2.1 Физические основы процесса абсорбции.

Растворимость газа в жидкости от свойств газа и жидкости, от температуры от температуры и парциального давления газового компонента в газовой смеси над жидкостью и характеризуется законом Генри:

Н/м², (1)

где p - парциальное давление газового компонента над жидкостью, Н/м², т.е. это давление, которое имел бы этот компонент в объёме газовой смеси, если бы в этом объёме не было бы других газовых компонентов;

ш - коэффициент пропорциональности, имеющий размерность давления и зависящий от свойств растворённого газового компонента, жидкости и температуры;

x - содержание газового компонента в жидкости, кг/кг поглотителя.

Зная парциальное давление газового компонента и газовой смеси, можно найти его объёмную концентрацию

кг/м³, (2)

где М - молекулярная масса компонента, кг;

p - парциальное давление газового компонента, Н/м²;

R - газовая постоянная, равная 8314 Дж/(кг•^оС);

t - температура газа, ^оС.

Чем выше парциальное давление газового компонента в газовой среде над жидкостью, тем больше количество может раствориться в жидкости. С повышением температуры растворимость газа в жидкости понижается. По истечении некоторого времени между жидкостью и газом всегда устанавливается равновесное состояние, при котором в жидкость будет поступать из газа и из жидкости будет выделятся в газ одинаковое количество газообразного компонента. Если в жидкости отсутствует газообразный компонент, способный в ней раствориться, то как бы ни было мало его количество в газе над жидкостью, часть его перейдёт в жидкость. Такое же явление наблюдают при переходе газового компонента из жидкости в газ, в котором он отсутствует.

Растворимость газа в жидкости зависит и от характеристики жидкости. В некоторых жидкостях газ может хорошо растворяться, в других - плохо. Поэтому для очистки газа от какого либо газообразного компонента необходимо применять определённую промывную жидкость. Закон Генри не применим к высококонцентрированным растворам и тогда, когда между растворяемым и компонентом и жидкостью осуществляется химическое взаимодействие. Таким образом, в процессе абсорбции происходит массообмен между газом и жидкостью, в результате чего определённый газовый компонент постепенно переходит в жидкость. Количество жидкости, которое требуется для растворения данного количества газообразного компонента, определяется на основании материального баланса массобмена. Рассмотрим процесс массообмена, происходящий в насадочном скруббере, в котором газ движется снизу вверх навстречу орошающей его жидкости. Обозначим количество газа, которое требуется очистить, G кг/с, а количество газа, требуемой для растворения содержащегося в газе газообразного компонента, L кг/с. Пусть концентрация газового компонента, подлежащего удалению из газа, была в газе на входе его в аппарат y_н кг/кг, а на выходе из аппарата y_к кг/кг. Содержание этого же газообразного компонента в жидкости, поступающей на орошение, будет x_н кг/кг, а на выходе из аппарата x_к кг/кг. Тогда количество газового компонента, которое должно быть выведено из газа составит M = G(y_н-y_r) кг/с. Это же количество газового компонента растворится в жидкости M = L(x_к - x_н) кг/с. Следовательно можно расписать уравнение материального баланса массобмена

G(y_н -y_к )= L(x_к- x_н), (3)

Откуда количество промывной жидкости составит

кг/с. (4)

Из уравнения 4 можно найти удельный расход поглотительной жидкости

кг/кг. (5)

Эта формула представляет собой уравнение прямой с тангенсом угла наклона, равным m, которое характеризует изменение концентрации газового компонента по высоте аппарата. Такую линию называют рабочей линией массообмена. Количество газового компонента, переходящего в единицу времени из газовой среды в жидкость, зависит от разности концентраций этого компонента в газе и жидкости, от поверхности соприкосновения газовой среды с жидкостью и способа их соприкосновения, а также от свойств газа и жидкости:

M = KFД кг/с, (6)

где F - поверхность соприкосновения газа с жидкостью, м² ;

Д - движущая сила массопередачи (абсорбции) представляет собой среднюю разность концентраций поглощаемого газового компонента в газовой среде в начале процесса и равновесной концентрации этого компонента над поглощаемым раствором. Движущая сила процесса может быть выражена в любых единицах, применяемых для выражения состава фаз, кг/м³, Н/м³, кг/кг;

К - коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом массопередачи, который характеризует скорость растворения газового компонента в жидкости. Размерность К зависит от размерности движущей силы процесса массопередачи.

Из уравнения 6 можно найти значение поверхности соприкосновения газовой и жидких фаз, которая определяет размер аппарата для очистки газа

м². (7)

Для получения аппаратов меньшего размера нужно создать условия, при которых значения коэффициента массопередачи K и движущей силы массопередачи Д были бы максимальными.