Исследование процесса абсорбции

Абсорбцией называется процесс избирательного поглощения газов или паров из газовых или паро-газовых смесей жидкими поглотителями. Поглощаемый газ (абсорбтив) при физической абсорбции не взаимодействует с поглотителем (абсорбентом). При этом газовая фаза, в которой находится абсорбтив, а также абсорбент являются инертными носителями поглощаемого газа. Максимальное количество абсорбтива, которое может поглотить (растворить) абсорбент, зависит от свойств газа и жидкости, давления и температуры. Оно определяет равновесное состояние между газовой и жидкой средами. Это состояние описывается законом Генри [1 — 4].

P* = E? x.	(1).

где P* - парциальное давление абсорбтива над абсорбентом в условиях равновесия; х — мольная доля поглощаемого газа в абсорбенте; Е — константа Генри (зависит от температуры и природы газа), имеющая размерность давления.

В соответствии с законом Дальтона парциальное давление компонента в газовой смеси пропорционально его мольной доле y.

P* = P? y.	(2).

где P — общее давление газовой смеси.

Формула (1) с учётом (2) может быть преобразована в уравнение (3), представляющее собой уравнение равновесной линии.

(3).

где y* - равновесная концентрация абсорбтива в газовой фазе над раствором с концентрацией х; E и P — должны иметь одну и туже размерность. Если концентрация поглощаемого газа выражена в относительных массовых долях, то есть (кг поглощаемого газа)/(кг инертной фазы), то уравнение (3) примет вид: а.

(4).

Здесь — равновесная концентрация абсорбтива в газовой фазе; - рабочая (текущая) концентрация абсорбтива в абсорбенте; Мж, МГ, Ма — молекулярные массы абсорбента, инертной газовой фазы и поглощаемого газа.

Значения константы Генри (Е) определяют по таблицам в справочной литературе [2, 3].

При поглощении аммиака из аммиачно-воздушной смеси водой константа Генри в интервале температур от 0 до 50⁰С представлена в таблице 1.

Таблица № 1.

Константа Генри Е для аммиака [3].

Температура, 0С.
Е, ат.	0,274.	0,485.	0,823.	1,36.	2,15.	3,36.

По уравнению (4) строится равновесная линия процесса абсорбции, интерпретирующая связь между равновесной концентрацией абсорбтива в газовой среде () и её текущим значением для жидкой фазы ().

Для изотермической абсорбции, когда теплотой растворения поглощаемого газа в абсорбенте можно пренебречь, равновесная линия, построенная по уравнению (4), представляем прямую, проходящую через начало координат и точку с координатами и (рис.1).

Материальный баланс процесса абсорбции составляется по распределяемому компоненту, исходя из того, что количество абсорбтива, поступающего в аппарат с инертными газовой и жидкой фазами, равно его количеству, уходящему из абсорбера с теми же фазами.

(5).

где G и L — массовые расходы инертной газовой фазы и абсорбента, кг/с.

Из уравнения (5) определяют массу абсорбтива М, ушедшего из газовой фазы и поглощенного абсорбентом в единицу времени, кг/с.

(6).

Для произвольного сечения аппарата уравнение (5) может быть представлено в виде:

(7).

Уравнение (7) характеризует связь между текущими значениями концентраций абсорбтива в газовой и жидкой фазах. Его называют уравнением рабочей линии процесса абсорбции.

(8).

Или.

(9).

Уравнения (8) и (9) представляют собой прямую линию, тангенс угла которой равен. Отрезок, отсекаемый продолжением рабочей линии на оси ординат, равен свободному члену. Отношение — называется удельным расходом абсорбента и является одной из основных характеристик процесса абсорбции. Рабочая линия строится в фазовой диаграмме и проходит через две точки с координатами () и () (рис.1).

Рис. 1 Схема и фазовая диаграмма процесса абсорбции