吸收相平衡和速率.ppt

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1、5.2.2吸收的相平衡1气液两相的相平衡关系，即当时条件下吸收质在溶液中的浓度，决定吸收的极限，也就是决定系统的吸收率和所得溶液的浓度。平衡时，液相中吸收质数量与温度、吸收质在气相中的分压或浓度、吸收质和吸收剂的性质有关。图中所示为SO2---H2O体系,温度对SO2在水中溶解度的影响.可看出有什么影响吗？液相中吸收质的浓度/g•100g-1气相中二氧化硫分压KPa024681012300C100C200C300C400C500C5.2.2吸收的相平衡一、亨利定律二、用摩尔比表示的相平衡关系三、气体在液体

2、中的溶解度2一、亨利定律亨利定律指出，在一定温度下对于稀溶液，当气液两相达到平衡时，吸收质在液相中的浓度与它在气相中的分压成正比。亨利定律常用以下三种方式表达：3一、亨利定律4p*---平衡时吸收质的分压;Pa;x---平衡时吸收质的摩尔分数;E---亨利系数，Pa;其值随温度的升高而升高。1.用吸收质在溶液中的摩尔分数x表示:2.用吸收质在溶液中的物质的量浓度c(kmol•m-3)表示:5H---溶解度系数，单位kmol•m-3•Pa-1，其值随温度升高而降低.或6H与E的关系:Mr---溶液的摩尔质量

3、，g•mol-1MA---吸收质的摩尔质量，g•mol-1Ms---溶剂的摩尔质量，g•mol-1C0---溶液的总浓度，kg•m-33.用吸收质在两相中的摩尔分数y、x表示根据道尔顿分压定律y*=p*/p,亨利定律也可用气、液相的摩尔分数表示:7平衡条件下气体中吸收质摩尔分数混合气的总压力；Pa相平衡系数，无量刚。注意:严格地说，亨利定律只适用于稀溶液，如常压下难溶或少溶气体的吸收。当液相或气相中吸收质浓度较大时，亨利定律有偏差。亨利定律的三种表达方式:81.用吸收质在溶液中的摩尔分数x表示:2.用吸收

4、质在溶液中的物质的量浓度C(kmol•m-3)表示:3.用吸收质在两相中的摩尔分数x、y表示:E---亨利系数,Pa;其值随温度的升高而升高.H---溶解度系数，单位kmol•m-3•Pa-1，其值随温度升高而降低。m---相平衡系数，无量刚E与H、m的关系:二、用摩尔比表示的相平衡关系为使计算简便，工程中采用在吸收过程中数量不变的气相中的惰性组分和液相中的纯溶剂为基准，用摩尔比来表示气相和液相中吸收质的含量。Y:表示气相中吸收质的含量，指每摩尔惰性气体中所带有的吸收质的物质的量(mol)，摩尔比。X:表

5、示液相中吸收质的含量，指每摩尔纯溶剂溶解的吸收质的物质的量(mol)，摩尔比。9摩尔比Y、X与摩尔分数y、x间的关系为:10对气相:或对液相:或带入相平衡关系式对稀溶液X值较小,上式可简化为:得:三、气体在溶液中的溶解度有三种情况111.溶解度很小----这类气体组分的亨利常数E的值很大，其数量级为:1×109Pa，(浓度不大的溶液分压大)。如氢、氧、一氧化碳等。2.溶解度中等----这类气体组分的亨利常数E的值在1×107Pa数量级。如二氧化碳.硫化氢等。3.溶解度很大----这类气体组分的亨利常数E的

6、值不大。如氨和氯化氢等。5.2.3吸收速率一.分子扩散定律二.双膜理论三.吸收速率方程1.膜层分吸收速率方程2.总吸收速率方程3.用摩尔比表示的总吸收速率方程四.强化吸收的途径12菲克定律5.2.3吸收速率吸收速率可以概括为:13N=dn/dτ=KAΔ上式中:N----单位时间(τ)传递的吸收质的量(n)Δ----吸收过程中的推动力,可用分压差或浓度差表示K----过程的传质系数吸收操作的极限取决于体系的气液平衡,吸收操作的强度取决于吸收的速率.A----过程的传质面积一、单相扩散分子扩散和涡流扩散：吸收

7、质由气相转移到液相是靠扩散进行的，扩散有分子扩散和涡流扩散。分子扩散：由分子热运动引起，静止流体和流体做层流流动时均为分子扩散。涡流扩散:靠流体质点的湍动进行扩散。湍流时物质的传递主要是涡流扩散。涡流扩散速率远比分子扩散速率大得多。14（1）分子扩散定律---菲克(Fick)定律分子扩散服从菲克（Fick）定律，扩散速率:15式中：NA---A的扩散速率或传质速率，单位为mol•s-1；z---扩散距离，即膜层厚度，单位为m；cA---吸收质浓度，单位为mol•m-3；dc/dz----为扩散层中的浓度梯

8、度；DAB---扩散系数，单位为m2•s-1。“-”号表示扩散方向沿浓度降低的方向。扩散系数DAB16扩散系数是物理性质，表示物质扩散能力的大小，单位为m2•s-1扩散系数的物理意义是指沿扩散方向，当物质的浓差为1mol•m-3，在1s时间内通过1m厚度的扩散层，在1m2面积上所扩散的物质的量。扩散系数D值与体系中扩散质和扩散介质的种类、体系的温度、压力有关。体积越小，温度越高，压力越低，扩散系数越大。扩散系数D值用实验直接测