Равновесие при абсорбции

При взаимодействии какого-либо газа с жидкостью возникает система, состоящая как минимум из трех компонентов (распределяемое вещество и два распределяющих вещества или носителя) и двух фаз - жидкой и газовой. Такая система по правилу фаз имеет три степени свободы

(С = К — Ф + 2 = 3 — 2 + 2 = 3).

Для данного случая массообмена переменными являются температура, давление и концентрации компонента А в газовой и жидкой фазах. Следовательно, в состоянии равновесия при условии постоянства температуры и общего давления зависимость между концентрациями распределяемого в газовой и жидкой фазах компонента (или парциальным давлением газа и составом жидкости) будет однозначной.

Чем выше растворимость газа в абсорбенте, тем меньше расход этого абсорбента. Поэтому при выборе абсорбента растворимость в нем поглощаемого газа рассматривается как важнейшее свойство данного абсорбента (наряду со стоимостью, доступностью, токсичностью, пожаро- и взрывоопасностью и т.п.).

Величина Е для данного газа не зависит от общего давления в системе, но зависит от природы абсорбента и поглощаемого газа и от температуры.

В идеальных растворах силы взаимодействия между молекулами каждого из компонентов раствора, а также молекулами различных компонентов равны между собой. Поэтому улетучивание того или иного компонента из жидкой фазы в газовую не зависит от присутствия в растворе других компонентов и определяется содержанием в растворе данного компонента.

Для идеальных растворов на диаграмме р — х зави¬симость равновесных концентраций от давления изображается прямой с наклоном, равным E, С повышением температуры значение Е увеличивается и соответственно уменьшается растворимость газа в жидкости.

Зависимость между концентрациями данного компонента в газовой смеси и в равновесной с ней жидкости выражается прямой линией (линия равновесия), проходящей через начало координат и имеющей угол наклона а, тангенс которого равен т. Значения величины т уменьшаются при снижении температуры и увеличении давления в системе. Поэтому растворимость газа в жидкости увеличивается с повышением давления и снижением температуры.

Если в равновесии находится смесь газов, то закону Генри

может следовать каждый из компонентов этой смеси в отдельности.

Как уже отмечалось, закон Генри справедлив для идеальных растворов, поэтому он применим лишь к сильноразбавленным Растворам. При повышенных давлениях (порядка нескольких мегапаскалей и выше) изменение объема жидкости вследствие растворения в ней газа соизмеримо с изменением объема газа, и равновесие в этом случае не следует закону Генри.

При выражении состава фаз в относительных концентрациях запись закона Генри видоизменяется. В этом случае уравнение принимает следующий вид:

т. е. равновесие в системе газ-жидкость при выражении состава фаз в относительных концентрациях изображается кривой линией. Для сильноразбавленных растворов, т. е. при низких концентрациях газа в жидкости, можно принять (1 — т)Х = 0. При этом в уравнении знаменатель обращается в единицу, и оно принимает вид:

т.е. при низких концентрациях закон Генри изображается прямой линией.

Для хорошо растворимых газов, при больших концентрациях их в растворе, растворимость меньше, чем следует из закона Генри.