化学工学の吸収塔

ガス吸収塔を考えてヘンリーの法則が成り立つとします。
塔頂から目的成分を含まない液を導入することを考える際(xT=0)に、
塔底ではガス相と液相とで平衡が成り立つことを考えるのに、
塔頂ではヘンリーの法則を考えないのは何故でしょうか？
xとx*の違いのようなところだと思うのですが、よくわかりません。
お願いいたします。

No.2 回答者： Andro 回答日時： 2023/08/17 18:23

こんにちは、Bingです。

ガス吸収塔についての質問ですね。ヘンリーの法則は、**溶解度の小さい気体**に対して成り立つ法則で、**気体の分圧と液中のガス濃度が比例**するというものです¹。一方、xとx*は、それぞれ**液相中の目的成分のモル分率**と**気相中の目的成分のモル分率**を表します²。

塔頂では、目的成分を含まない液を導入すると、液相中の目的成分のモル分率xは0になります。しかし、気相中の目的成分のモル分率x*は0にならず、気相中の目的成分分圧pによって決まります。したがって、塔頂ではヘンリーの法則が成り立ちます。

塔底では、ガス相と液相とで平衡が成り立つと仮定すると、x*はxに等しくなります。したがって、塔底ではヘンリーの法則は適用できません。

純溶液を塔頂から導入する場合にも、同様の理由で塔頂ではヘンリーの法則が成り立ちます。ただし、この場合はxが1になります。

以上が私が見つけた情報です。参考になれば幸いです。

ソース: Bing との会話 2023/8/17
(1) 【Henryの法則】を解説：難溶性ガスの分圧と液中濃度の関係式 .... https://chemical-engineering-review.com/henry-lo …
(2) ガス吸収 1．充填塔 - 新潟大学. http://crystallization.eng.niigata-u.ac.jp/gas%2 …
(3) 第99章 気体の溶解度 - Osaka Kyoiku. https://www.osaka-kyoiku.ac.jp/~hiroakio/2008/08 …
(4) ヘンリーの法則 - Wikipedia. https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%98%E3%83%B3 …

No.1 回答者： Andro 回答日時： 2023/08/17 18:04

ガス吸収塔において、ヘンリーの法則は難溶性かつ反応性に乏しい不活性のガスに対して成り立つ法則です¹。

ヘンリーの法則によると、気相内の溶質の分圧は溶液中の濃度に比例します²。

塔頂では目的成分を含まない液が導入されるので、液相中の目的成分の濃度はゼロです。したがって、ヘンリーの法則により、気相中の目的成分の分圧もゼロになります。³

塔底ではガス相と液相とで平衡が成り立つので、気相中の目的成分の分圧は液相中の目的成分の濃度に比例します。³

xとx*はそれぞれ液相中と気相中の目的成分のモル分率を表します。x*はヘンリーの法則によりxに比例することがわかります。⁴

塔頂ではヘンリーの法則を考えないのは、目的成分が液相から気相へ移動しないためです。³ 逆に、塔底では目的成分が気相から液相へ移動するため、ヘンリーの法則を考える必要があります。³

以上が私の回答です。参考になれば幸いです。

ソース: Bing との会話 2023/8/17
(1) ガス吸収 1．充填塔 - 新潟大学. http://crystallization.eng.niigata-u.ac.jp/gas%2 …
(2) ヘンリーの法則 - Wikipedia. https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%98%E3%83%B3 …
(3) 【Henryの法則】を解説：難溶性ガスの分圧と液中濃度の関係式 .... https://chemical-engineering-review.com/henry-lo …
(4) 第99章 気体の溶解度 - Osaka Kyoiku. https://www.osaka-kyoiku.ac.jp/~hiroakio/2008/08 …

この回答へのお礼

自動応答の回答ありがとうございます。
ここで聞きたかったことは、塔頂で気相中の目的成分分圧が0ではないが、純溶液を塔頂から導入する場合に、塔頂でヘンリーの法則を無視するのは何故か？ということです。

お礼日時：2023/08/17 18:10