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1、第五章第五章第五章第五章 气体吸收气体吸收气体吸收气体吸收第一节第一节 概述概述第二节第二节 气液相平衡气液相平衡第三节第三节 分子扩散分子扩散第四节第四节 对流传质对流传质第五节第五节 在填料塔低浓度气体吸收过程的计算在填料塔低浓度气体吸收过程的计算第六节第六节 气体解吸气体解吸第七节第七节 高浓度气体吸收高浓度气体吸收5.1 5.1 概述概述一一.传质分离过程简介传质分离过程简介二二.吸收与传质吸收与传质三三.物理吸收和化学吸收物理吸收和化学吸收四四.吸收与解吸吸收与解吸五五.溶剂的选择溶剂的选择一一.传质分离过程简介传质分离过程简介1 1、传质分离过程的研究对象、传质分离过程的研究对象
2、混合物的分离是化工类生产混合物的分离是化工类生产中的重要过程。中的重要过程。混合物的分类：混合物的分类：a a）非均相混合物，其分离主要非均相混合物，其分离主要依靠依靠力学的力学的力学的力学的，即质点运动与，即质点运动与流体力学原理进行分离，已流体力学原理进行分离，已在第三章中进行了讨论；在第三章中进行了讨论；b b）均相混合物，其分离特点主均相混合物，其分离特点主要依靠物质的传递（分子传要依靠物质的传递（分子传递和涡流传递）特性来实现递和涡流传递）特性来实现混合物中各组分的分离。混合物中各组分的分离。对对b b）均相混合物的分离称为均相混合物的分离称为传质分离过程传质分离过程 另外，对干燥和
3、浸取等一类另外，对干燥和浸取等一类过程也列入传质分离过程。过程也列入传质分离过程。如：湿物料的干燥，也是依如：湿物料的干燥，也是依靠水分传递到气相来达到分靠水分传递到气相来达到分离目的。离目的。5.1 5.1 概述概述2 2、传质分离过程的分类、传质分离过程的分类bb平衡分离过程：根据混合物中平衡分离过程：根据混合物中诸组分在两相间的平衡分配不诸组分在两相间的平衡分配不同来实现混合物的分离，这类同来实现混合物的分离，这类方法称为。例如：蒸馏、吸方法称为。例如：蒸馏、吸收、萃取、吸附、干燥收、萃取、吸附、干燥 etcetc。bb速率分离过程：根据混合物中速率分离过程：根据混合物中各组分在某种力场
4、的作用下扩各组分在某种力场的作用下扩散速度不同的性质来实现混合散速度不同的性质来实现混合物的分离，这类方法称为。物的分离，这类方法称为。例如：气体扩散、电泳、喷嘴例如：气体扩散、电泳、喷嘴扩散扩散 etcetc。bb在一般化工生产中主要应用平在一般化工生产中主要应用平衡分离过程。衡分离过程。3 3、根据生产目的来分类、根据生产目的来分类bb化工生产中遇到的混合物多化工生产中遇到的混合物多种多样的，它们可以是种多样的，它们可以是g g、l l、s s，可以均相，可以非均相，可以均相，可以非均相，其中各组分的性质可以相差其中各组分的性质可以相差很大，也可以是十分相似，很大，也可以是十分相似，各组分
5、的含量可以相差很大，各组分的含量可以相差很大，也可以相差不大（处一个量也可以相差不大（处一个量级）分离目的也不尽相同。级）分离目的也不尽相同。bb一般分为四类：一般分为四类：分离：将混合物中各组分完分离：将混合物中各组分完全分开，得到各个纯组分或全分开，得到各个纯组分或若干种产品。若干种产品。egeg：air-air-N N2 2、O O2 2 、各种稀有气体；原各种稀有气体；原油油-汽油、煤油、柴油汽油、煤油、柴油etcetc。5.1 5.1 概述概述 提取和回收：从提取和回收：从混合物中提混合物中提取某种或某几种有用的组分。取某种或某几种有用的组分。egeg：从矿石中提取有用金属；从矿石中
6、提取有用金属；从工厂排放的废料中，回收从工厂排放的废料中，回收有价值的物质，除去污染环有价值的物质，除去污染环境的物质；另外在医药上中境的物质；另外在医药上中成药的提取成药的提取etcetc。纯化：除去混合物中少量杂纯化：除去混合物中少量杂质。质。egeg：合成氨原料气中含合成氨原料气中含有有COCO、CO CO2 2 等有害气体等有害气体，易易使使cat.cat.中毒，现一般采用铜氨中毒，现一般采用铜氨液洗涤法、深冷分离法和甲液洗涤法、深冷分离法和甲烷化法，这些方法在经济性、烷化法，这些方法在经济性、选择性等方面都在不同程度选择性等方面都在不同程度上存在着缺点，吸附分离，上存在着缺点，吸附分
7、离，特别是特别是PSAPSA方法是新的发展方法是新的发展方向。方向。浓缩：将含有组分少的稀溶浓缩：将含有组分少的稀溶液增浓，称为。液增浓，称为。egeg：在医在医药上中成药的提取，可以通药上中成药的提取，可以通过膜过程对此进行浓缩。过膜过程对此进行浓缩。4 4、根据组分在两相间的分配差根据组分在两相间的分配差大小来分：大小来分：相配很大：吸收、萃取、浸相配很大：吸收、萃取、浸取、干燥蒸馏、吸附取、干燥蒸馏、吸附etcetc。其特点为：只须引一股流，其特点为：只须引一股流，两相接触即可。两相接触即可。相配不大：精馏、回流萃取相配不大：精馏、回流萃取分馏吸附分馏吸附etcetc。其特点为：须引两股
8、流，分其特点为：须引两股流，分段形成两相接触。段形成两相接触。5.1 5.1 概述概述二二.吸收与传质吸收与传质1 1、引子、引子bb均相混合物分离特点：均相混合物分离特点：主要依主要依靠物质的分子、涡流传递特性靠物质的分子、涡流传递特性来实现混合物中各组分的分离。来实现混合物中各组分的分离。bb气体混合物分离特点：总是根气体混合物分离特点：总是根据混合物中各组分间某种物理据混合物中各组分间某种物理化学性质差异而进行的。化学性质差异而进行的。bb气体混合物的分离方法：气体混合物的分离方法：膜分离膜分离-主要依靠筛分主要依靠筛分作用，尺寸差异作用，尺寸差异 ；精馏精馏-主要依据沸点差异，主要依据
9、沸点差异，egeg：空分得到空分得到N N2 2和和 O O2 2 ；吸附分离吸附分离-主要依靠筛主要依靠筛分作用，尺寸差异分作用，尺寸差异 ；也有络；也有络合作用，合作用，egeg：CuCuCOCO；吸收吸收-主要依靠混合物主要依靠混合物中各组分在某种溶剂中的溶中各组分在某种溶剂中的溶解度的不同得到分离目的。解度的不同得到分离目的。egeg：用水吸收混合气体中的用水吸收混合气体中的NHNH3 3能使能使NHNH3 3、airair加以分离，加以分离，并回收并回收NHNH3 3，其原因为：它其原因为：它们在水中的溶解度差异很大，们在水中的溶解度差异很大，将它们通入水中，将它们通入水中，NHNH
10、3 3很容很容易溶解于水中，易溶解于水中，形成氨水溶形成氨水溶液，而液，而airair几乎不溶于水中。几乎不溶于水中。5.1 5.1 概述概述2 2、吸收、吸收bb定义：气体溶解于液体的过程，定义：气体溶解于液体的过程，称之为。称之为。bb气体吸收在工业及环保中的应气体吸收在工业及环保中的应用用 回收产品：用洗油（焦化厂回收产品：用洗油（焦化厂副产品，数十种副产品，数十种C C、H H化合物化合物的混合物）吸收焦炉煤气中的混合物）吸收焦炉煤气中的苯、甲苯、二甲苯。的苯、甲苯、二甲苯。有有机合成八大基础原料：三苯、机合成八大基础原料：三苯、三稀（三稀（1,3-1,3-丁二稀、乙稀、丁二稀、乙稀、
11、丙稀）、一萘一炔。丙稀）、一萘一炔。气体净化：合成氨原料气中气体净化：合成氨原料气中含有含有COCO、COCO2 2、COCO2 2 S S、H H2 2 S S等有害气体等有害气体，易使易使cat.cat.中毒。中毒。对微量对微量COCO、COCO2 2现一般采用铜现一般采用铜氨液洗涤法、深冷分离法和氨液洗涤法、深冷分离法和甲烷化法，但净化度和能耗甲烷化法，但净化度和能耗高，目前正开发络合变压吸高，目前正开发络合变压吸附（附（PSAPSA）的技术是的技术是 无热源无热源技术技术，是非常节能的发展，是非常节能的发展方向。方向。制备某种气体的溶液：制备某种气体的溶液：HClHCl（g)g)H H
12、2 2 O-O-HClHCl(L)(L)3 NO 3 NO2 2 H H2 2O=2HNOO=2HNO3 3 NO NO SO SO2 2-SO-SO3 3 H H2 2O-HO-H2 2 SOSO4 4 一般采用一般采用92.5%92.5%H H2 2 SO SO4 4吸吸收成为收成为98%-105%98%-105%H H2 2 SO SO4 4。实际过程往往同时兼有净化实际过程往往同时兼有净化和回收双重目的。和回收双重目的。5.1 5.1 概述概述3 3、传质、传质bb气体吸收是传质分离过程。气体吸收是传质分离过程。前面提到的传质分离过程中，前面提到的传质分离过程中，重点是要讲述平衡分离过
13、程，重点是要讲述平衡分离过程，是组分在两相间的分配不同是组分在两相间的分配不同（平衡）来实现分离。（平衡）来实现分离。气体吸收过程包含有组分从气体吸收过程包含有组分从一相到另一相的转移。一相到另一相的转移。过程的推动力为：浓度差过程的推动力为：浓度差 C Cbb过程简介过程简介 以以NHNH3 3和和airair用水吸收为例：用水吸收为例：示意图如右侧图一所示示意图如右侧图一所示 过程过程 1)1)NHNH3 3易溶解于水中，易溶解于水中，其浓度为其浓度为C C0 0，而而airair难溶于水，难溶于水，液，而液，而airair几乎不溶于水中；几乎不溶于水中；液面处浓度液面处浓度CC 液相主体
14、浓度液相主体浓度C CL0 L0，故在液相中从界面向深处移动；故在液相中从界面向深处移动；3)3)随着吸收的进行，气相中随着吸收的进行，气相中NHNH3 3浓度浓度减少，减少，液相中液相中NHNH3 3浓度增加，推动力浓度增加，推动力 C C减少；减少；4)4)当气液相达到平衡时，当气液相达到平衡时，C C0 0，NHNH3 3的转移速率的转移速率0 0。5.1 5.1 概述概述bb气体吸收过程的特点气体吸收过程的特点 需加入另一物质，使该物质与需加入另一物质，使该物质与原均相混合物接触构成并存的原均相混合物接触构成并存的两相；两相；判断是否发生组分的相际转移判断是否发生组分的相际转移？可以假
15、想：每一相中各组分？可以假想：每一相中各组分的浓度都均匀一致，若转移的的浓度都均匀一致，若转移的组分在两相中的浓度偏离组分在两相中的浓度偏离平衡平衡态态越远，则该组分的转移速率越远，则该组分的转移速率越大；越大；当转移的组分在两相中呈当转移的组分在两相中呈平衡平衡态态，则该组分的转移速率为零。，则该组分的转移速率为零。bb相关术语介绍相关术语介绍 溶质气体或吸收质：混合气体溶质气体或吸收质：混合气体中容易溶解的组份称为，用中容易溶解的组份称为，用A A表示，表示，egeg：NHNH3 3；惰惰性性成成分分或或载载体体：混混合合气气体体中中很很难难溶溶解解的的组组份份称称为为，用用B B表示，表
16、示，egeg：空气空气（air);air);吸吸收收剂剂或或溶溶剂剂：吸吸收收中中所所用用的的能能够够溶溶解解某某一一组组分分的的物物质质称为，用称为，用S S表示，表示，egeg：水；水；吸吸收收液液：吸吸收收操操作作中中溶溶剂剂吸吸收收了了溶溶质质气气体体后后所所得得的的溶溶液液称为，用称为，用S+AS+A表示表示;吸吸收收尾尾气气：吸吸收收操操作作中中排排除除的的气气体体称称为为，用用（A A）+B+B表表示示 单单组组分分吸吸收收：溶溶质质气气体体为为单单组分的吸收过程，称为组分的吸收过程，称为 单单组组分分吸吸收收：溶溶质质气气体体为为多多组分的吸收过程，称为。组分的吸收过程，称为。
17、5.1 5.1 概述概述三三.物理吸收和化学吸收物理吸收和化学吸收bb物理吸收物理吸收 定义：定义：溶质气体溶于液相中溶质气体溶于液相中不发生显著化学反应的吸收不发生显著化学反应的吸收过程，称之为过程，称之为 例如：例如：COCO2 2 H H2 2O O H H2 2 COCO3 3 HClHCl（g g）H H2 2O O HCl HCl（L L）丙酮（丙酮（g g）H H2 2O O丙酮丙酮（L L）bb化学吸收化学吸收 定义：定义：液相中有某种组分，液相中有某种组分，能够与溶质气体（溶解于能够与溶质气体（溶解于L L）进行化学反应的吸收过程，进行化学反应的吸收过程，促进了吸收过程的进行
18、速率；促进了吸收过程的进行速率；例如：例如：NaNa2 2 COCO3 3（K K2 2COCO3 3)COCO2 2 H H2 2O=NaO=Na2 2HCOHCO3 3 （K KHCOHCO3 3)四四.吸收与解吸吸收与解吸bb一个完整的吸收分离过程一般一个完整的吸收分离过程一般包括包括吸收和解吸吸收和解吸两部分。两部分。bb解吸：从溶液中释放出溶解吸解吸：从溶液中释放出溶解吸收的溶质气体的操作，称为收的溶质气体的操作，称为bb解吸的方法：解吸的方法：加热，因温度升高，溶解度降加热，因温度升高，溶解度降低；低；减压，因压力降低，溶解度降减压，因压力降低，溶解度降低；低；惰性气体与溶液逆流接
19、触，一惰性气体与溶液逆流接触，一般采用过热蒸汽，一方面由于般采用过热蒸汽，一方面由于较高温度，另一方面由于惰性较高温度，另一方面由于惰性气体可以降低溶质气体的分压，气体可以降低溶质气体的分压，从而带出溶质气体。从而带出溶质气体。5.1 5.1 概述概述bb吸收与解吸联合操作吸收与解吸联合操作 图图5-1 5-1 吸收与解吸联合操作吸收与解吸联合操作5.1 5.1 概述概述 从焦炉煤气中回收粗苯（苯、从焦炉煤气中回收粗苯（苯、甲苯、二甲苯等）的生产流甲苯、二甲苯等）的生产流程图如图程图如图 5-1 5-1所示。所示。在吸收塔内：焦炉煤气与洗在吸收塔内：焦炉煤气与洗油（焦化厂副产品，数十种油（焦化
20、厂副产品，数十种C C、H H化合物的混合物）逆流接触，化合物的混合物）逆流接触，气相中粗苯蒸汽被洗油吸收，气相中粗苯蒸汽被洗油吸收，脱苯煤气从吸收塔顶排出；脱苯煤气从吸收塔顶排出；吸收粗苯后的洗油，称为富吸收粗苯后的洗油，称为富油；油；在解吸塔内：利用过热蒸汽在解吸塔内：利用过热蒸汽对其解吸，在解吸塔顶排出对其解吸，在解吸塔顶排出的气相为过热水蒸汽和粗苯的气相为过热水蒸汽和粗苯蒸汽混合物；蒸汽混合物；相分离器的原理是两种液体相分离器的原理是两种液体不互溶，且密度有差异。不互溶，且密度有差异。在相分离器内：过热水蒸在相分离器内：过热水蒸汽和粗苯蒸汽混合物冷凝汽和粗苯蒸汽混合物冷凝后因两种凝液不
21、互溶，并后因两种凝液不互溶，并依据密度不同而分层，粗依据密度不同而分层，粗苯在上，水在下。分别引苯在上，水在下。分别引出则可以得到粗苯产品，出则可以得到粗苯产品，从而实现混合物的分离；从而实现混合物的分离；解吸后的液相成为贫油，解吸后的液相成为贫油，经过冷却器降温后，再进经过冷却器降温后，再进入吸收塔循环使用；入吸收塔循环使用；如此循环往复，从而实现如此循环往复，从而实现吸收和解吸的联合操作过吸收和解吸的联合操作过程。程。5.1 5.1 概述概述五五.溶剂的选择溶剂的选择bb溶剂又称吸收剂，选择良好的溶剂又称吸收剂，选择良好的吸收剂是设计吸收过程的重要吸收剂是设计吸收过程的重要一环；一环；bb
22、选择原则选择原则 吸收剂对溶质应有较大的溶解吸收剂对溶质应有较大的溶解度，以提高吸收速率，减少吸度，以提高吸收速率，减少吸收剂的用量；收剂的用量；同时为了便于吸收剂的再生回同时为了便于吸收剂的再生回用，其溶解度应随操作条件的用，其溶解度应随操作条件的改变有显著的差异；改变有显著的差异；吸收剂对溶质应有良好的选择吸收剂对溶质应有良好的选择性，即对于混合气中待吸收组性，即对于混合气中待吸收组分的溶解度要大，对其余组分分的溶解度要大，对其余组分的溶解度要小；的溶解度要小；溶剂的挥发性要小，即蒸气溶剂的挥发性要小，即蒸气压低，以减少溶剂的损失量；压低，以减少溶剂的损失量；溶剂的粘度要低，这样有利溶剂的
23、粘度要低，这样有利于气、液接触，提高吸收速于气、液接触，提高吸收速率，也便于输送；率，也便于输送；无毒；无毒；难燃；难燃；腐蚀性小；腐蚀性小；易得价廉；易得价廉；易于再生利用；易于再生利用；不污染环境。不污染环境。5.2 5.2 气液相平衡气液相平衡一一.气液平衡关系气液平衡关系二二.亨利定律亨利定律三三.过程方向判断与过程推动力过程方向判断与过程推动力引子：引子：溶质在气、液相间的平衡关溶质在气、液相间的平衡关系是分析判断溶质在相间传递过系是分析判断溶质在相间传递过程中的方向、极限以及确定传递程中的方向、极限以及确定传递过程推动力大小的依据。过程推动力大小的依据。一一.气液平衡关系气液平衡关
24、系 本节只讨论单组分物理吸收本节只讨论单组分物理吸收的气液平衡关系，即：的气液平衡关系，即：气相中只有溶质气相中只有溶质 A A 和惰性气体和惰性气体B B两个组分，液相中只有溶质两个组分，液相中只有溶质A A和和吸收剂（溶剂）吸收剂（溶剂）S S 两个组分。两个组分。单组分物理吸收的气液平衡单组分物理吸收的气液平衡关系如图关系如图5-25-2所示。所示。图图5-2 5-2 单组分物理吸收气液平衡单组分物理吸收气液平衡5.2 5.2 气液相平衡气液相平衡1 1、气液平衡关系的确定、气液平衡关系的确定（1 1）根据相律，单组分物理吸收）根据相律，单组分物理吸收体系的自由度体系的自由度F F应为：
25、应为：F FC C2 23 32 22 23 3式中：相数式中：相数 2 2 （为（为G G、L L）组分数组分数C C3 3（分别为分别为 A A、B B、S S）（2 2）由由F F3 3知：三组分气液两知：三组分气液两相平衡时，在温度相平衡时，在温度t t和总压和总压P P和气、和气、液组成四个变量中，有三个是独液组成四个变量中，有三个是独立变量，另一个是它们的函数。立变量，另一个是它们的函数。（3 3）约束条件说明：）约束条件说明：G:G:y yA A y yB B 1 L:1 L:X XA A X XS S 1 1所以所以:P P、t t、y yA A 、X XA A中知道三个中知道
26、三个,气、液平衡就确定了。气、液平衡就确定了。（4 4）小结：在温度）小结：在温度t t和总压和总压P P一一定的条件下，气液相平衡时，气定的条件下，气液相平衡时，气相组成是液相组成的单值函数。相组成是液相组成的单值函数。（5 5）平衡时气液相组成的表示）平衡时气液相组成的表示 气相中溶质的分压，称为平气相中溶质的分压，称为平衡分压衡分压 或饱和分压；或饱和分压；液相中溶质的组成，称为平液相中溶质的组成，称为平衡组成衡组成 ，或者称为气体在液，或者称为气体在液体中的溶解度；体中的溶解度；（6 6）实际上，对于多数体系，在）实际上，对于多数体系，在总压总压P P不很高的情况下，可以认为不很高的情
27、况下，可以认为气体在液相中的溶解度只取决于气体在液相中的溶解度只取决于该气体在气相中的分压，与该气体在气相中的分压，与P P无关无关。5.2 5.2 气液相平衡气液相平衡2 2、气液平衡关系的测定、气液平衡关系的测定 气液平衡关系一般通过实验气液平衡关系一般通过实验测出。前人做了很多的工作，故测出。前人做了很多的工作，故我们可以查阅文献和有关手册得我们可以查阅文献和有关手册得到部分需要的气液平衡数据。到部分需要的气液平衡数据。3 3、气液平衡关系的表示方法、气液平衡关系的表示方法 列表列表 关系式关系式-如：如：HeryHery定律定律 图线。图线。用二维坐标绘成的气液相平衡关用二维坐标绘成的
28、气液相平衡关系曲线，又称为溶解度曲线。系曲线，又称为溶解度曲线。参见化工原理参见化工原理P204P204图图5-35-3、5-4 5-4、5-5 5-5所示。所示。分别从这三图中查得在分别从这三图中查得在P P 60kPa 60kPa、t t2020 时时NHNH3 3、SOSO2 2、O O2 2在水中在水中的溶解度为：的溶解度为：390390g/g/1 000g1 000g 、68g 68g/1 000g1 000g 、0.025g 0.025g/1 000g/1 000g 。3 3、溶质浓度的表示方法溶质浓度的表示方法1 1）对气相）对气相(Gas Phase)Gas Phase)采用两
29、种采用两种:分压分压 P P 摩尔分率摩尔分率 y y 2 2）对液相对液相(Liquid Phase)Liquid Phase)采用三采用三种种:溶质溶质A A与溶剂与溶剂S S质量比质量比 x x，其其单位为：单位为：g A/1000g sg A/1000g s 体积摩尔浓度体积摩尔浓度 C Ckmolkmol/m/m3 3 摩尔分率摩尔分率 x xmolmol/molmol5.2 5.2 气液相平衡气液相平衡二二.亨利定律亨利定律1.1.内容内容1 1）定义：对于稀溶液或难溶气体，）定义：对于稀溶液或难溶气体，在一定温度在一定温度t t和总压不大的情况下，和总压不大的情况下，溶质在液相中
30、的溶解度与它在气溶质在液相中的溶解度与它在气相中的分压呈正比，这一关系称相中的分压呈正比，这一关系称为亨利定律（为亨利定律（HeryHery）。）。2 2）数学表达式：数学表达式：P P*A A=ExExA A式中式中p p*A A-溶质溶质A A在气相中的平衡分在气相中的平衡分压，单位：压，单位：mmHgmmHg，atmatm，Pa Pa etcetc；E-E-Hery Hery 系数系数,与与P P*A A单位一致单位一致;x xA A -溶质溶质A A在液相中的摩尔分在液相中的摩尔分数。数。4 4、不同溶质浓度间的关系：、不同溶质浓度间的关系：x=(xx=(x/M/MA A)/(x)/(
31、x/M/MA A+1000/M+1000/MS S)C=(xC=(x/M/MA A)/(x)/(x +1000)/+1000)/C=x/x MC=x/x MA A+(1+(1x)Mx)MS S /说明：说明：（1 1）在公式的转换过程中主）在公式的转换过程中主 要要利用的基本原理是化学中的相关利用的基本原理是化学中的相关内容，即：内容，即：质量物质的量质量物质的量 摩尔质量摩尔质量 物质的量质量物质的量质量 摩尔质量摩尔质量 溶液体积质量溶液体积质量/溶液密度溶液密度（2 2）x x g g1000 g1000 g x-x-molmol ，（，（1 1x x）溶剂溶剂5.2 5.2 气液相平衡
32、气液相平衡3 3）亨利）亨利系数特性系数特性bb亨利系数的值决定于物系的亨利系数的值决定于物系的特性及特性及 体系的温度。溶质或体系的温度。溶质或溶液不同，体系不同，溶液不同，体系不同，E E也就也就不同。不同。bbE E的大小反映了气相组分在该的大小反映了气相组分在该溶剂中溶解度的大小。溶剂中溶解度的大小。E E越大，越大，溶解度越小。溶解度越小。因为：气体在液体中的溶解度随因为：气体在液体中的溶解度随温度的升高而降低，温度的升高而降低，故：故：E E随着温度随着温度T T升高而升高而E E升高。升高。2.2.亨利定律的不同表示方法亨利定律的不同表示方法1)1)原因：原因：由于气液相中溶质由
33、于气液相中溶质A A的组成有的组成有各种不同的表示方法，因此：各种不同的表示方法，因此：HeryHery定律有不同的表示方法。定律有不同的表示方法。2)2)采用摩尔浓度时的采用摩尔浓度时的HeryHery形式形式 P P*A A=C=CA A/H /H C CA A溶质溶质A A在溶液中的摩尔浓度在溶液中的摩尔浓度 kmolkmol/m/m3 3H H溶解度系数其单位为：溶解度系数其单位为：(kmolkmol/m/m3 3)/()/(mmHgmmHg或或atmatm或或kPakPa)5.2 5.2 气液相平衡气液相平衡3)3)浓度采用摩尔分数时浓度采用摩尔分数时HeryHery形式形式 y y
34、*A A=mxmxA Ay y*与组成为与组成为X XA A的溶解呈平衡的的溶解呈平衡的 气相中溶质气相中溶质A A的摩尔分数的摩尔分数 mm相平衡常数相平衡常数4)4)常数常数H H、mm的特性的特性bbH H与与E E相反，相反，H H愈大，溶解度愈大，溶解度愈大，且随愈大，且随温度温度T T的升高的升高H H而而降低；降低；bbmm与与E E类似，类似，mm愈大，溶解度愈大，溶解度愈小，且随愈小，且随温度温度T T升高而升高而mm升升高。高。3.3.HeryHery定律中定律中E E、H H、mm间关系间关系1 1）确定依据）确定依据 根据组成之间关系及道尔顿根据组成之间关系及道尔顿分压
35、定律，即可确定分压定律，即可确定E E、H H、mm之之间的关系。间的关系。2)2)确定过程确定过程bb因为：因为：P P*A A=ExExA A代入代入y y*A A=P=P*A A/P/P得得:y y*A A=(E/P)X=(E/P)XA A与与y y*A A=mxmxA A对照得对照得:m=E/Pm=E/Pbb因为因为:X XA A=C=CA A/C/C代入代入P P*A A=C=CA A/H/H得得:P P*A A=CX=CXA A/H/H 与与P P*A A=ExExA A对照得对照得:E=C/HE=C/Hbbm=C/H*Pm=C/H*P式中：式中：C C溶液的总摩尔浓度溶液的总摩尔
36、浓度5.2 5.2 气液相平衡气液相平衡3)3)注意事项注意事项bb对于稀溶液，对于稀溶液，C CA A很小，很小，C=C=/M/MS Sbb一般认为总压在一般认为总压在5 5atmatm以下，以下，E E、H H值与总压无关。值与总压无关。4)4)参考文献参考文献bbR H Perry.C HR H Perry.C H ChiltonChilton.Chemical Engineers Chemical Engineers HandbookHandbook 5th 5th ed ed.New York,.New York,McGrawMcGrawHill.Inc.1973Hill.Inc.1
37、973bbR CR C Weast Weast.Handbook of Handbook of Chemical and PhysicsChemical and Physics59th59th ed ed.CRC.Press,Inc.1997CRC.Press,Inc.199719781978三三.过程方向判断与过程的推动过程方向判断与过程的推动力力1 1、过程方向的判断、过程方向的判断 01x1 xy1y1*b(y1,x1)aca)ya)y1 1=mx=mx1 1,g-Lg-L平衡，推动力平衡，推动力=0=0b)yb)y1 1 mxmx1 1,y,y1 1 yy1 1*,*,吸收吸收,=y
38、y1 1-y y1 1*c)yc)y1 1 mxmx1 1,y,y1 1 yCCAAC CB B J JAA N NMMJ JB B C CB0B0CCBLBLI I I I zz NGLC CBGBGCCBLBLA A吸收吸收形成局部真空形成局部真空已知已知此截面上组分此截面上组分A A、B B的的浓度浓度梯度分别为：梯度分别为：(dCdCA A/dzdz)和和(dCdCB B/dzdz)。5.3 5.3 分子扩散分子扩散（传质分离过程的动力学）（传质分离过程的动力学）则通过则通过I-II-I的组分的组分A A的传质通量的传质通量为分为分A A的分子扩散通量的分子扩散通量J JA A和流和流
39、体主体流动引起的组分体主体流动引起的组分A A的通的通量量N NMAMA之和。即：之和。即：N NA A=J=JA A+N+NMM(C(CA A/C/CMM)式中：式中：N NA A组分组分A A的传质通量，的传质通量，单位为：单位为：kmolkmol/(s.m/(s.m2 2)；N NM M 通过主体流动经过通过主体流动经过 I-II-I面的通量面的通量 。同理：同理：N NB B=J=JB B+N+NMM(C(CB B/C/CMM)通过主体流动经过通过主体流动经过I-II-I面组分面组分A A 和和B B的总通量：的总通量：N=NN=NMM+J+JA A+J+JB B四四.组分在气相中的分
40、子扩散系组分在气相中的分子扩散系数数1.1.扩散系数扩散系数（1 1）定义：扩散系数是物质很）定义：扩散系数是物质很重要的传递特性，它表示物重要的传递特性，它表示物质分子扩散速度的大小，扩质分子扩散速度的大小，扩散系数大，表示分子扩散快。散系数大，表示分子扩散快。（2 2）单位：）单位：mm2 2/s /s 或或 cmcm2 2/s/s；扩散系数的单位可由式扩散系数的单位可由式 J JA A=D DABAB(dCdCA A/dzdz)导出。导出。NBNB：这与热传导中的导温系这与热传导中的导温系数数 和流体的运动粘度和流体的运动粘度 /的的单位相同。其中单位相同。其中 又称为热又称为热扩散系数
41、扩散系数 /(/(C CP P)5.3 5.3 分子扩散分子扩散（传质分离过程的动力学）（传质分离过程的动力学）（3 3）影响因素：）影响因素：不仅取决于组分本身；不仅取决于组分本身；而且还与介质而且还与介质(与它共存的与它共存的其他物质其他物质)；组分的浓度以及温度、压组分的浓度以及温度、压力等因素有关。力等因素有关。（4 4）获取方法：）获取方法：物质在不同条件下的扩散系数物质在不同条件下的扩散系数一般需要通过实验测定；一般需要通过实验测定；P210P210例例5-25-2说明了如何用实验法求说明了如何用实验法求取物质在气体中扩散系数。取物质在气体中扩散系数。常见物系的常见物系的D D可在
42、手册中查取可在手册中查取;当查不到数据时，可用实验测，当查不到数据时，可用实验测，或用适当的或用适当的(半半)经验公式估算。经验公式估算。2.2.组分在气相中的分子扩散系数组分在气相中的分子扩散系数经验公式介绍经验公式介绍(1)(1)物质在气体中的扩散系数主要物质在气体中的扩散系数主要取决于温度取决于温度T T、压力压力P P和气体组和气体组分的性质，当压力分的性质，当压力P P不高时，不高时，扩散系数基本上与物质在气体扩散系数基本上与物质在气体中的浓度无关。大致范围为：中的浓度无关。大致范围为：10 10-1 11 1 cmcm2 2/s or 10/s or 10-5-5-10-10-4-
43、4 mm2 2/s./s.(2)(2)当没有扩散系数的实验数据时，当没有扩散系数的实验数据时，可应用文献上介绍的半经验公可应用文献上介绍的半经验公式。这些公式都是根据气体分式。这些公式都是根据气体分子动力理论，先经理论推导，子动力理论，先经理论推导，然后加以适当修正而得，式中然后加以适当修正而得，式中的特性常数由实验确定。的特性常数由实验确定。5.3 5.3 分子扩散分子扩散（传质分离过程的动力学）（传质分离过程的动力学）(3)(3)经验公式：经验公式：bb椐分子动力论而得：椐分子动力论而得：D DbTbT3/2 3/2(1/M(1/MA A+1/M+1/MB B)1/2 1/2/P/(V/P
44、/(VA A 1/3 1/3+V+VB B 1/3 1/3)2 2 Gilliland Gilliland（19341934年）用实验确定了常数年）用实验确定了常数b b，得得b b4.364.36 1010-5-5 式中式中:D D 分子扩散系数，分子扩散系数，mm2 2/s /s ；P P 总压，总压，kPa kPa ；M MA A、MMB B A A、B B的分子量；的分子量；T T 温度，温度，K K；V VA A 、V VB B A A、B B正常沸点正常沸点(bpbp.).)下的分子体积，下的分子体积，cmcm2 2/mol mol bb组分的分子体积可根据正常组分的分子体积可根据
45、正常bpbp.下液态纯组分的密度求得下液态纯组分的密度求得，P212P212表表5-25-2和表和表5-35-3列出的是分子体积和原子体积。列出的是分子体积和原子体积。分子体积可据原分子体积可据原子体积按柯普（子体积按柯普（koopkoop）加和法则近似估算。误差达加和法则近似估算。误差达20%20%。bbHirschbelderHirschbelder etc(1948,1949)etc(1948,1949)提出，适用中等提出，适用中等P P和和T(T(接近常压室温接近常压室温):):D D4.364.36 1010-5-5T T3/2 3/2(1/M(1/MA A+1/M+1/MB B)1
46、/2 1/2/P/P/（ABAB 2 2 Q QD D)式中式中:AB AB 碰撞直径碰撞直径,Q QD D 碰撞积分碰撞积分,是是kTkT/ABAB函数函数,AB AB(A A B B)1/1/2 2bbNBNB：当变化当变化T T、P P时，可据上式得到：时，可据上式得到：D D D D0 0 (P(P0 0/P)(T/T/P)(T/T0 0)1.51.55.3 5.3 分子扩散分子扩散（传质分离过程的动力学）（传质分离过程的动力学）五五.组分在液相中的分子扩散系组分在液相中的分子扩散系数数1.1.研究现状研究现状 物质在液体中的扩散系数与物质在液体中的扩散系数与组分的性质、温度以及浓度组
47、分的性质、温度以及浓度有关。对其研究不如气体那有关。对其研究不如气体那么广泛，这主要是由于液体么广泛，这主要是由于液体中分子之间的作用比较复杂，中分子之间的作用比较复杂，理论分析不够成熟，所以现理论分析不够成熟，所以现有估算液相有估算液相D DL L的关系式可靠的关系式可靠性不如气体。性不如气体。2.2.液相中分子扩散系数的量级液相中分子扩散系数的量级 液体中的分子比气体中密集液体中的分子比气体中密集,分分 子运动不如在气体中自由，子运动不如在气体中自由，所以：可以通过预计物质在液所以：可以通过预计物质在液体中的扩散系数体中的扩散系数D DL L要比在气体要比在气体中小的多，一般两者相差约中小
48、的多，一般两者相差约10104 4-10-105 5倍，但由于气体中组分倍，但由于气体中组分的摩尔浓度比的摩尔浓度比liquidliquid中小，所以中小，所以气体中的扩散通量只比气体中的扩散通量只比liquid liquid 大大10-1010-102 2倍。倍。3.3.经验公式经验公式bb对于很稀的非电解质溶液，对于很稀的非电解质溶液，D DABAB可由下式估算可由下式估算(WilkeWilke-Chang)-Chang)：D DABAB7.47.4 1010-8-8T T (M MB B)1/2 1/2/(V VA A 0.60.6)式中：式中：D DABAB 分子扩散系数分子扩散系数,
49、mm2 2/s/s;M MB B 溶剂溶剂B B的分子量；的分子量；5.3 5.3 分子扩散分子扩散（传质分离过程的动力学）（传质分离过程的动力学）T T 温度，温度，K K；溶液粘度，溶液粘度，cPcP；V VA AA A在正常沸点在正常沸点(bpbp.).)下的下的分分 子体积，子体积，cmcm2 2/molmol 溶剂的缔合因子；溶剂的缔合因子；值：值：H H2 2O O为为2.62.6，甲醇为，甲醇为1.91.9，乙醇，乙醇为为1.51.5，苯、乙醚非，苯、乙醚非缔合溶剂缔合溶剂为为1.0 1.0。bb 对电解质溶液的扩散系数，对电解质溶液的扩散系数，扩散是离子而不是分子。然扩散是离子
50、而不是分子。然而，在无电势的情况下，纯而，在无电势的情况下，纯（单一）盐的扩散可按分子（单一）盐的扩散可按分子扩散来处理。它可以使用扩散来处理。它可以使用NernstNernst-Haskell Haskell 方程：方程：D DABABRT(1/nRT(1/n+1/n+1/n)/F/F2 2/(1/(1/0 0+1/+1/0 0)式中：式中：D DABAB 分子扩散系数分子扩散系数,cmcm2 2/s;/s;T T 温度，温度，K K；R R 8.314 J/8.314 J/molmol.K.K；0 0、0 0 极限极限(零浓度零浓度)离离 子电导，单位为：子电导，单位为：A A cmcm-