1.13. Абсорбция. Законы Рауля – Дальтона и Генри. Расход абсор­бента. Технологические варианты абсорбции. Батарейный абсорбер, схема с цирку­ляцией.

Абсорбцией наз. процесс поглощения газов или паров из газовых или парогазовых смесей жидким поглотителем- абсорбентом. Если поглощаемый газ- абсортив- хим. не взаимодействует с абсорбентом, то такую абсорбцию наз. физической  (непоглощаемую составную часть газовой смеси наз. инертом, или инертным газом). Если же абсортив образует с абсорбентом хим. соединение, то такой процесс наз. хемосорбцией.

Физ. абсорбция обычно обратима. На этом св-ве абсорбционных процессов основано выделение поглощенного газа из р-ов- десорбция.

 Закон Рауля-Дальтона

Закон Рауля. Парциальное давление компонента  p_i  идеального раствора  равно произведению давления насыщенных паров  P_i  при данной температуре на мольную концентрацию компонента в жидкой фазе x_i :

р_i=P_ix_i

Известно, что жидкость начинает кипеть при такой температуре, при которой давление ее насыщенных паров становится равным внешнему давлению.

Условие кипящей жидкости:

P=Σр_i=P_ax_i + P_b(1- x_i)

Откуда

x_i=(P - P_b)/( P_a - P_b) - получили уравнение нижней изобары

  По закону Дальтона парциальное давление компонента р_i газовой смеси равно произведению давления P_i в системе на мольную долю компонента в газовой смеси y_i :

р_i=Py_i

При равновесии давление во всех точках системы одинаково. Объединенный закон Рауля-Дальтона

р_i=P_ix_i = Py_i

y_i= P_ix_i/P – уравнение верхней изобары

                 Следовательно, при данных температуры и давления системы равновесные составы паровой и жидкой фаз однозначно определяются давлениями насыщенных паров компонентов смеси.

Закон Генри. Закон, по которому при постоянной температуре растворимость газа в данной жидкости прямо пропорциональна давлению этого газа над раствором. Закон пригоден лишь для идеальных растворов и невысоких давлений.

Закон Генри записывается обычно следующим образом:

С=kp

где:

p — парциальное давление газа над раствором,

C — концентрация газа в растворе в долях моля,

 k — коэффициент Генри.

 

В пром-ти абсорбцию применяют для решения следующих основных задач:

1. для получения готового продукта (например абсорбция SO₃ в пр-ве серной к-ты и т.д.); при этом абсорбцию проводятбез десорбции;
2. для выделения ценных комп. Из газовых смесей (например, абсорбция бензола из коксового 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 и т.д.); Очистку газов от вредных примесей абсорбцией используют также применительно к технологическим газам, когда присутствие примесей недопустимо для дальнейшей переработки газа (например, очистка коксового и нефтяного газов отH₂S и т.д.).В этих случаях извлекаемые из газовых смесей комп. 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 в-ва из газовой фазы в жидкую (абсорбция) или наоборот, из жидкой в газовую (десорбция), причем инертный газ и поглотитель явл. только носителями комп. соответственно в газовой и жидкой фазах и в этом смысле в массопереносе не участвуют.

Простейший технологический вариант процесса физ. абсорбции сводится к непрерывному или ступенчатому контакту встречных или однонаправленных потоков газа и абсорбента при их прохождении ч/з апп. В тех случаях, когда требуемая высота апп. очень велика и не может быть реализована по практическим причинам, устанавливают несколько последовательно соединенных апп. (батарейные абсорберы), сохраняя принятые в расчете направления потоков.

1 – абсорбер; 2 – сборник; 3 – насос; 4 – холодильник.

В хим. технике используют следующие принципиальные схемы абсорбционных процессов: прямоточные, противоточные, одноступенчатые с рециркуляцией и многоступенчатые с рециркуляцией.

Прямоточная схема взаимодействия в-в в процессе абсорбции. В этом случае потоки газа и абсорбента движутся параллельно друг другу; при этом газ с большей концентрацией распределяемого в-ва приводится в контакт с жидкостью, имеющей меньшую концентрацию распределяемого в-ва, а газ с меньшей концентрацией взаимодействует на выходе из апп. С жидкостью, имеющей большую концентрацию распределяемого в-ва.

Противоточная схема. По этой схеме в одном конце апп. Приводятся в контакт газ и жидкость, имеющие большие концентрации распределяемого в-ва, а в противоположном конце – меньшие.

Схемы с рециркуляцией предусматривают многократный возврат в апп. либо жидкости, либо газа.

 

 

1 – абсорбер; 2 – наос; 3 – холодильник.

Газ проходит ч/з апп. Снизу вверх, и концентрация распределяемого в-ва в нем изменяется от Y_Н  до Y_к. Поглощающая жидкость подводится к верхней части апп. При концентрации распределяемого в-ва Х_н, затем смешивается с выходящей из апп. Жидкостью, в результате чего концентрация повышается до Х_с. Рабочая линия представляется на диаграмме отрезком прямой; крайние точки его имеют координаты Y_Н,

Х_н и Y_к, Х_с соответственно. Значение Х_с легко найти из уравнения материального баланса.

«G(YН-Yк) = L( Х_н-Х_с),

где G-поток газовой смеси, кмоль/ч инертного газа; L- поток абсорбента, кмоль/ч абсорбента».

Одноступенчатые схемы с рециркуляцией м/б противоточными и прямоточными.

Многоступенчатые схемы с рециркуляцией могут включать прямой ток, противоток, рециркуляцию жидкости и рециркуляцию газа.