§ 1. Основы процесса физической абсорбции

Газ или определенный газовый компонент при соприкосновении с жидкостью растворяется в ней. Чем больше парциальное давление газового компонента, тем в большем количестве способен он раствориться в жидкости (абсорбенте).

Наряду с растворением газа в жидкости может идти и обратный процесс перехода газа, растворенного в жидкости, в газовую фазу, где он отсутствует или парциальное давление его мало. Выделение растворенного компонента из раствора происходит вследствие снижения его парциального давления в газовой фазе и снижения растворимости его в жидкой фазе.

Таким образом, между газом и жидкостью по истечении некоторого времени всегда устанавливается равновесное состояние.

Для равновесного состояния идеального газа справедлива зависимость, которую называют законом Генри и выражают формулой

р = ψх, (15.1)

где х — концентрация газового компонента в жидкости; р — равновесное парциальное давление этого компонента в газовой смеси, Па; -ψ — коэффициент, зависящий от свойств газа и жидкости и температуры, Па (табл. 15.1).

Таблица 15.1. Значения коэффициента ψ

Газ	Коэффициент ψ при
	0 °С	30 °С	60 °С
Аммиак	0,0269	0,133	0,497
Диоксид серы	0,145	0,962	1,68
Диоксид углерода	30,2	80,6	178
Кислород	1450	2720	3650

В соответствии с законом Генри зависимость между концентрацией сорбтива в газовой и жидкой фазе в равновесном состоянии будет выражаться линией ОС (рис. 15.1). Закон Генри справедлив для слабоконцентрированых растворов и нарушается в случае высококонцентрированных растворов, а также при наличии между поглощающей жидкостью и поглощаемым газом химического воздействия.

Рис. 15.1. Схема процесса абсорбции в условиях противотока газа и жидкости. Принятые обозначения: ОС — линия равновесия y* = f(x); AB — рабочая линия — прямая, проходящая через точки y_и х_н и y_в х_в.

Растворимость газа в жидкости повышается с увеличением парциального давления газового компонента и понижается с увеличением температуры. Растворимость газов в жидкостях различна. Например, при нормальных условиях (р = 101,3 кПа, Т = 0 °С) для хорошо растворимых в воде газов (аммиака, хлористого и фтористого водорода) она измеряется сотнями граммов на 1 кг воды, а для плохорастворимых газов (кислорода, азота, оксида углерода) — десятыми и сотыми долями грамма на 1 кг воды. Хлор и диоксид серы имеют среднюю растворимость.

Физическую абсорбцию водой в чистом виде можно применить только для хорошо растворимых газов (аммиака, хлористого и фтористого водорода). Абсорбция диоксида серы будет нецелесообразна из-за большого расхода воды. Удаление из газов оксида углерода путем промывки водой практически невозможно.

Труднорастворимые компоненты в некоторых случаях можно удалять из газов, промывая их жидкостями, химически реагирующими с поглощаемым компонентом, т.е. применяя хемосорбцию.

Десорбцию осуществляют отгонкой в токе инертного газа, подводом тепла к абсорбенту, снижением давления газа над абсорбентом.