Равновесие в системе газ - жидкость

Равновесие между жидкой и газовой фазами устанавливается при весьма продолжительном соприкосновении фаз, оно определяется термодинамическими свойствами извлекаемого компонента и поглотительного раствора и зависит от концентрации, температуры и давления фаз. Состав газовой и жидкой фаз может быть представлен следующими величинами (см. таблицу 3.1).

Таблица 3.1 - Способ выражения состава фаз

Связь между указанными величинами описывается следующими выражениями.

1. Парциальное давление компонентов

, (3.1)

где Р - общее давление газовой среды;

y - концентрация компонента в газовой среде (в долях).

или . (3.2)

2. Парциальное давление инертного газа (газовой фазы)

. (3.3)

3. Объемная концентрация

, (3.4)

где Мк - мольная масса компонента.

4. Мольная доля компонента

, (3.5)

или . (3.6)

5. Относительная концентрация компонента

. (3.7)

6. Средняя мольная масса определяется соотношениями

для газовой фазы

, (3.8)

для жидкой фазы

, (3.9)

где Р - общее давление;

М_к - мольная масса компонента;

М_ОГ и М_ож - мольные массы носителя в газовой и жидкой фазах;

T - температура, К;

R - универсальная газовая постоянная;

_ж - плотность жидкости, кг / м³.

При абсорбции переход компонента из газовой фазы в жидкую продолжается до тех пор, пока парциальное давление компонента в газовой фазе не станет равным равновесному давлению этого компонента над раствором.

Состояние равновесия между концентрацией газа в газовой и жидкой фазах характеризуется константой фазового равновесия (коэффициент распределения), которая равна отношению концентрации компонента в газовой фазе к его концентрации в жидкой фазе

.

В зависимости от способа выражения концентрации в газовой и жидкой фазах константа фазового равновесия имеет следующий вид:

. (3.10)

Символы, обозначенные ( * ), относятся к равновесным концентрациям

компонентов, а индексы при константе фазового равновесия (m) относятся:

1-й - к единицам концентрации газовой фазы, 2-й - к единицам концентрации жидкой фазы.

Если единицы измерения концентрации газовой и жидкой фаз одинаковы, то ставится один индекс, а константа фазового равновесия безразмерна. Во всех остальных случаях (m) имеет размерность.

Примеры выражения константы фазового равновесия (m) в зависимости от единиц измерения концентрации компонентов в газовой и жидкой фазах представлены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Примеры выражения константы фазового равновесия

Соотношение между константами фазового равновесия при различных способах выражения состава фаз приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 - Соотношение между константами фазового равновесия при различных способах выражения состава фаз

Здесь М_к - мольная масса компонента,

 _ж - плотность жидкости,

М_ж - мольная масса компонента,

Пример: определить константы фазового равновесия m_рх, m_ух, m_с и m_рс для системы диоксид серы - вода - воздух при следующих условиях:

температура 20⁰ С, давление 10² кПа, концентрация раствора х =3,55^.10^-3 - мольная составляющая, равновесное парциальное давление диоксида серы над раствором р* =0,813 кПа.

Из уравнения (3.10) = 0,813/ 3,55*10^-3 = 229 кПа.

По таблице 3.3 находим m_yx = = 2,29 (безразмерная),

m_с = = =1,69_*10^-3 ( безразмерная).

m_рс = = = 4,12 (м^3. Па/кмоль).

Значение М_ж определено из уравнению (3.9).