Абсорбция

План лекции:

1. Общие сведения.

2. Физические основы абсорбции.

3. Материальный баланс и кинетика абсорбции.

4. Принципиальные схемы.

5. Конструкции абсорберов.

Вопрос №1. Общие сведения

Абсорбцией называется процесс поглощения газов или паров (абсорбтивов) из газовых или паровых смесей жидкими поглоти­телями — абсорбентами. Этот процесс является избирательным и обратимым, что позволяет применять его для получения растворов газов в жидкостях, а также для разделения газовых или паро­вых смесей.

После абсорбции одного или нескольких компонентов из газо­вой или паровой смеси, как правило, проводят десорбцию, т. е. выделение этих компонентов из жидкости. Таким образом осуще­ствляют разделение газовой смеси.

Существуют физическая абсорбция и хемосорбция. При физи­ческой абсорбции в процессе растворения газа не происходит хи­мической реакции. При хемосорбции абсорбируемый газ вступает в химическую реакцию в жидкой фазе.

Процессы абсорбции в технике применяют для разделения уг­леводородных газов и получения соляной и сернистой кислот, ам­миачной воды, очистки отходящих газов с целью улавливания ценных продуктов или обезвреживания газосбросов.

Аппаратурно-технологическое оформление абсорбции неслож­но, поэтому процессы абсорбции широко используют в технике.

Аппараты для проведения процессов абсорбции называются абсорберами.

Вопрос 2. Физические основы абсорбции

При взаимодействии газа с жидкостью возникает система, со­стоящая из двух фаз (Ф = 2) и трех компонентов — распределяемо­го вещества и двух веществ-носителей (К = 3). Согласно правилу фаз такая система имеет три степени свободы:

Тремя основными параметрами, определяющими фазовое рав­новесие в системе, являются давление, температура и концентра­ция.

В этом случае можно произвольно изменять общее давление р, температуру t и концентрацию х распределяемого вещества в од­ной из фаз. При постоянных температуре и давлении, как в про­цессах абсорбции, каждой концентрации распределяемого веще­ства в одной фазе соответствует строго определенная концентра­ция в другой.

В условиях равновесия при t = const зависимость между рав­новесными концентрациями выражается законом Генри, который гласит: при данной температуре мольная доля газа в растворе прямо пропорциональна парциальному давлению газа над ра­створом:

(1)

или

Константа Генри зависит от природы растворяющегося веще­ства (абсорбтива), абсорбента и температуры

(2)

Из равенства (2) видно, что с ростом температуры раствори­мость газов в жидкостях уменьшается. Парциальное давление ра­створяемого газа в газовой фазе, соответствующее равновесию, может быть заменено равновесной концентрацией. Согласно за­кону Дальтона парциальное давление компонента в газовой смеси равно общему давлению, умноженному на мольную долю этого компонента в смеси, т. е.

(3)

Где Р - общее давление газовой смеси; у – концентрация распределяемого вещества в смеси; доли моля

Сопоставляя уравнения (3) и (1), найдем

или, обозначая константу фазового равновесия Е/Р через т, полу­чим

(4)

Уравнение (4) показывает, что зависимость между равновес­ными концентрациями распределяемого компонента в газовой смеси и в жидкости выражается прямой линией, проходящей че­рез начало координат, тангенс угла наклона которой равен т. Тан­генс угла наклона зависит от температуры и давления. С увеличе­нием давления и уменьшением температуры растворимость газа в жидкости увеличивается (т снижается) (рис. 1). Когда в равно­весии с жидкостью находится смесь газов, то закону Генри может следовать каждый из газовых компонентов смеси.

Процессы абсорбции можно рассчиты­вать в относительных мольных концентра­циях. В этом случае при малой концентрации газа х в жидкости закон Генри записывается так:

Рис. 1. Зависимость между растворимостью газов в