Сущность абсорбции. Законы Генри и Дальтона.

Абсорбция – избирательное поглощение отдельных компонентов из газовых или паровых смесей жидким поглотителем, т. е. абсорбентом.

Абсорбция делится на физическую и химическую. В процессе физической абсорбции поглощаемый компонент (абсорбтив) растворяется в абсорбенте физически. В процессе химической абсорбции (хемосорбции) физическое растворение абсорбтива сопровождается химической реакцией.

Десорбция – выделение из абсорбента ранее поглощенного абсорбтива (например, при понижении давления или повышении температуры). При этом абсорбент регенерируется (восстанавливается).

Цели абсорбции:

1) получение целевых продуктов (SO₃ + H₂O = H₂SO₄)

2) выделение ценных компонентов из газовых смесей (NH₃ из коксового газа)

3) удаление вредных примесей из газов (CO и CO₂ из азотоводородной смеси N₂ + H₂)

4) разделение газовых смесей

Требования к абсорбенту – избирательность (селективность), высокая поглотительная способность, химическая инертность, пожаро- и взрывобезопасность, отсутствие коррозионной активности, нетоксичность (неядовитость), доступность и дешевизна, регенерация.

Равновесное парциальное давление абсорбтива в газовой фазе (над раствором) пропорционально мольной доле абсорбтива в жидкой фазе (растворе).

– закон Генри

– константа (коэффициент) Генри – справочная опытная величина

С другой стороны, это же давление пропорционально мольной доле абсорбтива в газовой фазе.

– закон Дальтона

Р – общее давление в газовой смеси

Комбинируя эти законы, можно получить:

Преобразуем (А):

Согласно (В) равновесная растворимость газа в жидкости пропорциональна температуре, т. е.

Закон Генри справедлив для идеальных (сильно разбавленных) растворов при не слишком высоких температурах и давлениях, но выше критической температуры газов.

Проиллюстрируем соотношение (В) с помощью диаграммы фазового равновесия состав – состав.

 

Скорость абсорбции подчиняется основному уравнению массопередач:

72. Материалҗный баланс абсорбера. Удельный расход абсорбента.

Рассмотрим мат. баланс противоточного вертикального абсорбера, работающего в режиме идеального вытеснения.

Расходы инертного газа и абсорбента в аппарате постоянны:

G = const, ; L = const,

У – относительная мольная концентрация абсорбтива в газовой фазе

X – относительная мольная концентрация абсорбтива в жидкой фазе

;

Составим мат. баланс абсорбера по абсорбтиву:

Общий расход абсорбента в аппарате:

Удельный расход абсорбента:

Составим мат. баланс абсорбера по абсорбтиву для верхней части аппарата (выше произвольного сечения 1 – 1)

Выразим отсюда У:

–уравнение рабочей линии противоточного абсорбера (линейное уравнение типа у = kx + b).

tg угла наклона рабочей линии по отношению к оси абсцисс равен удельному расходу абсорбента:

– отрезок, отсекаемый на оси ординат рабочей линии

Нарисуем рабочую диаграмму массообмена состав – состав.

При увеличении удельного расхода абсорбента растет, т.е. рабочая линия противоточного абсорбера поворачивается вокруг точки А против часовой стрелки. При этом предельное положение рабочей линии, т.е. АВ₁ достигается при . При этом высота проектируемого абсорбера минимальна. Другое предельное положение рабочей линии, т.е. АВ₃ соответствует минимальному удельному расходу абсорбента . Однако, при этом высота проектируемого абсорбера бесконечно большая.

При диаметр абсорбера равен , а при диаметр – минимальный. Т.к. , то . Оптимальный удельный расход абсорбента определяется технико – экономическим расчетом. Это очень важно, потому что от удельного расхода абсорбента сильно зависят как капитальные затраты, так и эксплуатационные расходы на процесс абсорбции.