 Pa
E 7.59 104 m 3 0.75 P 101.3 10
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三、气液相平衡与吸收过程的关系
1、判断过程的方向
例：在101.3kPa，20℃下,稀氨水的气液相平衡关系为 ：
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解：由亨利定律表达式知：
0.5 / 17 0.00527 x 0.5 / 17 100 / 18
p* * p Ex E x
p* 400 7.59 10 4 Pa ∴亨利系数为 E x 0.00527 400 p * * 0.00395 又 y mx，而 y 5 P 1.01 10
Y mX y mx得, * 1 Y 1 X
*
*
mX Y 1 (1 m) X
*
当溶液浓度很低时，X≈0， 上式简化为：
Y mX
*
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亨利定律的各种表达式所描述的都是互 成平衡的气液两相组成间的关系，他们既 可以用来根据液相组成计算平衡的气相组 成，同样可用来根据气相组成来计算平衡 的液相组成，于是上述几种表达式可改写 为：
pA * x , cA Hp A E y Y * * x ,0℃下，测得氨在水中的平衡 数据为：0.5gNH3溶于100gH2O形成的稀氨水
溶液，溶液上方的平衡分压为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）
总压不高、一定温度下液相组成是气相组成的单值函数
cA* f ( pA ), xA* f ( y A )
同理，一定温度下的气相平衡分压是液相组成的函数：
pA* F (cA ), y A* F ( xA )
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吸收剂、温度T、P 一定时，不同物质的溶解度不同。
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一、分子扩散与菲克定律
1、分子扩散：在静止或滞流流体内部，若某一组分存在浓
度差，则因分子无规则的热运动使该组分由浓度较高处传递
y * 0.94 x 0.94 0.05 0.047
* 将其与实际组成比较：y 0.094 y 0.047
∴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
x * y / 0.94 0.02 / 0.94 0.021
nA xA n
质量分数与摩尔分数的关系：
nA mw A / M A xA n mw A / M A mw B / M B mw N / M N
w A /M A w A /M A w B / M B w N /M N
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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。 mA wA mB
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2、吸收过程的推动力
* * pA pA 、y - y*、 x* -x 、 c A c A 、Y - Y*
Y
A ·
P
Y*
3、确定过程的极限
X
X*
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。 对于吸收(脱吸)而言，其极限为气液相平衡。
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组成为y1的混合气 塔底 x1增加
E y x P

E m P
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3）用摩尔比Y和X分别表示气液两相组成的亨利定律
a) 摩尔比定义：
液相中溶质的摩尔数 X 液相中溶剂的摩尔数
气相中溶质的摩尔数 Y 气相中惰性组分的摩尔数
x 1 x y 1 y
X Y x ,y 1 X 1 Y
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由
设溶液的密度为 kg / m 3 ，浓度为 Ckmol / m3 ，则
cA cA C * p , pA ExA , xA E H C H
* A
C
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M
M M A x A M S xS
对于亨利定律适用的稀溶液，
M M S , S
s C H E MsE
3、质量浓度与摩尔浓度
质量浓度：单位体积混合物中某组分的质量。
CA mA (kg -3 ) m V
摩尔浓度：单位体积混合物中某组分的摩尔数。 nA -3 cA (kmolm ) V 质量浓度与质量分数的关系：
CA wA
摩尔浓度与摩尔分数的关系：
cA xA c
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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:
塔高无限
V，y2
L，x2
减少吸收剂用量L
极限组成为：
x1 max
* x1
组成为y1的混合气 塔顶y2降低
塔高无限 增加吸收剂用量L
y1 m
极限组成为：
y2 min y 2 mx2
*
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V，y1
L，x1
一、分子扩散与菲克定律
第五章 吸收
第三节 传质机理与吸收速率
二、气相中的稳定分子扩散
苯
含苯煤气
加 热 器
冷 却 器
水
过热蒸汽
吸收与解吸流程
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溶剂选择要求：
1.溶解度：对溶质组分应具有较大的溶解度 2.选择性高：对混合气体中的其他组分基本不吸收 3.挥发性小：减少溶剂的用量，避免引入新杂质 4.黏度低：便于运输；比热小：再生时节能；发泡 性低：减少设备的尺寸。 5.腐蚀性低：减少设备费用。 6.化学稳定性高； 7.无毒、无害、价廉、易于再生等。 总的选择原则是：经济、合理。
第五章 吸收
第一节 概述
一、吸收的有关概念
二、吸收在工业上的应用
三、吸收的分类
四、吸收的流程和溶剂
五、相组成表示方法
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一、吸收的有关概念
传质过程：物质在相际间的转移——物质传递过程 传质过程的依据：混合物中各组分在两相间平衡分配不同。 以传质过程为特征的单元操作在化工升中应用甚广。如： (1)气体吸收：依据气体组分在液相中的溶解度差别来处理气 体混合物。 (2)液体蒸馏: 加热液体混合物，利用混合物不同组分挥发性 的差异，使得液体混合物得以分离。 (3)液液萃取：液体组分在溶剂中的溶解度差别来分离液体混 合物。 (4)固体干燥：对含有一定湿份（液体）的固体提供一定的热 量，使之汽化，从固体的表面或内部转入气相。
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混合气体与适当的液体接触，气体中的一个或几 个组分溶解在该液体内形成溶液，不能够溶解的 组分则保留在气相中，这样使得原混合气体得以 分离。这种利用各组分溶解度不同而分离气体混 合物的操作称为吸收。 混合气体中能溶解的组分称为溶质，以A表示；
不被吸收的组分称为惰性组分， 吸收操作所用的溶剂称为吸收剂，
2) 用气液相中溶质的摩尔分数表示的亨利定律
y mx
*
m——相平衡常数 ，无量纲，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。
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相平衡常数m与亨利系数E的关系
由分压定律知 ： P y p 由亨利定律： p * E x 即：
p y* P
摩尔比：混合物中某组分的摩尔数与惰性组分摩 尔数之比。
nA 气相： YA nB
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nA 液相： X A nB
质量分数与质量比的关系：
wA wA 1 wA
wA wA 1-wA
摩尔分数与摩尔比的关系：
X x 1 X
Y y 1Y
x X 1 x
y Y 1 y
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x 0.05 x* 0.021
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。
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。
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二、亨利定律
1、亨利定律 ——稀溶液
E——亨利常数，单位与压力单位一致 。
E值取决于物系的特性及温度；对于一定的气体和一定的
p ExA
* A
溶剂，温度T上升，E值增大，溶解度下降；
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三、吸收的分类
1.物理吸收和化学吸收； 溶质与溶剂是否有明显的化学反应发生 2.单组分吸收和多组分吸收； 被吸收的组分的数目 3.等温吸收和非等温吸收； 热效应是否显著或设备散热状况 4.高浓度吸收和低浓度吸收。 混合物中气体的浓度
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四、吸收的流程、溶剂的选择
洗油 脱苯煤气
pA Py A
pA YA P pA
摩尔比与分压之间的关系: 摩尔浓度与分压之间的关系:
nA pA cA V RT
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第五章 吸收
第二节 气液相平衡
一、气体的溶解度
二、亨利定律
三、气液相平衡与吸收过程 的关系
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一、气体的溶解度
1、气体在液体中溶解度的概念
气体在液相中的溶解度 ： 气体在液体中的饱和浓度 c A*
在同一溶剂中，E值越大的气体越难溶。
2、亨利定律的其他表示形式