Transcript 4.1 气液相平衡

分
离
工
程
第四章 气体吸收
?
第四章 主要内容
本章要求
4.1气液相平衡
掌握
4.2吸收和解吸过程
重点掌握
4.3多组分吸收和解吸的简捷计算
掌握
4.4化学吸收
本章小结
参考文献
思考题
掌握
本章要求：
1）了解吸收过程的特点及分类，掌握气液
相平衡关系：物理吸收相平衡关系、有化学
吸收的相平衡关系。
2）了解吸收和解吸过程流程。
3）掌握多组分吸收和解吸过程的简捷计算
法，吸收因子法。
4）了解化学吸收类型和增强因子。
概述
1、吸收和解吸
吸收是利用液体处理气体混合物，根据气
体混合物中各组分在液体中溶解度的不同，
而达到分离目的传质过程
 分离的介质是某一种液体溶剂称之为吸收
剂，被吸收的气体混合物称为溶质
 解吸操作是将溶质从吸收液中驱赶出来

2、工业生产中的吸收过程
①净化或精制气体
②分离气体混合物
③将最终气态产品制成溶液或中间产品
④废气治理
3、吸收过程的分类
①按组分的相对溶解度的大小
⑴单组分吸收
只有一个组分在吸收剂中具有显著的溶解度
，其它组分的溶解度均小到可以忽略不计。
⑵多组分吸收
气体混合物中具有显著溶解度的组分不止
一个。
3、吸收过程的分类
②吸收过程有无化学反应
⑴物理吸收
所溶组分与吸收剂不起化学反应。
⑵化学吸收
所溶组分与吸收剂起化学反应。
3、吸收过程的分类
③吸收过程温度变化是否显著
⑴等温吸收
气体吸收相当于由气态变液态，所以会产
生近于冷凝热的溶解热
化学吸收过程中，有溶解热+反应热
吸收过程温度变化不明显
⑵非等温吸收
吸收过程温度变化明显
3、吸收过程的分类
④按吸收量的多少
⑴贫气吸收
 吸收量不大
 恒摩尔流
 恒温操作
⑵富气吸收
吸收量大的情况
3、吸收过程的分类
⑤按汽液两相接触方式和采用的设备形式
⑴喷淋吸收
 填料塔或空塔：气、液两相都连续。
 淋降板塔：气相连续，液相分散。
⑵鼓泡吸收
 鼓泡塔或泡罩塔：液相保持为连续相，气
相分离为小气泡通过液层。
⑶降膜吸收
降膜式吸收器，使气、液两相均连续，用于吸收热效应
大的情况
小结
等温吸收
单组分吸收
相对溶解度
吸收温度
非等温吸收
多组分吸收
吸收过
程分类
物理吸收
化学反应
化学吸收
喷淋吸收
贫气吸收
吸收量
汽液接触方式
恒摩尔流
恒温操作
富气吸收
鼓泡吸收
降膜吸收
分
离
工
程
第四章 气体吸收
?
第四章 主要内容
本章要求
4.1气液相平衡
掌握
4.2吸收和解吸过程
重点掌握
4.3多组分吸收和解吸的简捷计算
掌握
4.4化学吸收
本章小结
参考文献
思考题
掌握
本章要求：
1）了解吸收过程的特点及分类，掌握气液
相平衡关系：物理吸收相平衡关系、有化学
吸收的相平衡关系。
2）了解吸收和解吸过程流程。
3）掌握多组分吸收和解吸过程的简捷计算
法，吸收因子法。
4）了解化学吸收类型和增强因子。
概述
1、吸收和解吸
吸收是利用液体处理气体混合物，根据气
体混合物中各组分在液体中溶解度的不同，
而达到分离目的传质过程
 分离的介质是某一种液体溶剂称之为吸收
剂，被吸收的气体混合物称为溶质
 解吸操作是将溶质从吸收液中驱赶出来

2、工业生产中的吸收过程
①净化或精制气体
②分离气体混合物
③将最终气态产品制成溶液或中间产品
④废气治理
3、吸收过程的分类
①按组分的相对溶解度的大小
⑴单组分吸收
只有一个组分在吸收剂中具有显著的溶解度
，其它组分的溶解度均小到可以忽略不计。
⑵多组分吸收
气体混合物中具有显著溶解度的组分不止
一个。
3、吸收过程的分类
②吸收过程有无化学反应
⑴物理吸收
所溶组分与吸收剂不起化学反应。
⑵化学吸收
所溶组分与吸收剂起化学反应。
3、吸收过程的分类
③吸收过程温度变化是否显著
⑴等温吸收
气体吸收相当于由气态变液态，所以会产
生近于冷凝热的溶解热
化学吸收过程中，有溶解热+反应热
吸收过程温度变化不明显
⑵非等温吸收
吸收过程温度变化明显
3、吸收过程的分类
④按吸收量的多少
⑴贫气吸收
 吸收量不大
 恒摩尔流
 恒温操作
⑵富气吸收
吸收量大的情况
3、吸收过程的分类
⑤按汽液两相接触方式和采用的设备形式
⑴喷淋吸收
 填料塔或空塔：气、液两相都连续。
 淋降板塔：气相连续，液相分散。
⑵鼓泡吸收
 鼓泡塔或泡罩塔：液相保持为连续相，气
相分离为小气泡通过液层。
⑶降膜吸收
降膜式吸收器，使气、液两相均连续，用于吸收热效应
大的情况
小结
等温吸收
单组分吸收
相对溶解度
吸收温度
非等温吸收
多组分吸收
吸收过
程分类
物理吸收
化学反应
化学吸收
喷淋吸收
贫气吸收
吸收量
汽液接触方式
恒摩尔流
恒温操作
富气吸收
鼓泡吸收
降膜吸收
4 气体吸收
4.1 气液相平衡
如果一个混合物处于其中大多数组分的
临界温度以上的系统温度，则习惯上称该混
合物为“气体”，气体的溶解度是吸收和解
吸操作的热力学基础。
溶解度曲线
平衡状态：
一定压力和温度，一定量的吸收剂与混合气体充分接
触，气相中的溶质向溶剂中转移，长期充分接触后，液相
中溶质组分的浓度不再增加，此时，气液两相达到平衡。
饱和浓度：平衡时溶质在液相中的浓度。
平衡分压：平衡时气相中溶质的分压。
相律分析：
F＝C－＋2=3－2+2=3
当压力不太高、温度一定时。
气
相
中
氨
的
分
压
A =f1（ x ）
y*=f2（x）
p* =f （ c ）
A
3
A
p*
60℃
50℃
40℃
30℃
液相中氨的摩尔数
氨在水中的溶解度
101.3kPa
y
202.6kPa
x
20℃下SO2在水中的溶解度
pA, kPa
t=293K
CO2
NH3
10ncA, kmol/m3
几种气体在水中的溶解度曲线
讨论：
（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 。
（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 。
（3）相同的总压及摩尔分数，
cO2 < cCO2 < cSO2 < cNH3
氧气为难溶气体，氨气为易溶气体
4.1.1物理吸收的相平衡
低压－－亨利定律
1. 亨利定律内容
总压不高时，在一定温度下，稀溶液上方气相中溶质的
平衡分压与溶质在液相中的摩尔分数成正比，其比例系数
为亨利系数。
——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 ——亨利常数，单位同压强单位。
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）E的来源：实验测得；查手册
2. 亨利定律其他形式
（1）
H——溶解度系数， kmol/（m3·kPa）
cA——摩尔浓度，kmol/m3；
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，
（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）
（3）
低压下：溶解度与气相中分压关系，用亨利定律表示，成
直线关系。
（H可以查表，由系流温度，溶剂，
溶质的性质决定。）
亨利定律适用范围：
溶质气体的分压为常压，溶质溶于溶剂时不发生解离、缔
合或化学反应，并且为稀溶液。
非低压
（Hp除与上述因素有关，还与系统
的总压有关。）
克利切夫斯基公式计算高压下气体的溶解度：
（T一定）
lnH：p=0或低压下气体的溶解度； 溶质在溶液中的偏摩
尔体积，假定与压力无关。
作用：
1、已知 T下的 及同T下的亨利系数，可求高压下溶解
度
2、用溶解度数据求溶质偏摩尔体积
3、同一温度，不同压力下的两个溶解度数据，求任何压
力下的溶解度
（告诉T0时的H0 再查气体的A、Ｂ、C常数）
4.1.2 有化学反应的气体溶解度
由于离解－缔合或化学反应，液相中浓度与气相平衡分
压不再符合亨利定律，如 Cl2 溶解于水，存在分子Cl2 、离子
Cl-1，、次氢酸HOCl，Cl2分压与溶解度成直线，溶质的溶解
度即服从汽液平衡关系，也服从化学反应平衡关系，由于化
学反应消耗了液相中的溶质，故在相同Pa压力下，有化学反
应的溶解度大于物理溶解时的溶解度。
例 4-2
亨利定律
Cco2—达到平衡时溶液中二氧化碳浓度
由平衡关系
液相中溶解度
浓度＋反应掉
例 4-3 推导关系 ：
得直线 ，斜率＝1/H，截距＝