Абсорбция и десорбция газов. Статика и кинетика процесса. Основное уравнение процесса абсорбции. Метод расчета. Устройство и принцип работы абсорберас подвижной насадкой.

Абсорбция - это процесс растворения газа или пара жидкостью, которая называется абсорбент или растворитель. Газы имеют различную растворимость в жидкостях. На этом свойстве широкое распространение абсорбции нашло как метод разделения газовых смесей с целью удаления из них вредного компонента или извлечения ценного компонента.

Адсорбция – процесс поглощения газов твердыми телами. Адсорбция применяется также, как и абсорбция, но только при условии когда извлекаемый компонент содержится в газе с незначительной концентрацией.

Обратный процесс абсорбции называется десорбция.

По ГОСТ-Р51858-02 нефть по содержанию H₂S (сероводород) разделяется на 3 вида:

< 25 ppm (пипиэм, миллионные доли)

< 50 ppm

< 100 ppm. (Гремиха > 200 ppm, мишкинское < 100 ppm)

Статика процесса абсорбции.

Скорость перехода извлекаемого компонента из газовой фазы в жидкую пропорциональна концентрации. Одновременно на границе раздела фаз имеются ламинарные слои со стороны жидкости и газа. При этом скорости перехода оказываются равными (газ и жидкость находятся в равновесном состоянии). Для идеальных растворов зависимость между равновесными концентрациями выражаются законом Генри:

Р^*_к=Е*х (1)

где, Р^*_к – парциальное давление компонента в газе равновесном с жидкостью, Па;

Е – коэффициент Генри,

х – концентрация компонента в жидкости в мольных долях.

Закон Генри: Парциальное давление компонентов в газе, равновесного с жидкостью пропорционально его мольной доле в растворе:

(2)

С_ж – концентрация компонента в жидкости, кг/м³;

М_ж – молекулярная масса жидкости, кмоль;

Ρ _ж – плотность жидкости, кг/м³;

М_ж – молекулярная масса извлекаемого компонента, кмоль.

Х^*=Р_к/Е, - со стороны жидкости.

В соответствии с законом Дальтона парциальное давление компонента в газовой смеси равно:

Р_к =Р*у, (3),

Р- общее давление в газовой смеси,

У- концентрация компонентов газовой смеси в мольных долях,

Из (3) вытекает:

Р_к^* =Р*у^*, (4),

Если совместно решить (1) и (4):

Е_х=Р*у^*, т.е. у^*=(Е/Р)*Х – для газа

х^*=(Е/Р)*у- для жидкости,

Обозначим m=Е/Р, т.е. у^*= m *Х, х^*=у/ m,

m – коэффициент распределения или константа фазового равновесия, он оценивает активность растворения газа в жидкости.

Различают хорошорастворимые, среднерастворимые, труднорастворимые газы в жидкости.

Хорошорастворимый газ – аммиак (NH₃): Е=028 МПа,

Среднерастворимый газ – сероводород (H₂S): Е=49 МПа,

Труднорастворимый газ – воздух Е=6720МПа, оксид азота (NО_х) Е=5800 МПа.

С повышением температуры растворимость газа уменьшается, потому что, абсорбция является экзотермическим процессом. Так как при переходе молекул из газа в жидкость они становятся менее подвижными и выделяют тепло, поэтому подвод тепла к системе газ-жидкость вызовет обратный экзотермический процесс с выделением газа из жидкости. Растворение газа сопровождается уменьшением его объема, т.е. понижение давления и следовательно растворимость газа с повышением давления возрастает, т.е. процесс абсорбции следует проводить при наименьшей температуре и наибольшем давлении.

Связь между концентрацией для растворов:

Степень отклонения системы от идеального раствора характеризуется коэффициентом активности, который дается в справочной литературе.