1.Процесс абсорбции.

Абсорбция – это процесс избирательного поглощения растворимого компонента (абсорбтива) газовой или паровой смеси жидкостным поглотителем – абсорбентом. Обратный процесс – выделение из абсорбента растворенных в нем газов носит название десорбции.

В химической технологии абсорбция используется для получения готового продукта (абсорбция хлороводорода водой в производстве соляной кислоты, окислов азота в производстве азотной кислоты), выделения ценных компонентов из газовых смесей (получение бензола из коксового газа, ацетилена из газов крекинга), улавливания вредных и нефтяного газов от сероводорода.

Различают два вида абсорбции:

а) физическую абсорбцию, когда поглощение газа жидкой фазой может происходить за счет растворения его в абсорбенте, при этом не происходит химического взаимодействия между поглотителем и поглощаемым веществом;

б) хемосорбцию, когда поглощение газа жидкой фазой происходит в результате его химического взаимодействия с абсорбентом, парциальное давление над поглотителем определяется константами химических взаимодействий.

При выборе абсорбента к нему предъявляется ряд требований:

– селективность – способность избирательного поглощения извлекаемого компонента;

– максимальная растворимость поглощаемого компонента в жидкой фазе (это приведет к уменьшению расхода абсорбента);

– низкая летучесть во избежание его потерь с уходящим газом;

– пожаро-, взрывобезопасность, дешевизна, доступность, нетоксичность.

Физическая сущность процесса абсорбции

При абсорбции происходит контактирование газовой фазы, состоящей из газа-носителя и поглощаемого компонента, с жидким поглотителем. В результате их взаимодействия поглощаемый компонент из газовой фазы переносится в жидкую фазу, из аппарата выходит газовая фаза, не содержащая поглощаемый компонент, и жидкая фаза, состоящая из абсорбента и поглощаемого компонента. Процесс сопровождается выделением тепла (подвижность молекул в газе больше, чем в жидкости, поэтому при переходе из газа в жидкость энергия понижается и выделяется тепло).

Если в процессе концентрация компонента изменяется от Х₁ до Х₂, то количество тепла определяется как

, (13.1)

где L– расход абсорбента, кг·кмоль/с; q_раст. – интегральная теплота растворения, кДж/кмоль.

Если предположить, что все тепло пойдет на нагрев жидкости, то тогда изменение температуры жидкости можно вычислить по формуле

, (13.2)

где с – удельная теплоемкость абсорбента (теплоемкость смеси абсорбента и поглощаемого компонента), кДж/кмоль·К.

Равновесие при физической абсорбции

В процессе абсорбции возникает система, состоящая из трех компонентов (К = 3) и двух фаз (Ф = 2). Равновесие в системе «газ – жидкость» определяется правилом фаз Гиббса: С=К – Ф + 2 = 3 – 2 + 2 = 3.

Следовательно, число ступеней свободы равно общему числу компонентов. В этом случае можно произвольно изменять давление, температуру и концентрацию одной из фаз по распределяемому компоненту.

На практике при проведении абсорбции давление и температура остаются постоянными и условие равновесия определяется составом жидкости или газа: .

В случае, если концентрация компонента в газе незначительна, то в расчетах используют закон Генри для идеальных газов. Согласно этому закону, при данной температуре парциальное давление растворенного газа пропорционально его молярной доле в растворе:

, (13.3)

гдеЕ – коэффициент Генри;x – концентрация газа в растворе, мол.

При общем давлении П в системе и концентрации у извлекаемого компонента в газовой смеси парциальное давление этого компонента по закону Дальтона:

. (13.4)

Парциальное давление компонента смеси пропорционально его мольной доли в смеси.

Объединяя эти законы, получим

, (13.5)

где m – коэффициент распределения, или константа фазового равновесия.

Если смесь не подчиняется законам идеального газа или концентрация велика, то эту зависимость определяют экспериментально.