3.1 Характеристика метода абсорбции

Абсорбцией называют процесс поглощения газа жидким поглотителем, в котором газ растворим в той или иной степени. Обратный процесс - выделение растворенного газа из раствора - десорбция. В абсорбционных процессах участвуют две фазы - жидкая и газообразная; происходит переход вещества из газовой фазы в жидкую или в обратном направлении при десорбции. Поглощаемые составные части называют абсорбируемыми компонентами, а непоглощаемые составные части - инертным газом. Во многих случаях поглотитель представляет собой раствор активного компонента, вступающего в реакцию с абсорбируемым компонентом газовых смесей. Инертный газ и растворитель являются носителями в соответствующих фазах.

Существует два вида абсорбции: физическая и химическая. При физической абсорбции поглощение газа не сопровождается протеканием химической реакции. При химической абсорбции поглощаемый компонент взаимодействует с каким-либо компонентом жидкой фазы или с самим растворителем с образованием химического элемента. [3]

Содержание газа в растворе зависит от свойств газа и жидкости, давления, температуры и состава газовой фазы (парциального давления растворяющегося газа в газовой смеси). В состоянии равновесия между концентрациями газа в обеих фазах устанавливается некоторое соотношение, характеризуемой константой фазового равновесия m. Она равна отношению концентрации газа в газовой фазе к его концентрации в жидкой фазе.

В зависимости от единиц измерения концентрации константа m выражается различными величинами:

· если концентрации обеих фаз выражены в мольных долях, то константу фазового равновесия обозначают mxy:

где y - концентрация абсорбируемого компонента в газовой фазе; x - концентрация поглощенного вещества в жидкой фазе.

· если концентрации компонента C в обеих фазах выражены в кмоль/м3 или c - кг/м3, то константы фазового равновесия обозначают mC и mc соответственно:

Здесь индексы «г» и «ж» указывают на принадлежность соответственно газовой и жидкой фазе. Для бинарных растворов при физической абсорбции можно воспользоваться уравнением Кричевского

где f - фугитивность (летучесть) растворенного газа; x - концентрация раствора; x02 - мольная доля поглотителя в растворе (x0 = 1 - x); К - коэффициент растворимости ( коэффициент Генри); A - постоянная.

В идеальных растворах силы взаимодействия между молекулами каждого из компонентов раствора, а также между молекулами разных компонентов равны. Для таких растворов коэффициент активности равен единице. При низких значениях фугитивность можно заменить на равновесное парциальное давление компонента в газе p , тогда

где pk - давление насыщенного пара чистого компонента. [1]

Уравнение (3.2) выражает закон Рауля: Парциальное давление насыщенного пара компонента раствора прямо пропорционально его мольной доле в растворе, причём коэффициент пропорциональности равен давлению насыщенного пара над чистым компонентом.

Уравнение (3.2) применимо к растворам таких газов, критическая температура которых выше температуры раствора и которые, таким образом, способны конденсироваться при температуре процесса. Если температура раствора выше критической температуры газа, то применяют уравнение (3.3)

причем mpx = К. [3]

Уравнение (3.3) выражает закон Генри: при постоянной температуре растворимость газа в данной жидкости прямо пропорциональна давлению этого газа над раствором.