2. Методические указания

Равновесие в процессе абсорбции

Условием равновесия между газовой и жидкой фазами является равенство температур и давлений обеих фаз и равенство химических потенциалов для всех компонентов в обеих фазах. При постоянстве температуры и давления в фазах химический потенциал распределяемого компонента пропорционален концентрациям его в фазах. Поэтому в состоянии равновесия между концентрациями распределяемого компонента в обеих фазах устанавливается некоторое соотношение, характеризуемое константой фазового равновесия, которая равна отношению распределяемого компонента в газовой фазе к его концентрации в жидкой фазе. В общем случае константа фазового равновесия зависит от давления (Р), температуры (Т) и концентрации распределяемого компонента (х) в жидкости. Для некоторых систем эта зависимость может быть вычислена, но в подавляющем большинстве случаев ее находят опытным путем. В качестве основного закона, характеризующего равновесие в системах газ-жидкость, обычно используется закон растворимости газов в жидкостях, сформулированный Генри. Согласно этому закону при данной температуре мольная доля газа в растворе (растворимость) пропорциональна парциальному давлению газа над раствором:

или

где р - парциальное давление газа над раствором; х- концентрация газа в растворе в долях моля; Е - коэффициент пропорциональности (коэффициент Генри).

Материальный баланс и кинетические закономерности абсорбции

Материальный баланс процесса абсорбции выражается общим уравнением

где G - поток газовой смеси в кмоль/ч инертного газа; L - поток абсорбента в кмоль/ч абсорбента. Кинетические закономерности абсорбции соответствуют общему уравнению массопередачи для двухфазных систем:

В этих уравнениях движущую силу Y-Yp часто заменяют на P-Pp, а X-Xp на Cp-C ; тогда

где P - рабочее парциальное давление распределяемого газа в газовой смеси; Pр - равновесное давление газа над абсорбентом, соответствующее рабочей концентрации в жидкости; С- рабочая концентрация распределяемого газа в жидкости; Ср - равновесная концентрация распределяемого газа в жидкости, соответствующая рабочему парциальному давлению его в газовой смеси. При таком способе выражения концентраций уравнение для равновесной зависимости имеет вид:

А коэффициент выражается в Соответственно коэффициенты массопередачи выражаются как

где - коэффициент массоотдачи от потока газа в поверхности фазового контакта в ; - коэффициент массоотдачи от поверхности фазового контакта к потоку жидкости в м/ч. Чем выше растворимость газа, тем больше значение величины , для труднорастворимых газов величина имеет наименьшее значение.