 |
|
Материальный баланс и кинетические закономерности ректификации
Моделирование процесса абсорбции
Равновесие в системах жидкость–газ
Материальный баланс и кинетические закономерности абсорбции
Моделирование процесса ректификации
Фазовое равновесие в системе жидкость-пар
Материальный баланс и кинетические закономерности ректификации
2.3. Рабочие линии процесса ректификации в у–х-диаграмме
. Моделирование процесса абсорбции
Абсорбция – поглощение газов или паров из газовых или паровых смесей жидкими поглотителями, называемыми абсорбентами. Возможность осуществления процесса абсорбции основывается на растворимости газов в жидкостях. Процесс абсорбции является избирательным и обратимым, что дает возможность применять его не только с целью получения растворов газов в жидкостях, но также и для разделения газовых или паровых смесей.
1.1. Равновесие в системах жидкость–газ
В качестве основного закона, характеризующего равновесие в системах газ–жидкость, обычно используется закон растворимости газов в жидкости, сформулированный Генри. Согласно этому закону, при данной температуре мольная доля газа в растворе (растворимость) пропорциональна парциальному давлению газа над раствором:
х = р/Е, (1) или р = Ех, (2)
где р – парциальное давление газа над раствором, Па; х – концентрация газа в растворе, мол. доли; Е – коэффициент пропорциональности (коэффициент Генри), Па.
Значения р и х, удовлетворяющие уравнению (1), имеют место при достижении равновесия между фазами; эти значения следует рассматривать как равновесные; р – парциальное давление газа, равновесное с раствором, имеющим концентрацию х, или х – концентрация газа в растворе, равновесная с газом, в котором парциальное давление распределяемого газа равно р.
Коэффициент Е зависит от природы растворяющегося вещества и температуры:
ln E = –q/(RT) + C, (3)
где q – теплота растворения газа, кДж/кмоль; R = 8,314 кДж/(кмоль·град) – универсальная газовая постоянная; T – температура растворения, К; C – постоянная, зависящая от природы газа и жидкости и определяемая опытным путем.
Рис. 1. Зависимость растворимости газа в жидкости от его парциального давления над раствором при различных температурах
Из равенства (3) и рис. 1. видно, что с ростом температуры растворимость газов в жидкостях уменьшается. При растворении газа в жидкости температура последней обычно повышается вследствие выделения значительного количества тепла.
Количество тепла, выделяющегося при абсорбции, может быть найдено как
Qаб = qдL(х1 – х2), (4)
где qд– дифференциальная теплота растворения в пределах изменения концентраций х1 – х2, кДж/кг; L – количество абсорбента в кг.
Если абсорбция ведется без отвода тепла, то можно допустить, что все выделяющееся тепло идет на нагревание жидкости и температура последней повышается на величину
(5)
где с – теплоемкость раствора, кДж/(кг·К).
Парциальное давление растворяемого газа в газовой фазе, соответствующее равновесию, может быть заменено равновесной концентрацией. Согласно закону Дальтона, парциальное давление компонента в газовой смеси равно общему давлению, умноженному на мольную долю этого компонента в смеси, т.е.
р = Р у и у = р/Р,
где Р – общее давление газовой смеси;
у – концентрация распределяемого газа в смеси, мольные доли.