3.1.6.3 Закон Генрі

Закон Генрі характеризує залежність між розчинністю газу і його парціальним тиском.

Застосовується при абсорбції, коли із суміші газів (2 компоненти – цільовий компонент і носій) цільовий компонент переходить до іншої фази – рідкого поглинача.

Тобто К = 3; Ф = 2. Число ступенів свободи N = К + 2 – Ф = 3 + 2 – 2 =3.

Тобто 3 параметра, які характеризують стан рівноваги системи: температура, концентрація цільового компонента в рідині і тиск (парціальна пружність парів над рідиною).

При t = const і P = const (загальний тиск) парціальний тиск компонента розчиненого газу А – р_А пропорційний його мольній частці в розчині - х_А.

р_А =  х_А, (3.33)

де  – константа Генрі.

З іншої сторони парціальний тиск компонента – це частка загального тиску Р.

Якщо в стані рівноваги у^Р – рівноважна концентрація в суміші, то за законом Дальтона

р_А = у^РР (3.34)

Прирівнявши праві частини рівняння (3.33) і (3.34):

у^РР =  х_А (1.35)

, позначимо , запишемо закон Генрі у формі:

(1.36)

Тобто залежність концентрації цільового компонента в рідині і рівноважної концентрації в газі є лінійною і характеризується прямою лінією з тангенсом кута нахилу m, рис. 1.4.

Рис. 3.4 Залежність

Закон Генрі для розбавлених розчинів

Якщо система не підлягає закону Генрі то m  const , а лінія рівноваги – крива, яка будується за дослідними даними.

Якщо виразити концентрацію цільового компонента у відносних концентраціях, то закон Генрі запишеться:

, звідки (3.37)

(3.38)

При незначних концентраціях газу в рідині

(1 – m)X  0 (3.39)

і рівняння кривої рівноваги запишеться як

(3.40)

що є рівнянням прямої лінії.

3.1.6.5 Закон Рауля

Закон Рауля визначає умови стану рівноваги системи рідина – насичена пара, що має місце в процесах ректифікації та дистиляції.

Для бінарної суміші двох рідин, які містять компоненти А і В, згідно закону Рауля, визначається:

Парціальний тиск компонента в парах над рідиною дорівнює пружності насиченої пари даного компонента помноженого на його мольну частку в рідині.

, (3.41)

де – пружність насиченої компонента А;

х_А – мольна частка компонента в рідині.

Згідно закону Дальтона парціальний тиск компонента А в рідині

p_А = у^Р Р, (3.42)

звідки

(3.43)

Враховуючи те, що Р = p_А + p_В, то вираз (1.43) запишеться

(3.44)

Виконавши підстановку в рівняння (3.44) парціальних тисків компонентів і застосувавши співвідношення (3.41) одержимо:

(3.45)

Примітка: х_А + х_В = 1

Рівняння (3.45) описує криву рівноваги для ідеальних рідких систем.

Позначивши – відносна леткість пари чистих компонентів і розділивши почленно на праву частину виразу (3.45), одержимо:

(3.46)

Рис. 3.5 Крива рівноваги системи рідина – насичена пара для ідеальних систем.

Примітка: Леткий компонент – це компонент, який має найбільшу пружність пари при даній температурі в порівнянні з іншим компонентом і має найменшу температуру кипіння.

Для ідеальних систем з любим числом компонентів можливо записати рівняння:

у_А + у_В + у_С + … +y_N = 1 (3.47)

звідки

(3.48)