化工原理讲稿1(第七章)

②在X～Y图上 图上
Y A · P
Y*
X
X*
【例7-1】（习题 ）某系统温度为 ℃，总压 】 习题2）某系统温度为10℃ 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？查得10℃时， 每立方米水溶解了多少克氧气？查得 ℃ 氧气在水中的亨利系数E为 氧气在水中的亨利系数 为3.31×106kPa。 × 。
ρS
EM E P
S
* pA = Py → x = ≈ X E
P146、习题1、3 、习题 、 习题1 习题
1.p
* A
cA cA = → H = * H pA nA wA M = = V V
A
其 中 ： cA y* A 2 .m = xA
其 中 ： xA =
wA
wA M A M A + wS
M
、 y* A
S
p* A = P
习题3 习题
1 .H = 2 .m = 3.p* A
第二章 吸收
第一节 概述 1.吸收定义 吸收定义 指利用气体混合物中各组分在液体中溶解度 液体中溶解度的 指利用气体混合物中各组分在液体中溶解度的 差异来分离气体混合物； 差异来分离气体混合物； 2.吸收操作 吸收操作 指将气体混合物与合适的液体接触， 指将气体混合物与合适的液体接触，使气体中 一个或多个组分溶于液体中， 一个或多个组分溶于液体中，未能溶解的组分 仍留在气体中； 仍留在气体中；
【例7-2】在总压 】在总压101.3kPa，温度 ℃的条件下 ，温度30℃的条件下, SO2摩尔分数为 的混合气体与 2摩尔分数为 摩尔分数为0.3的混合气体与 的混合气体与SO 0.01的水溶液相接触，试问： 的水溶液相接触， 的水溶液相接触 试问： 的传质方向； （1）SO2的传质方向； ） （2）其他条件不变，温度降到 ℃时SO2的传质 ）其他条件不变，温度降到0℃ 方向； 方向； （3）其他条件不变，总压提高到 ）其他条件不变，总压提高到202.6kPa时SO2 时 的传质方向， 的传质方向，并计算以液相摩尔分数差及气相摩 尔数差表示的传质推动力。 尔数差表示的传质推动力。
E p = Py → Py = Ex → y = x P E ⇒m= P
* A * * *
② H与E的关系 与 的关系 cA cA c * p A = Ex = ⇒ H = 、cA = cx ⇒ H = H Ex E 对稀溶液以溶剂取代溶液： 对稀溶液以溶剂取代溶液：
即：ρS → ρ、M S → M c=
101.3kPa y
202.6kPa
x
20℃下SO2在水中的溶解度 ℃
讨论： 讨论： 温度T下降 在同一溶剂中， 下降， ①p、y一定，温度 下降，在同一溶剂中， 、 溶质的溶解度x随之增加， 溶质的溶解度 随之增加，有利于吸收 ； 随之增加 温度T和 总压P增加 在同一溶剂中， 增加， 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； 溶质的溶解度 随之增加，有利于吸收； 随之增加 相同的总压及摩尔分数， ③相同的总压及摩尔分数， cO < cCO < cSO < cNH
一、吸收操作的应用 1.制备液体产品：制备某种气体的溶液； 制备液体产品： 制备液体产品 制备某种气体的溶液； 2.回收有用组分：分离混合气体以获得有用组分； 回收有用组分：分离混合气体以获得有用组分； 回收有用组分 3.净化或精制气体 净化或精制气体 4.除去工业尾中的有害组分 除去工业尾中的有害组分 二、吸收分类 1.物理吸收和化学吸收 物理吸收和化学吸收 2.单组分吸收和多组分吸收 单组分吸收和多组分吸收 3.等温吸收和非等温吸收 等温吸收和非等温吸收 4.高浓度吸收和低浓度吸收 高浓度吸收和低浓度吸收
V
•摩尔浓度与摩尔分数的关系： 摩尔浓度与摩尔分数的关系： 摩尔浓度与摩尔分数的关系
c A = cx A
c：液相中混合物的总摩尔浓度；单位（kmol/m3） ：液相中混合物的总摩尔浓度；单位（
4.气相的组成 气相的组成 总压与某组分分压之间的关系: ①总压与某组分分压之间的关系 pA=PyA ②摩尔比与分压之间的关系: 摩尔比与分压之间的关系
1.
洗油 脱苯煤气 苯 冷 却 器
加 热 苯煤气 器
水
2.吸收设备 吸收设备
四、吸收剂的选择要求 溶解度大； ①溶解度大； 选择性高； ② 选择性高； 再生容易； ③再生容易； 挥发性小、黏度低、化学稳定性高； ④ 挥发性小、黏度低、化学稳定性高； 腐蚀性低、无毒、无害、价廉等； ⑤ 腐蚀性低、无毒、无害、价廉等； 选择原则：经济、合理； 选择原则：经济、合理； 本章重点： 本章重点： 单组分等温的物理吸收、包括吸收的气液相平衡、 单组分等温的物理吸收、包括吸收的气液相平衡、 传质速率方程、物料衡算、吸收剂用量计算、 传质速率方程、物料衡算、吸收剂用量计算、 填料层高度与塔径计算； 填料层高度与塔径计算；
压 压
温 温 解
x 的 的溶解度c 的溶解度 A
2.气体种类对溶解度的影响 气体种类对溶解度的影响 易溶气体→ 难溶气体→ 易溶气体→ pA ↓ 、难溶气体→ pA ↑ ；
t=293K
pA, kPa
CO2
NH3
10ncA, kmol/m3 几种气体在水中的溶解度曲线
3.总压对溶解度的影响 总压对溶解度的影响 对理想的低压混合气体， 对理想的低压混合气体，总压对溶解度无影响 ； 当P ↑，yA 不变 → pA ↑ →xA ↑ ；
2 2 2 3
氧气为难溶气体、氨气为易溶气体； 氧气为难溶气体、氨气为易溶气体； 加压降温有利于吸收；减压升温有利于解吸； ④加压降温有利于吸收；减压升温有利于解吸；
三、亨利定律 条件：总压不高（ < ）、低浓度气体 条件：总压不高（P<5MPa）、低浓度气体、 ）、低浓度气体、 稀溶液、气液相平衡的溶解度曲线为直线； 稀溶液、气液相平衡的溶解度曲线为直线； 1.亨利定律 亨利定律 指总压不高时，在一定温度下， 指总压不高时，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； 正比，其比例系数为亨利系数；
气液相平衡关系； ③ y* = mx 气液相平衡关系； m：相平衡ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ数，无因次； ：相平衡常数，无因次；
当X = x y X Y 、Y = ⇒x= 、y = 1− x 1− y 1+ X 1+ Y mX * ⇒Y = ⇒ Y * = mX （ 1 + 1 − m） X
2.亨利定律中各系数之间的关系 亨利定律中各系数之间的关系 ① m与E的关系 与 的关系
第二节 气液相平衡 一、气液两相组成的表示 1.质量分数与摩尔分数 质量分数与摩尔分数 ）、w ①质量分数：单位（kg%）、 A、wB； 质量分数：单位（ ）、 摩尔分数：单位（ ②摩尔分数：单位（mol%）、 yA (气) 、xA(液)； ）、 气 液； 2.质量比与摩尔比：比分数 质量比与摩尔比： 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 的质量与惰性组分B ①质量比：混合物中某组分 的质量与惰性组分 或溶剂S）的质量之比； （或溶剂 ）的质量之比； 摩尔比：混合物中某组分A的摩尔数与惰性组分 的摩尔数与惰性组分B ②摩尔比：混合物中某组分 的摩尔数与惰性组分 或溶剂S）的摩尔数之比； （或溶剂 ）的摩尔数之比；
* ① pA = Ex p* ：溶质在气相中的平衡分压，； 溶质在气相中的平衡分压， A x ：溶质在液相中的摩尔分数； 溶质在液相中的摩尔分数；
E ：亨利常数，单位同压强单位，kPa ； 亨利常数，单位同压强单位，
cA ② p = H
* A
H：溶解度系数， kmol/（m3·kPa ） ：溶解度系数， （ cA：摩尔浓度，kmol/m3； 摩尔浓度，
mA •质量比： aA = 质量比： 质量比 mB
nA •摩尔比：气相： A = 摩尔比： 摩尔比 气相： Y nB
液相： 液相： XA = nA nS
aA wA wA = ⇒ aA = 1 + aA 1 − wA
•质量分数与质量比关系： 质量分数与质量比关系： 质量分数与质量比关系
X x x = 1+ X ⇒ X = 1− x •摩尔分数与摩尔比关系： 摩尔分数与摩尔比关系： 摩尔分数与摩尔比关系 y = Y ⇒ Y = y 1+ Y 1− y
② T ↑⇒ c A ↓ 、 H ↓ ； T ↓⇒ c A ↑ 、 H ↑ ；
T ↑⇒ x ↓ 、 E ↑ ； T ↓⇒ x ↑ 、 E ↓ ； m ↑→ H ↓ ； m ↓→ H ↑ ；
三、 相平衡关系在吸收过程中的应用 1.判断过程进行的方向 判断过程进行的方向
* •吸收过程： pA < pA 吸收过程： 吸收过程 溶质A由气相向液相传质 由气相向液相传质； 溶质 由气相向液相传质；
pA YA = P − pA
nA p A = 摩尔浓度与分压之间的关系: ③摩尔浓度与分压之间的关系 c A = V RT
二、平衡溶解度 •平衡状态： 平衡状态： 平衡状态 指在一定温度和压力下， 指在一定温度和压力下，混合气体与吸收剂充分 接触，溶质由气相向液相溶剂中转移， 接触，溶质由气相向液相溶剂中转移，长期充分 接触后，液相中溶质组分的浓度不再增加， 接触后，液相中溶质组分的浓度不再增加，达到 饱和时，气液两相组分达到平衡； 饱和时，气液两相组分达到平衡； •平衡时： 平衡时： 平衡时 平衡分压p 溶质在气相中的分压； ①平衡分压 A ：溶质在气相中的分压； 溶质在液相中的浓度； ②平衡浓度（溶解度）cA：溶质在液相中的浓度； 平衡浓度（溶解度）
气液相平衡
pA∝cA pA=f（cA） （
1.平衡分压与溶解度的关系 平衡分压与溶解度的关系 当压力不太高、温度T一定时 一定时： 当压力不太高、温度 一定时： •T一定，pA↑→ A↑ ； 一定， ↑→c 一定 •pA一定，T ↓→ A↑ ； 一定， ↓→c