Absorpcja

Absorpcja jest procesem wymiany masy pomiędzy fazą ciekłą a fazą gazową. Celem

procesu absorpcji jest usunięcie jednego ze składników mieszaniny gazowej i rozpuszczenie

go w fazie ciekłej. Zatem w tym procesie faza ciekła jest medium roboczym.

Procesem odwrotnym do absorpcji jest desorpcja składnika z fazy ciekłej do fazy gazowej. Celem

desorpcji jest obniżenie stężenia interesującego składnika w cieczy w zakresie zadanych stężeń za pomocą

strumienia gazowego. Zatem gaz jest medium roboczym.

Aby opisać proces absorpcji najpierw należy poznać prawa opisujące równowagę

międzyfazową w układzie gaz – ciecz. W najprostszym przypadku równowagę międzyfazową

wybranego składnika A można zapisać zależnością:

yA = kA xA (1)

Dla roztworu idealnego obowiązuje prawo Henry'ego i wówczas stałą równowagi w

powyższym równaniu można zapisać wzorem:

Należy zwrócić uwagę na fakt, że stała Henry'ego jest liczbą, która ma wymiar,

natomiast stała równowagi jest liczbą bezwymiarową.

W opisie procesu absorpcji czy desorpcji wygodnie jest, zamiast ułamków molowych

yA czy xA , używać stężeń nazywanych stosunkami molowymi (lub stosunkami

masowymi) wyrażonymi w kilomolach (lub kilogramach) składnika absorbowanego A na

kilomol (lub kilogram) składnika obojętnego zwanego inertem, który nie bierze udziału w

procesie wymiany masy. Jeśli stężenia te oznaczyć symbolami YA lub XA , to znając

ułamki molowe można je wyliczyć za pomocą wzorów:

Równanie linii równowagi wyrażone za pomocą ułamków molowych jest zależnością

prostoliniową, a po wprowadzeniu do tej zależności stosunków molowych otrzymuje się

wzór:

który na wykresie ( ) YA = f XA przedstawia krzywą. Krzywizna tej linii jest zależna od

wartości A k oraz od zakresu stężeń, w jakim jest kreślona ta zależność.

Jeśli do opisu procesu wprowadzi się stosunki molowe, to w konsekwencji, do celów

bilansowych procesu, strumienie faz płynących przez aparat należy odnieść do składników

inertnych, czyli wyrazić je jako strumienie składnika inertnego w fazie gazowej i w fazie

ciekłej. Zgodnie z tą zasadą strumień inertu w fazie gazowej oznaczmy symbolem

V [kmol i / s] , a strumień inertu w fazie ciekłej symbolem L [kmol i / s] . Należy pamiętać, że

w fazie gazowej inertem jest gaz, który nie rozpuszcza się w cieczy roboczej, a w fazie ciekłej

inert stanowi strumień czystej cieczy roboczej.

Przedstawmy schematycznie aparat do absorpcji przeciwprądowej w postaci kolumny

absorpcyjnej. Przez aparat kolumnowy przepływają dwie fazy. Oczyszczany gaz wpływa do

aparatu od dołu, a faza ciekła, która jest cieczą roboczą, wpływa do kolumny od góry. Od

teraz dla wygody zaniedbamy indeks A. Na dole aparatu kontaktują się ze sobą gaz o stężeniu

Yp z cieczą o stężeniu Xk , a na szczycie aparatu gaz o stężeniu Yk z cieczą o stężeniu

Xp . Strumienie inertów w obu fazach nie zmieniają się wzdłuż wysokości kolumny.