Общие сведения. Равновесие в процессе абсорбции

Абсорбцией называют процесс избирательного поглощения ком­понентов из газовых или парогазовых смесей, как правило, жид­кими поглотителями (абсорбентами). В отличие от адсорбции ком­поненты поглощаются во всем объеме абсорбента.

Различают физическую и химическую абсорбцию (хемосорб­цию). При физической абсорбции поглощаемый компонент не всту­пает в химическую реакцию с абсорбентом. Процесс абсорбции в большинстве случаев обратим. На этом свойстве основан обрат­ный процесс выделения поглощенного компонента из раствора - десорбция. При хемосорбции поглощаемый компонент образует с абсорбентом химическое соединение. В промышленности процесс абсорбции обычно сочетают с десорбцией, что позволяет много­кратно использовать абсорбент.

Примерами использования абсорбции в химическом произ­водстве могут служить процессы разделения газообразных угле­водородов на нефтеперерабатывающих установках, получение со-
ляной и серной кислот, аммиачной воды, очистка газовых вы­бросов от вредных примесей, выделение ценных компонентов из продуктов крекинга или пиролиза метана, из газов коксовых печей и т.д. Процесс абсорбции часто сопровождается выделе­нием теплоты.

Жидкие поглотители (абсорбенты) выбирают по степени раство­римости в них поглощаемых компонентов. Степень растворимости газов в жидких поглотителях зависит от физических и химических свойств газовой и жидкой фаз, температуры и давления газа в смеси.

Очевидно, что с практической точки зрения лучшим из ряда возможных будет тот поглотитель, расход которого при проведе­нии данного процесса окажется наименьшим.

Для абсорбционно-десорбционных процессов равновесие между газами и их растворами описывается законом Генри, согласно кото­рому при данной температуре количество газа, растворяющегося в жидкости, прямо пропорционально парциальному давлению газа над ней:

, (18.1)

где — равновесное парциальное давление растворяемого газа, Па; х — мольная доля растворенного компонента в жидкости; — константа Генри, Па, зависящая от свойств растворенного газа и поглотителя, а также температуры.

Под парциальным давлением газа понимают такое давление, которое создавал бы газ, если бы из газовой смеси были удалены все остальные компоненты при условии, что температура и объем системы сохранились неизменными.

Закон Генри применим для слаборастворимых газов, а также хорошо растворимых газов низкой концентрации.

Растворимость многих газов значительно отклоняется от зако­на Генри, и при расчетах рекомендуется пользоваться получен­ными из опыта значениями равновесного парциального давления для соответствующих значений х.

Согласно закону Дальтона парциальное давление компонента в газовой смеси пропорционально общему давлению:

, (18.2)

где у — мольная доля абсорбируемого компонента в газовой сме­си; — парциальное давление газа; П — общее давление газо­вой смеси.

Таким образом, совместное решение уравнений (18.1) и (18.2) позволяет записать для равновесного состояния:

, (18.3)

где ; — коэффициент распределения, постоянный для данной системы газ—жидкость (при Т = const и П = const).

равнение (18.3) описывает прямую линию с тангенсом угла наклона, равным , и называется уравнением равновесия для процесса абсорбции при низких концентрациях растворов газов.

Из закона Генри следует, что растворимость газа в жидкости увеличивается по мере повышения давления и понижения темпе­ратуры.

Для понижения температуры жидкости исходные вещества ох­лаждают с помощью теплообменников.