4 第6章 气体吸收 6.2.2气体在液体中的溶解度 平

作者:豪利真人游戏 | 2021-01-24 18:33

  气体吸收气体吸收_其它_高等教育_教育专区。第6章 气体吸收 6.1 概述 6.2 吸收过程的相平衡关系 6.3 吸收机理与吸收速率 6.4 吸收过程的计算 6.5 填料塔 6.6 解吸 第6章 气体吸收 6.1 概 述 6.1.1 气体吸

  第6章 气体吸收 6.1 概述 6.2 吸收过程的相平衡关系 6.3 吸收机理与吸收速率 6.4 吸收过程的计算 6.5 填料塔 6.6 解吸 第6章 气体吸收 6.1 概 述 6.1.1 气体吸收过程及其在工业上的应用 吸收是分离气体混合物的重要单元操作。这种操作是使 气体混合物与选择的某种液体相接触,利用混合气体中各组 分在该液体中溶解度的差异,有选择地使混合气体中一种或 几种组分溶于此液体而形成溶液,其他未溶解的组分仍保留 在气相中,以达到从气体混合物中分离出某些组分的目的。 6.1.2 吸收过程的分类 6.1.3 吸收剂的选择 2 第6章 气体吸收 6.2 吸收过程的相平衡关系 6.2.1相组成的表示方法 1.质量分率。混合物中某组分的质量与混合物总质量的比值, 称为该组分的质量分率,以xW表示。 2.摩尔分率。混合物中某组分的千摩尔数与混合物总千摩尔 数的比值,称为该组分的摩尔分率,以x表示。 3.比质量分率。混合物中某两个组分的质量之比称为比质量 分率,以 XW(或YW)表示。 4.比摩尔分率。混合物中某两个组分的千摩尔数之比称为比 摩尔分率,以X(或Y)表示。 3 第6章 气体吸收 5.质量浓度。单位体积中所含组分的质量,称为该组分的质 量浓度,以CW表示。 6. 摩尔浓度。单位体积中所含组分的千摩尔数,称为该组分 的摩尔浓度,以C表示。 7.气体混合物的组成。气体混合物中各组分的组成,除了可 用上述方法表示外,还可以用组分的分压和分体积来表示。 根据道尔顿分压定律和理想气体状态方程式可以证明, 理想气体混合物中某一组分的摩尔分率等于该组分的分压与 混合气体总压之比,即压力分率,也等于该组分的分体积与 混合气体总体积之比,即体积分率。 4 第6章 气体吸收 6.2.2气体在液体中的溶解度 平衡状态下,溶液上方气相中溶质上的分压称为当时条 件下的平衡分压;而液相中所含溶质气体的组成,称为在当 时条件下气体在液体中的平衡溶解度,简称溶解度。习惯上, 溶解度是用溶解在单位质量的液体溶剂中溶质气体的质量来 表示,单位为:kg气体溶质/kg液体溶剂。 溶解度随物系、温度和压强的不同而异,通常由实验测 定。图6-1、图6-2、图6-3分别表示氨、二氧化硫和氧在水中 的溶解度与其气相平衡分压之间的关系(以温度为参数)。图 中的关系线 氨在水中的溶解度 图6-2 二氧化硫在水中的溶解度 图6-3 氧在水中的溶解度 6 第6章 气体吸收 6.2.3 气、液相平衡关系—亨利定律 亨利定律是描述互成平衡的气、液两相间组成关系的数 学表达式。它适用于溶解度曲线中低浓度的直线部分。由于 相组成有多种表示方法,致使亨利定律有多种形式。 1. p—x关系 当气相组成用分压p表示,液相组成用摩尔分率x表示时,吸 收质在液相中的组成与其在气相中的平衡分压成正比,其数 学表达式为: p Ex (6-10) 式中 p*—溶质在气相中的平衡分压,kPa; x —溶质在液相中的摩尔分率; E —亨利系数,kPa。 7 第6章 气体吸收 2. p—C关系 当液相组成以摩尔浓度表示,而气相组成仍以分压表示 时,则亨利定律具有如下形式: p C H 式中 C—溶质在液相中的摩尔浓度,kmol/m3; H—溶解度系数,kmol/m3﹒kPa。 (6-11) 8 第6章 气体吸收 3. y—x关系 若溶质在气相与液相中的组成分别用摩尔分率y与x表示, 则亨利定律又可写成如下形式: y mx (6-13) 式中 y*—与液相组成平衡时溶质在气相中的摩尔分率; m —相平衡常数,无因次。 9 第6章 气体吸收 4. Y—X关系 若溶质在液相和气相中的组成分别用比摩尔分率X及Y表示 时,对于单组分吸收则由式(6-6)可知: x X ,y Y 将上两式代人式(6-13)得1 X 1Y 即 Y 1Y m X 1 X (6-15) Y mX 1 (1 m) X 当稀溶液中溶质的组成很小时,即X值很小时,(1-m)X项很小, 可忽略不计。式(6-15)的分母趋近于1,则式(6-15)可简化为 Y mX (6-16) 10 第6章 气体吸收 6.3 吸收机理与吸收速率 6.3.1 传质的基本方式 吸收过程是溶质从气相转移到液相的传质过程。由于溶质 从气相转移到液相是通过扩散进行的,因此传质过程也称为扩 散过程。扩散的基本方式有两种:分子扩散和涡流扩散。 物质通过静止流体或作层流流动的流体(且传质方向与流 体的流动方向垂直)时的扩散只是由于分子热运动的结果,这 种借分子热运动来传递物质的现象,称为分子扩散。 11 第6章 气体吸收 物质在湍流流体中扩散时,主要是依靠流体质点的无规 则运动而产生的漩涡,引起各部分流体间的强烈混合,在有 浓度差存在的条件下,物质便朝其浓度降低的方向进行扩散。 这种借流体质点的湍动和漩涡来传递物质的现象,称为涡流 扩散。 分子扩散和涡流扩散的共同作用称为对流扩散。对流扩 散时,扩散物质不仅靠分子本身的扩散作用,并且依靠湍流 流体的携带作用而转移,而且后一种作用是主要的。对流扩 散速率比分子扩散的速率大得多。对流扩散速率主要决定于 流体的湍流程度。 12 第6章 气体吸收 6.3.2 吸收机理——双膜理论 双膜理论的模型如图6-4所示。 图6-4 气体吸收的双膜模型 13 第6章 气体吸收 其基本论点如下: 1.相互接触的气、液两流体间存在着稳定的相界面,相界面两 侧分别存在着作层流流动的气膜或液膜,吸收质以分子扩散方 式通过此二膜层。 2.无论气、液两相主体中吸收质的组成是否达到平衡,在相界 面上,吸收质在气、液两相中的组成关系都假设已达到平衡。 物质通过界面由一相进入另一相时,界面本身对扩散无阻力。 因此,在相界面上,液相组成Xi是和气相组成Yi成平衡


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