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:
(1)
Dla roztworu idealnego obowiązuje prawo Henry'ego i wówczas stałą równowagi w powyższym równaniu można zapisać wzorem:
(2)
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 czy , 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 lub , to znając ułamki molowe można je wyliczyć za pomocą wzorów:
oraz (3)
Natomiast znając stosunki molowe, ułamki molowe oblicza się za pomocą wzorów:
oraz (4)
Równanie linii równowagi wyrażone za pomocą ułamków molowych jest zależnością prostoliniową, a po wprowadzeniu do tej zależności stosunków molowych otrzymuje się wzór:
(5)
lub po przekształceniu:
, (6)
który na wykresie przedstawia krzywą. Krzywizna tej linii jest zależna od wartości 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 , a strumień inertu w fazie ciekłej symbolem . 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
(…)
… pytanie, jak obliczyć liczbę półek koniecznych do zrealizowania procesu absorpcji, tj. do obniżenia stężenia składnika A w gazie od wartości początkowej do założonej wartości końcowej .
W kolumnach półkowych, podobnie jak w procesie rektyfikacji, można zdefiniować pojęcie półki teoretycznej. Półka teoretyczna charakteryzuje się tym, że obie fazy opuszczające ten fragment kolumny są ze sobą w stanie równowagi. Wynika stąd, że stężenia w obu fazach opuszczających półkę teoretyczną opisuje linia równowagi absorpcyjnej. Z kolei w przestrzeniach międzypółkowych stężenia w obu fazach opisuje linia procesowa. I to właśnie jest przyczyna, dla której tak zwane schodki pomiędzy linią równowagi a linią operacyjną wyznaczają kolejne półki teoretyczne. Przykładowe wykresy służące do wyznaczenia liczby półek…
… wartości strumienia cieczy (lub prędkości przepływu cieczy). Przykładowy wykres zamieszczono poniżej.
Jeśli pamięta się, że strumień objętości gazu płynącego przez kolumnę można zapisać jako:
,
to średnicę kolumny absorpcyjnej można obliczyć ze wzoru:
Absorpcja
14
14
…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)