Физические основы абсорбции

При абсорбции распределяемое вещество, например, углекислый газ распределяется между двумя фазами. Таким образом, имеет место взаимодействие двух фаз (Ф = 2) и трех компонентов (К = 3).

Согласно правилу фаз такая система имеет три степени свободы:

Основными параметрами, определяющими фазовое равновесие при абсорбции, являются давление р, температура t и концентрация.

При постоянных давлениях и температурах, что имеет место при абсорбции, каждой концентрации распределяемого вещества в одной фазе соответствует определенная концентрация в другой.

В условиях равновесия при постоянной температуре и общем давлении зависимость между равновесными концентрациями в фазах выражает закон Генри:

где р‘ — парциальное давление вещества А в газовой фазе, равновесной с жидкой; х_А — мольная доля (концентрация) вещества А в жидкой фазе; Е — константа Генри.

Или.

Константа Генри зависит от природы абсорбтива и абсорбента, а также от температуры:

где q — теплота растворения газа; R — универсальная газовая постоянная; С — постоянная, зависящая от природы газа и жидкости.

Таким образом, из (8.3) следует, что при увеличении температуры растворимость газов в жидкостях снижается.

Парциальное давление вещества А в газовой фазе может быть заменено его концентрацией^ в соответствии с законом Дальтона:

или.

где Р — общее давление в системе.

Приравняв (8.4) и (8.1), получим:

где Е/Р — т — коэффициент распределения или константа физического равновесия.

Как следует из уравнения (8.5), зависимости между равновесными концентрациями в газовой (У) и жидкой (X) фазах представляет прямую линию, проходящую через начало координат, тангенс угла наклона которой равен коэффициенту т.

Закону Генри подчиняются разбавленные растворы, приближающиеся к идеальным. Для концентрированных растворов равновесные зависимости отклоняются от прямолинейных и определяются экспериментально.