Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Абсорбция. Общие сведения и области его применения.

Абсорбция - процесс поглощения газов или паров из газовых или парогазовых смесей жидким поглотителем - абсорбен­том. Если поглощаемый газ - абсорбтив - химически не взаимо­действует с абсорбентом, то такую абсорбцию называют физиче­ской (непоглощаемую составную часть газовой смеси называют инертом, или инертным газом). Если же абсорбтив образует с абсорбентом химическое соединение, то такой процесс называют хемосорбцией. В технике часто встречается сочетание обоих видов абсорбции.

В промышленности абсорбцию применяют для решения сле­дующих основных задач:

1) для получения готового продукта (например, абсорбция S0₃ в производстве серной кислоты, абсорбция НС1 с получением хло­роводородной кислоты, абсорбция оксидов азота водой в произ­водстве азотной кислоты и т. д.); при этом абсорбцию проводят без десорбции;

2) для выделения ценных компонентов из газовых смесей (на­пример, абсорбция бензола из коксового газа; абсорбция ацетилена из газов крекинга или пиролиза природного газа и т. д.); при этом абсорбцию проводят в сочетании с десорбцией;

3) для очистки газовых выбросов от вредных примесей (на­пример, очистка топочных газов от SO₂, очистка от фтористых соединений газов, выделяющихся при производстве минеральных удобрений и т. д.). Очистку газов от вредных примесей абсорбцией используют также применительно к технологическим газам, когда присутствие примесей недопустимо для дальнейшей переработки газа (наример, очистка коксового и нефтяного газов от Н₂S, очистка азотоводородной смеси для синтеза аммиака от СO₂ и СО и т.д.). В этих случаях извлекаемые из газовых смесей компоненты обычно используют, поэтому их выделяют десорбцией;

4) для осушки газов, когда в абсорбционных процессах (абсорб­ция, десорбция) участвуют две фазы - жидкая и газовая - и проис­ходит переход вещества из газовой фазы в жидкую (при абсорбции) или наоборот, из жидкой фазы в газовую (при десорбции), причем инертный газ и поглотитель являются только носителями компо­нента соответственно в газовой и жидкой фазах и в этом смысле в массопереносе не участвуют.

Аппараты, в которых проводят процессы абсорбции, называют абсорберами

Десорбция.

Физическая абсорбция (или просто абсорбция) обычно обра­тима. На этом свойстве абсорбционных процессов основано выде­ление поглощенного газа из раствора -десорбция. Десорбцию газа проводят:

1)отгонкой его в токе инертного газа или водяного пара в условиях подогрева абсорбента, 2)отгонкой его в условиях снижения давления над абсорбентом.

Отработанные после хемосорбции абсорбенты обычно регенерируют химическими методами или нагреванием.

Сочетание абсорбции и десорбции позволяет многократно при­менять поглотитель и выделять поглощенный газ в чистом виде. Часто десорбцию проводить не обязательно, так как полученный в результате абсорбции раствор является конечным продуктом, пригодным для дальнейшего использования.

3. Равновесие при абсорбции. Закон Генри

При взаимодействии какого-либо газа с жидкостью возникает система, состоящая как минимум из трех компонентов (распреде­ляемое вещество и два распределяющих вещества или носителя) и двух фаз - жидкой и газовой. Такая система по правилу фаз имеет три степени свободы

С = К — Ф + 2 = 3 — 2 + 2 = 3.

Для данного случая массообмена переменными являются тем­пература, давление и концентрации компонента А в газовой и жид­кой фазах. Следовательно, в состоянии равновесия при условии постоянства температуры и общего давления зависимость между концентрациями распределяемого в газовой и жидкой фазах ком­понента (или парциальным давлением газа и составом жидкости) будет однозначной. Эта зависимость выражается законом Генри: парциальное давление растворенного газа пропорционально его моляр­ной доле в растворе:

р_а* = Е·х_а, (1)

или растворимость газа (поглощаемого компонента А) в жидкости при данной температуре пропорциональна его парциальному давле­нию над жидкостью:

х*_а = Е/р * _А,(1а)

где Е-коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом, или кон­стантой Генри; р\ -парциальное давление поглощаемого газа, находящегося в рав­новесии с раствором, имеющим концентрацию х_А (в мол. долях); х*_А- концентрация газа в растворе (в мол. долях), равновесная с газовой фазой, в которой парциальное давление поглощаемого компонента равно р_А.

Чем выше растворимость газа в абсорбенте, тем меньше расход этого абсорбента. Поэтому при выборе абсорбента растворимость в нем поглощаемого газа рассматривается как важнейшее свойство данного абсорбента (наряду со стоимостью, доступностью, ток­сичностью, пожаро- и взрывоопасностью и т. п.).

Величина Е для данного газа не зависит от общего давления в системе, но зависит от природы абсорбента и поглощаемого газа и от температуры.

При общем давлении Р в системе и концентрации у_А (мол. доли) извлекаемого компонента А в газовой смеси парциальное давление р_А этого компонента по закону Дальтона

р_А= Ру_А (3)

С учетом уравнения (1) получим

у_А = (Е/Р)х_А. (4)

Тогда закон Генри можно выразить следующим образом:

у* = тх_А,(5)

где т = Е/Р- коэффициент распределения или константа фазового равновесия.

Из уравнения (5) следует, что зависимость между концентра­циями данного компонента в газовой смеси и в равновесной с ней жидкости выражается прямой линией (линия равновесия), прохо­дящей через начало координат и имеющей угол наклона α, тангенс которого равен т. Значения величины т уменьшаются при сниже­нии температуры и увеличении давления в системе. Поэтому раст­воримость газа в жидкости увеличивается с повышением давления и снижением температуры. При низких концентрациях закон Генри изображается прямой линией.

Если в равновесии находится смесь газов, то закону Генри может следовать каждый из компонентов этой смеси в отдель­ности.

Как уже отмечалось, закон Генри справедлив для идеальныхрастворов, поэтому он применим лишь к сильноразбавленнымрастворам. При повышенных давлениях (порядка нескольких мега паскалей и выше) изменение объема жидкости вследствие растворения в ней газа соизмеримо с изменением объема газа, и равновесие в этом случае не следует закону Генри.

Для хорошо растворимых газов, при больших концентрациях их в растворе, растворимость меньше, чем следует из закона Генри.

Для систем, не подчиняющихся этому закону, коэффициент т в уравнении (5) является переменной величиной, линия равновесия представляет собой кривую, которую обычно строят по опытным данным.

При абсорбции многокомпонентных смесей равновесные зави­симости существенно сложнее, чем при абсорбции одного компо­нента, особенно тогда, когда раствор сильно отличается от идеаль­ного. В этом случае парциальное давление каждого компонента в газовой смеси зависит не только от его концентрации в растворе, но также и от концентрации в растворе остальных компонентов, т. е. является функцией большого числа переменных. Поэтому обычно в таких случаях равновесные зависимости основываются на опыт­ных данных.

Если раствор является идеальным и только в газовой фазе наблюдается отклонение от идеального состояния, то в этом случае компоненты раствора не воздействуют друг на друга. Поэтому концентрация данного компонента в газовой фазе зависит только от концентрации его в жидкости (при постоянных температуре идавлении). Тогда к каждому компоненту можно применить уравнение (5).

Литература:

Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1995г, 768 с

(ч.2,368с.)