气体的溶解度亨利定律用气液平衡关系分析吸收

Y * mX 1 (1 m)X
当溶液浓度很低时，X≈0， 上式简化为：
Y * mX
亨利定律的几种表达形式也可改写为：
x* P , c* HP E
x* y , X * Y
m
m
例：在常压及20℃下，测得氨在水中的平衡数据为：
0.5gNH3/100gH2O，浓度为的稀氨水上方的平衡分压为400Pa
H 0.293 7.33104 kmol/ m3 Pa 400
或由各系数间的关系求出其它系数
H s
EM s
1000 7.59 104 18
7.32104 kmol/ m3 Pa
m E P
7.59 104 101.33 103
0.749
三、用气液平衡关系分析吸收过程
下方，则发生解吸过程。
2、计算过程的推动力
当气液相的组成均用摩尔分数表示时，吸收的推动力可 表示为：
y y*：以气相组成差表示的吸收推动力； x* x：以液相组成差表示的吸收推动力。
3、确定过程的极限
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。
增加塔高 组成为y1的混合气 减少吸收剂用量 塔底 x1增加
组成为： x1max

x1*

y1 m
增加塔高 组成为y1的混合气 增加吸收剂用量 塔顶y2降低
组成为：y2min y2* mx2
极限 极限
f c 2 3223
因此，一定温度和压力下，溶质在液相中的溶解度决定于它 在气相中的组成。
Cx AA

f (T , P, PA ) f (T , P, yA )
在总压不高，P<5atm时 ： CA f (T , PA )

x
A

f (T , y A )
一定温度下液相组成是气相组成的单值函数:
1、判断过程的方向
例：在101.3 kPa，20℃下, 稀氨水的气液相平衡关系为 ：
y* 0.94x ，若含氨0.094摩尔分数的混合气和组成 xA 0.05
的氨水接触,确定过程的方向。 解：
与实际气相组成成平衡的液相组成 y 0.094
x* y / 0.94 0.1
将其与实际组成比较 ：x 0.05 x* 0.1
，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）
解：
（1）E
由亨利定律表达式知： E p*
x
x 0.5 /17 0.5 /17 100 /18
0.00527
∴亨利系数为
E
p x
400 0.00527
7.59104 Pa
（2）相平衡常数 m
又 y* mx ，而 y* p
P
400 1.01105
0.00395
（3）H
m 0.00395 0.75
0.00527
p* c H
c

0.5 /17 0.5 100
0.293kmol/ m3
1000
∴溶解度系数为：
E MsE
2) 以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 ，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。
m与E 的关系：
由分压定律知 ：p P y
y* p P
由亨利定律：p* E x y E x P
加压和降温对吸收操作有利
二、亨利定律
1、亨利定律
p* Ex
E ——亨利常数，单位与压强单位一致 。
• E 值取决于物系的特性及温度，温度T上升，E值增大； • 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
1）用溶质A在溶液中的体积摩尔浓度和气相中的分压表示
的亨利定律
p* c H
CA f (PA),
xA f ( yA)
同理：
PA f (CA), yA f (xA)
▪ T、P 一定时，在同一溶剂中不同气体的溶解度不同； ▪一定温度下，对同样浓度的溶液，易溶气体溶液上方分压小
，难溶气体上方的分压大；
▪ 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；
第六章 吸收
第一节 气液相平衡
一、气体的溶解度 二、亨利定律
三、用气液平衡关系分析吸
收过程
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
表明一定条件下吸收过程可能达到的极限程度。
2、溶解度曲线
对于单组分物理吸收，是A、B、C三组分构成的气液 两相物系:
H ——溶解度系数 ，单位：kmol/m3·Pa或kmol/m3·atm。
• H是温度的函数，H值随温度升高而减小。
• 易溶气体H值大，难溶气体H值小。
H与E的关系：
设溶液的密度为 kg / m3 ，浓度为 C总kmol / m3，则
C总


M
M M AxA MS xS
对于稀溶液，
M MS, S H C总 s
∴气液相接触时，氨将从气相转入液相，发生吸收过程。 或者利用相平衡关系确定与实际液相组成成平衡的气相组成
y* 0.94x 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
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
即： m E P
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：
X
液相中溶质的摩尔数 液相中溶剂的摩尔数
ห้องสมุดไป่ตู้x 1 x
气相中溶质的摩尔数 Y 气相中惰性组分的摩尔数
y 1 y
x X , y Y
1 X
1Y
由 y* mx得,
Y* 1Y*

mX 1 X