1 Теоретические основы процесса
При абсорбции содержание газа в растворе зависит от свойств газа и жидкости, давления, температуры и состава газовой смеси.
В случае растворения в жидкости бинарной газовой смеси взаимодействуют две фазы (Ф=2), число компонентов равно трем (К=3) и, согласно правилу фаз Гиббса
, (1)
число степеней свободы системы равно трем (С=3). То есть для данной системы газ-жидкость переменными являются температура, давление и концентрации в обеих фазах. Следовательно, в состоянии равновесия при постоянных давлении и температуре зависимость между концентрациями газа и жидкости однозначна. Эта зависимость выражается законом Генри: при данной температуре мольная доля газа в растворе (растворимость) пропорциональна парциальному давлению газа над раствором
или , (2)
где Е – коэффициент пропорциональности, называемый константой Генри.
Коэффициент Е зависит от природы растворяющегося вещества и температуры
, (3)
где – дифференциальная теплота растворения газа;
– постоянная, зависящая от природы газа и растворителя, и определяется опытным путем.
Из равенств (2) и (3) следует, что с ростом температуры растворимость газов в жидкостях уменьшается.
Парциальное давление растворяемого газа в газовой фазе, соответствующее равновесию, может быть заменено равновесной концентрацией. Согласно закону Дальтона, парциальное давление компонента в газовой смеси равно общему давлению, умноженному на мольную долю этого компонента в смеси
и , (4)
Сопоставляя последнее равенство, получим
или . (5)
В общем случае константа фазового равновесия зависит от общего давления , температуры и концентрации распределяемого компонента в жидкости : . Эта функция для некоторых систем может быть вычислена, но в большинстве случаев ее находят опытным путем.
Уравнение выражает зависимость между равновесными концентрациями распределяемого газа в газовой и жидкой фазах. Анализ и расчет процесса абсорбции удобнее всего проводить, выражая концентрации распределяемого компонента в относительных единицах, так как в этом случае расчетные значения потоков газовой и жидкой фаз постоянны.
Уравнение равновесия, выраженное через относительные мольные доли
; ; ; , (6)
можно переписать как
. (7)
При незначительных концентрациях величина <<1, и уравнение приобретает более простой вид
. (8)
К факторам, улучшающим растворимость газов в жидкостях, относятся повышенное давление и пониженная температура, а к факторам, способствующим десорбции, – пониженное давление, повышенная температура и прибавление к абсорбенту добавок, уменьшающих растворимость газов в жидкостях.
Закон Генри справедлив к растворам газов, критические температуры которых выше температуры раствора, и справедлив только для идеальных растворов, соблюдается при малых концентрациях растворенного газа или при его малой растворимости. Для хорошо растворимых газов, при больших концентрациях их в растворе, растворимость меньше, чем следует из закона Генри. Для систем, не подчиняющихся закону, коэффициент в уравнении равновесия является величиной переменной, и линия равновесия представляет собой кривую, которую строят обычно по опытным данным.
Весь текст будет доступен после покупки
