У техніці та хімічній технології найчастіше зустрічається абсорбція (поглинання, розчинення) газів рідинами. Але відомі і процеси абсорбції газів та рідин кристалічними та аморфними тілами (наприклад, абсорбція водню металами, абсорбція низькомолекулярних рідин та газів цеолітами, абсорбція нафтопродуктів гумотехнічними виробами тощо).
Часто у процесі абсорбції відбувається як збільшення маси абсорбуючого матеріалу, а й істотне збільшення його обсягу (набухання), і навіть зміна його фізичних характеристик – до агрегатного стану.
Насправді абсорбція найчастіше застосовується для поділу сумішей, які з речовин, мають різну здатність до поглинання відповідними абсорбентами. При цьому цільовими продуктами можуть бути як абсорбовані, так і не абсорбовані компоненти сумішей.
Зазвичай у разі фізичної абсорбції речовини, що абсорбуються, можуть бути знову вилучені з абсорбенту за допомогою його нагрівання, розведення неабсорбуючої рідиною або іншими відповідними способами. Регенерація хімічно абсорбованих речовин також інколи можлива. Вона може бути заснована на хімічному або термічному розкладанні продуктів хімічної абсорбції з вивільненням усіх або деяких абсорбованих речовин. Але в багатьох випадках регенерація хімічно абсорбованих речовин та хімічних абсорбентів буває неможливою або технологічно/економічно недоцільною.
Явища абсорбції широко поширені у промисловості, а й у природі (приклад - набухання насіння), і навіть у побуті. При цьому вони можуть приносити як користь, так і шкоду (наприклад, фізична абсорбція атмосферної вологи призводить до набухання та подальшого розшарування дерев'яних виробів, хімічна абсорбція кисню гумою – до втрати нею еластичності та розтріскування).
Слід відрізняти абсорбцію (поглинання в обсязі) від адсорбції (поглинання поверхневому шарі). Через схожість написання і вимови, а також близькості понять, що позначаються, ці терміни часто плутають.
Види абсорбції
Розрізняють фізичну абсорбцію та хемосорбцію.
За фізичної абсорбції процес поглинання не супроводжується хімічною реакцією.
При хемосорбції компонент, що абсорбується, вступає в хімічну реакцію з речовиною абсорбенту.
Абсорбція газів
Будь-яке щільне тіло згущує досить прилеглі безпосередньо до його поверхні частинки навколишнього газоподібного речовини. Якщо таке тіло пористе, як, наприклад, деревне вугілля або губчаста платина, то це ущільнення газів має місце і по всій внутрішній поверхні його пір, а тим самим, отже, і набагато вищою мірою. Ось наочний приклад цього: якщо взяти шматок свежепрокаленного деревного вугілля, кинути його в пляшку, що містить вуглекислий або інший газ, і закривши її зараз же пальцем, опустити отвором вниз в ртутну ванну, то ми незабаром побачимо, що піднімається і входить в бут; це прямо доводить, що вугілля поглинуло вуглекислоту чи інакше настало ущільнення, абсорбція газу.
При кожному ущільненні виділяється тепло; тому, якщо вугілля розтерти в порошок, що, наприклад, практикується при фабрикації пороху, і залишити лежати в купі, то від поглинання повітря, що відбувається тут, маса так нагрівається, що може відбутися самозаймання. На цьому саме зігріванні, що залежить від абсорбції, засновано влаштування платинового пальника Деберейнера. Шматок губчастої платини, що знаходиться там, ущільнює так сильно кисень повітря і спрямований на нього струмінь водню, що сам поступово починає розжарюватися і нарешті спалахує водень. Речовини, які абсорбують - поглинають з повітря водяну пару, згущують її теж у собі, утворюючи воду, і від цього стають вологими, як, наприклад, нечиста кухонна сіль, поташ, хлористий кальцій тощо. Такі тіла звуться гігроскопічними.
Абсорбція газів пористими тілами була вперше помічена і вивчена майже одночасно Фонтаном і Шееле у 1777 році, а потім піддавалася дослідженню багатьма фізиками, а особливо Соссюра у 1813 році. Останній, як на жадібних поглиначів, вказує на букове вугілля та пемзу (морська пінка). Один обсяг такого вугілля при атмосферному тиску 724 міл. поглинув 90 об'ємів аміаку, 85 - хлористого водню, 25 - вуглекислоти, 9,42 - кисню; пемза при такому ж порівнянні виявила трохи менш поглинальної здатності, але принаймні це теж один із кращих абсорбентів.
Чим легше газ згущується в рідину, тим більше він поглинається. При малому зовнішньому тиску і при нагріванні - зменшується кількість газу, що поглинається. Чим дрібніші пори поглинача, тобто чим він щільніший, тим більшою, загалом, він має поглинальну здатність; Проте дрібні пори, як наприклад графіту, не сприяють абсорбції. Органічний вугілля поглинає як гази, а й дрібні тверді і рідкі тіла, тому й використовується для знебарвлення цукру, очищення алкоголю тощо. буд. Внаслідок абсорбції всяке щільне тіло оточене шаром ущільнених парів і газів. Ця причина, за Вайделем, може бути пояснення відкритого Мозером в 1842 року цікавого явища про потових картин, тобто одержуваних при диханні на скло. А саме, якщо прикласти кліше або якийсь рельєфний малюнок до полірованої скляної площини, потім, відібравши її, подихати на це місце, то на склі виходить досить точний знімок малюнка. Це походить від того, що при лежанні на склі кліше гази біля поверхні скла розподілилися нерівномірно, залежно від нанесеного на кліше рельєфного малюнка, а тому і водяні пари, при диханні на це місце, розподіляються теж в такому порядку, а охолодившись і осів, і відтворюють цей малюнок. Але якщо нагріти попередньо скло або кліше, і розсіяти таким чином ущільнений біля них шар газів, то таких потових малюнків отримати не можна.
За законом Дальтона із суміші газів кожен газ розчиняється в рідині пропорційно своєму парціальному тиску незалежно від присутності інших газів. Ступінь розчинення газів у рідині визначається коефіцієнтом, що показує, скільки обсягів газу поглинається в одному об'ємі рідини при температурі газу 0° та тиску 760 мм. Коефіцієнти абсорбції для газів та води обчислюються за формулою α = А + У t + C t², де α - коефіцієнт, t - температура газу, А , У і З - Постійні коефіцієнти, що визначаються для кожного окремого газу. За дослідженнями Бунзена коефіцієнти найважливіших газів мають такі
Крім твердих тіл, поглинати можуть і рідини, особливо якщо їх змішати разом в якійсь посудині. 1 об'єм води може при 15 °C і 744 міл. тиску розчинити в собі, абсорбувати 1/50 об'єму атмосферного повітря, 1 об'єм вуглекислоти, 43 об'єми сірчистого газу та 727 об'ємів аміаку. Об'єм газу, який при 0 °C та 760 міл. барометричного тиску поглинається одиницею обсягу рідини, називається коефіцієнтом поглинання газу цієї рідини. Коефіцієнт цей для різних газів та різних рідин - різний. Чим вище зовнішній тиск і нижче температура, тим більше розчиняється в рідині газу, тим більший коефіцієнт поглинання. Тверді і рідкі тіла абсорбують зараз різні кількості газів, а тому і можна обчислити кількості поглинається газу для кожної окремої рідини. Вивчення абсорбції газів рідинами розпочато Анрі () і потім посунуто далі Соссюром () і В. Бунзеном («Gasometrische Methoden», Брауншвейг, , 2 видавництва, ). - Причина абсорбції полягає у взаємному тяжінні молекул тіл абсорбуючого та абсорбованого.
Див. також
Напишіть відгук про статтю "Абсорбція"
Посилання
Абсорбція на прикладі на сайті "Гірничої енциклопедії".
Примітки
Уривок, що характеризує абсорбцію
П'єр не мав тієї практичної чіпкості, яка б дала йому можливість безпосередньо взятися за справу, і тому він не любив її і тільки намагався вдавати перед керуючим, що він зайнятий справою. Керуючий намагався прикинутися перед графом, що він вважає ці заняття дуже корисними для господаря і для себе сором'язливими.У великому місті знайшлися знайомі; незнайомі поспішили познайомитися і привітно вітали багача, що знову приїхав, найбільшого власника губернії. Спокуса щодо головної слабкості П'єра, тієї, у якій він зізнався під час прийому до ложі, теж були такі сильні, що П'єр було утриматися від нього. Знову цілі дні, тижні, місяці життя П'єра проходили так само стурбовано і зайнято між вечорами, обідами, сніданками, балами, не даючи йому часу схаменутися, як і в Петербурзі. Замість нового життя, яке сподівався повісті П'єр, він жив усе тим самим колишнім життям, тільки в іншій обстановці.
З трьох призначень масонства П'єр усвідомлював, що він не виконував того, яке наказувало кожному масону бути взірцем морального життя, і з семи чеснот не мав у собі двох: добронравія і любові до смерті. Він втішав себе тим, що він виконував інше призначення, – виправлення роду людського і мав інші чесноти, любов до ближнього і особливо щедрість.
Навесні 1807 П'єр зважився їхати назад до Петербурга. По дорозі назад, він мав намір об'їхати всі свої ім'я і особисто переконатися в тому, що зроблено з того, що їм наказано і в якому становищі перебуває тепер той народ, який довірений йому Богом, і який він прагнув узгодити.
Головноуправляючий, який вважав усі витівки молодого графа майже безумством, невигодою для себе, для нього, для селян – зробив поступки. Продовжуючи справу звільнення уявляти неможливим, він розпорядився будівництвом у всіх маєтках великих будівель шкіл, лікарень та притулків; для приїзду пана скрізь приготував зустрічі, не пишно урочисті, які, він знав, не сподобаються П'єру, але саме такі релігійно вдячні, з образами та хлібом сіллю, саме такі, які, як він розумів пана, мали вплинути на графа та обдурити його .
Південна весна, покійна, швидка подорож у віденському візку і усамітнення дороги радісно діяли на П'єра. Ім'я, в яких він не бував ще, були – одне мальовничіше іншого; народ скрізь видавався благоденним і зворушливо вдячним за зроблені йому благодіяння. Скрізь були зустрічі, які, хоч і збентежили П'єра, але в глибині душі його викликали радісне почуття. В одному місці мужики підносили йому хліб сіль і образ Петра і Павла, і просили дозволу на честь його ангела Петра і Павла, на знак любові та подяки за зроблені ним благодіяння, спорудити на свій рахунок новий боковий вівтар у церкві. В іншому місці його зустріли жінки з немовлятами, завдяки йому за порятунок від важких робіт. У третьому імені його зустрічав священик з хрестом, оточений дітьми, яких він з милостей графа навчав грамоти та релігії. У всіх маєтках П'єр бачив на власні очі за одним планом споруджувані і споруджені вже кам'яні будівлі лікарень, шкіл, богадельень, які мали бути незабаром відкриті. Скрізь П'єр бачив звіти керівників про панщинських роботах, зменшених проти колишнього, і чув за те зворушливі подяки депутацій селян у синіх каптанах.
П'єр тільки не знав того, що там, де йому підносили хліб сіль і будували боковий вівтар Петра і Павла, було торгове село і ярмарок у Петрів день, що боковий вівтар уже будувався давно багатіями мужиками села, тими, що з'явилися до нього, а що дев'ять десятих. мужиків цього села були у величезному руйнуванні. Він не знав, що внаслідок того, що перестали за його наказом посилати дітлахів жінок із немовлятами на панщину, ці самі дітлахи тим найважчу роботу несли на своїй половині. Він не знав, що священик, який зустрів його з хрестом, обтяжував мужиків своїми поборами, і що зібрані до нього учні зі сльозами були віддані йому, і за великі гроші відкуплялися батьками. Він не знав, що кам'яні, за планом, будинки споруджувалися своїми робітниками і збільшили панщину селян, зменшену лише на папері. Він не знав, що там, де керуючий вказував йому за книгою на зменшення за його волею оброку на одну третину, була наполовину додана панщинна повинность. І тому П'єр був захоплений своєю подорожжю на ім'я, і цілком повернувся до того філантропічного настрою, в якому він виїхав з Петербурга, і писав захоплені листи своєму наставникові братові, як він називав великого майстра.
«Як легко, як мало зусилля потрібно, щоб зробити так багато добра, думав П'єр, і як мало ми дбаємо про це!».
Він щасливий був висловлюваною йому подякою, але соромився, приймаючи її. Ця подяка нагадувала йому, наскільки він ще більше міг би зробити для цих простих, добрих людей.
Головнокеруючий, дуже дурна і хитра людина, цілком розуміючи розумного і наївного графа, і граючи їм, як іграшкою, побачивши дію, зроблену на П'єра приготовленими прийомами, рішучіше звернувся до нього з доказами про неможливість і, головне, непотрібність звільнення селян, які й без були щасливі.
П'єр потай своєї душі погоджувався з керуючим у тому, що важко було уявити людей, щасливіших, і що Бог знає, що чекало їх на волі; але П'єр, хоч і неохоче, наполягав у тому, що він вважав справедливим. Керуючий обіцяв використати всі сили для виконання волі графа, ясно розуміючи, що граф ніколи не зможе повірити його не тільки в тому, чи вжиті всі заходи для продажу лісів і маєтків, для викупу з Ради, але й ніколи ймовірно не запитає і не дізнається про те, як збудовані будівлі стоять порожніми і селяни продовжують давати роботою та грошима все те, що вони дають в інших, тобто все, що вони можуть давати.
У найщасливішому стані повертаючись зі своєї південної подорожі, П'єр виконав свій давній намір заїхати до свого друга Болконського, якого він не бачив два роки.
Богучарово лежало в негарній, плоскій місцевості, покритій полями та зрубаними та незрубаними ялиновими та березовими лісами. Барський двір знаходився на кінці прямого, по великій дорозі розташованого села, за знову виритим, повно налитим ставком, з незакидлими ще травою берегами, в середині молодого лісу, між яким стояло кілька великих сосен.
Барський двір складався з гумна, надвірних будівель, стайні, лазні, флігеля та великого кам'яного будинку з напівкруглим фронтоном, який ще будувався. Навколо будинку розсадили молодий сад. Огорожі та ворота були міцні та нові; під навісом стояли дві пожежні труби та бочка, пофарбована зеленою фарбою; дороги були прямі, мости були міцні з перилами. На всьому лежав відбиток акуратності та господарності. Дворові, що зустрілися, на запитання, де живе князь, вказали на невеликий, новий флігель, що стоїть біля самого краю ставка. Старий дядько князя Андрія, Антон, висадив П'єра з коляски, сказав, що князь вдома, і провів його в чистий, маленький передпокій.
П'єра вразила скромність маленького, хоч і чистенького будиночка після тих блискучих умов, у яких він бачив свого друга в Петербурзі. Він поспішно ввійшов у пахнучу ще сосною, не відштукатурену, маленьку залу і хотів йти далі, але Антон навшпиньки пробіг уперед і постукав у двері.
- Ну що там? – почувся різкий, неприємний голос.
– Гість, – відповів Антон.
– Проси почекати, – і почувся відсунутий стілець. П'єр швидкими кроками підійшов до дверей і зіткнувся віч-на-віч з князем Андрієм, що виходив до нього, насупленим і постарілим. П'єр обійняв його і, піднявши окуляри, цілував його в щоки і дивився на нього.
– Ось не чекав, дуже радий, – сказав князь Андрій. П'єр нічого не говорив; він здивовано, не зводячи очей, дивився на свого друга. Його вразила зміна, що відбулася в князі Андрії. Слова були ласкаві, усмішка була на губах та обличчі князя Андрія, але погляд був погаслий, мертвий, якому, незважаючи на видиме бажання, князь Андрій не міг надати радісного та веселого блиску. Не те, що схуд, зблід, змужнів його друг; але цей погляд і зморшка на лобі, що виражали довге зосередження на чомусь одному, вражали і відчужували П'єра, поки він не звик до них.
При побаченні після довгої розлуки, як це завжди буває, розмова довго не могла зупинитися; вони питали і коротко відповідали про такі речі, про які вони самі знали, що треба було говорити довго. Нарешті розмова стала потроху зупинятися на раніше уривчасто сказаному, на питаннях про минуле життя, про плани на майбутнє, про подорож П'єра, про його заняття, про війну і т.д. виражалася ще сильніше в усмішці, з якою він слухав П'єра, особливо тоді, коли П'єр говорив з натхненням радості про минуле чи майбутнє. Начебто князь Андрій і хотів би, але не міг брати участі в тому, що він говорив. П'єр починав відчувати, що перед князем Андрієм захоплення, мрії, надії на щастя і добро не пристойні. Йому соромно було висловлювати всі свої нові, масонські думки, особливо підновлені та збуджені в ньому його останньою подорожжю. Він стримував себе, боявся бути наївним; разом з тим йому нестримно хотілося якнайшвидше показати своєму другові, що він був тепер зовсім інший, кращий П'єр, ніж той, що був у Петербурзі.
Тема 3.3. Абсорбція 12ч., у т.ч. лаб. роб. та практ. зайнятий 6ч.
Студент повинен:
знати:
Фізичні основи та теорію процесу абсорбції (рівновагу між фазами, принципи складання матеріального теплового балансу, рівняння робочої лінії);
- порядок розрахунку насадочного та барботажного абсорбера;
- сутність та методи проведення десорбції;
вміти:
- складати матеріальний та тепловий баланс;
- визначати витрати поглинача;
- будувати рівноважну та робочу лінію процесу;
- визначати основні габаритні розміри абсорберів, користуючись довідниками.
Призначення абсорбції. Абсорбція при поділі гомогенних газових сумішей та очищення газів. Вибір абсорбенту. Фізична абсорбція та абсорбція, що супроводжується хімічною взаємодією. Десорбція.
Рівнавага між фазами при абсорбції. Вплив температури та тиску на розчинність газів у рідинах. Матеріальний баланс процесу та рівняння робочої лінії при абсорбції та десорбції. Витрата абсорбенту. Тепловий баланс абсорбції. Відведення тепла при абсорбції.
Абсорбцієюназивають процес вибіркового поглинання компонентів із газових чи парогазових сумішей рідкими поглиначами – абсорбентами.
Принцип абсорбції ґрунтується на різній розчинності компонентів газових та парогазових сумішей у рідинах за одних і тих самих умов. Тому вибір абсорбентів здійснюють залежно від розчинності в них компонентів, що поглинаються, яка визначається:
· фізичними та хімічними властивостями газової та рідкої фаз;
· температурою та тиском здійснення процесу;
При виборі абсорбенту необхідно враховувати такі його властивості, як селективність (виборчість) по відношенню до компонента, що поглинається, токсичність, пожежонебезпечність, вартість, доступність та ін.
Розрізняють фізичну абсорбцію та хімічну абсорбцію (хемосорбцію). При фізичній абсорбції поглинається компонент утворює з абсорбентом лише фізичні зв'язки. Процес цей у більшості випадків є оборотним. На цій властивості засновано виділення поглиненого компонента розчину – десорбція. Якщо компонент, що поглинається, вступає в реакцію з абсорбентом і утворює хімічну сполуку, то процес називають хемосорбцією.
Процес абсорбції зазвичай є екзотермічним, тобто супроводжується виділенням теплоти.
Абсорбція широко використовується в промисловості для поділу вуглеводневих газів на нафтопереробних установках, отримання соляної та сірчаної кислот, аміачної води, очищення газових викидів від шкідливих домішок, виділення цінних компонентів з газів крекінгу або піролізу метану, з коксових газів печей і т.д.
Рівнавага в процесах абсорбції визначається правилом фаз Гіббса (В.4), що представляє узагальнення умов гетерогенної рівноваги:
C = К – Ф + 2.
Оскільки процес абсорбції здійснюється у двофазній (газ – рідина) та трикомпонентній (один розподільний та два розподільні компоненти) системі, число ступенів свободи – три.
Таким чином, рівновага в системі газ (пар) – рідина може характеризуватись трьома параметрами, наприклад температурою, тиском та складом однієї з фаз.
Рівновага в системі газ – рідина визначається законом розчинності Генрі, згідно з яким при даній температурі мольна частка газу в розчині (розчинність) пропорційна парціальному тиску газу над розчином:
де р - Парціальний тиск газу над розчином; х - мольна концентрація газу в розчині; Е – коефіцієнт пропорційності (коефіцієнт Генрі).
Закон Генрі поширюється насамперед на слаборозчинні гази, і навіть на розчини з низькими концентраціями добре розчинних газів за відсутності хімічної реакції.
Коефіцієнт Е має розмірність тиску, що збігається з розмірністю р, і залежить від природи речовини, що розчиняється, і температури. Встановлено, що зі збільшенням температури розчинність газу в рідині зменшується. Коли в рівновазі з рідиною знаходиться суміш газів, закону Генрі може слідувати кожен із компонентів суміші окремо.
Оскільки тепловий ефект, що супроводжує процес абсорбції, негативно позначається на положенні лінії рівноваги, він повинен обов'язково враховуватись під час розрахунків. Кількість теплоти, що виділяється при абсорбції, може бути визначена залежно від
де q д - Диференційна теплота розчинення в межах зміни концентрації х 1 - х 2; L – кількість абсорбенту.
Якщо абсорбція ведеться без відведення теплоти, то можна припустити, що вся теплота, що виділяється, йде на нагрівання рідини, і температура останньої підвищується на величину
де с – теплоємність розчину.
Для зниження температури вихідну газову суміш та абсорбент охолоджують, відводячи теплоту, що виділяється в процесі абсорбції, за допомогою вбудованих (внутрішніх) або зовнішніх теплообмінників.
Парціальний тиск розчиненого газу в газовій фазі, що відповідає рівновазі, може бути визначено за закону Дальтона, Згідно з яким парціальний тиск компонента в газовій суміші дорівнює загальному тиску, помноженому на мольну частку цього компонента в суміші, тобто.
де Р- загальний тиск газової суміші; у – мольна концентрація розподіленого у суміші газу.
Зіставляючи рівняння (10.2) та (10.1), знайдемо
де А рівн = Е/Р - константа фазової рівноваги, застосовна для областей дії законів Генрі та Дальтона.
Нехай Р аб – тиск парів чистого абсорбенту за умов абсорбції; р аб - парціальний тиск парів абсорбенту в розчині; Р – загальний тиск; х – мольна частка газу, що абсорбується в розчині; у – мольна частка газу, що розподіляється, в газовій фазі; у аб - мольна частка абсорбенту в газовій фазі.
Відповідно до закону Рауля парціальний тиск компонента в розчині дорівнює тиску пари чистого компонента, помноженого на його мольну частку в розчині:
За законом Дальтона (10.2) парціальний тиск абсорбенту в газовій фазі дорівнює
При рівновазі
Аналіз факторів, що впливають на рівновагу в системах газ (пар) – рідина, дозволив встановити, що до параметрів, що покращують умови абсорбції, відносяться підвищений тиск та знижена температура, а до факторів, що сприяють десорбції, - знижений тиск, підвищена температура та введення в абсорбент добавок, що зменшують розчинність газів у рідинах.
Матеріальний баланспроцесу абсорбції виражається диференціальним рівнянням
де G - Потік газової суміші (інертного газу), кмоль / с; L – потік абсорбенту, кмоль/с; Y н і Y до - початковий і кінцевий вміст речовини, що розподіляється в газовій фазі, кмоль/кмоль інертного газу; Х к і Х н - початковий і кінцевий вміст речовини, що розподіляється в абсорбенті, кмоль/кмоль абсорбенту; М - кількість речовини, що розподіляється, перенесеного з фази G в фазу L в одиницю часу, кмоль/с.
З рівняння матеріального балансу (10.9) можна визначити необхідну загальну витрату абсорбенту
Процес абсорбції характеризується також ступенем вилучення (поглинання), що представляє відношення кількості фактично поглиненого компонента до кількості, що поглинається при його повному вилученні,
Кінетика процесуАбсорбція характеризується трьома основними стадіями, які відповідають схемі, представленій на рис. 9.4.
Перша стадія – перенесення молекул компонента, що абсорбується, з ядра потоку газу (пара) до поверхні розділу фаз (поверхні рідини).
Друга стадія - дифундування молекул компонента, що абсорбується через поверхневий шар рідини (межа розділу фаз).
Третя стадія – перехід молекул речовини, що абсорбується, від поверхні поділу фаз в основну масу рідини.
Кінетичні закономірності абсорбції відповідають загальному рівнянню масопередачі для двофазних систем:
Експериментально встановлено, що друга стадія процесу абсорбції йде з більшою швидкістю і не впливає на загальну швидкість процесу, обмежену швидкістю найповільнішої стадії (першої чи третьої).
Рухаюча сила процесу абсорбції для І та ІІІ стадій в рівняннях (10.5а) та (10.6а) може бути виражена через інші параметри:
У рівняннях (10.5б) і (10.6б) р – робочий парціальний тиск газу, що розподіляється, в газовій суміші; р рівн - рівноважний тиск газу над абсорбентом, що відповідає робочій концентрації в рідині; С – робоча об'ємна мольна концентрація газу, що розподіляється в рідині; С рівн - рівноважна об'ємна мольна концентрація газу, що розподіляється в рідині, що відповідає робочому парціальному тиску його в газовій суміші.
При такому вираженні рушійної сили процесу абсорбції рівняння рівноважної залежності набуває вигляду
де Ψ – коефіцієнт пропорційності, кмоль/(м 3 *Па).
Коефіцієнти масопередачі виражаються для рівнянь (10.5а) та (10.6а) у вигляді
для рівнянь (10.5б) та (10.6б)
В рівняннях (10.7) та (10.8) β у, β р – коефіцієнти масовіддачі від потоку газу до поверхні контакту фаз; β х, β З- Коефіцієнти масовіддачі від поверхні контакту фаз до потоку рідини.
Коефіцієнти масовіддачі газу та рідини β у і β х можуть бути визначені з критеріальних рівнянь, що мають вигляд:
для газової фази Nu диф у = f* (Re, Pr дифу);
для рідкої фази Nu диф х = f* (Re, Pr диф х).
Величина коефіцієнта Ψ істотно впливає на кінетику процесу абсорбції. Якщо Ψ має високі значення (висока розчинність компонента – дифузійний опір зосереджено у газовій фазі), то 1/(β c *Ψ)< 1/β р или К Р ≈ β р. Если Ψ мало (извлекаемый компонент трудно растворим – диффузионное сопротивление сосредоточено в жидкой фазе), то Ψ/β р << 1/β с и можно считать К с ≈ β с
Так само, як для масоо6менних процесів при L/G = const, робочі лінії процесу абсорбції є прямими і описуються у разі протитоку рівнянням (9.4), а прямоструму – рівнянням (9.5).
Середня рушійна сила в рівняннях (10.5а) та (10.6а) визначається у разі прямолінійної рівноважної залежності через відносні блискавичні концентрації компонентів залежностей (9.6) та (9.7).
Ці ж залежності можна використовувати і при вираженні рушійної сили процесу абсорбції через парціальні тиску компонента, що розподіляється в газі або об'ємні мольні концентрації цього ж компонента в рідині в рівняннях (10.5б) і (10.6б)
Тут Δр max , Δр min – більше і менше значення рушійної сили на початку і наприкінці процесу абсорбції, виражені через різницю парціальних тисків поглинається компонента; ΔС max , ΔС min – більше і менше значення рушійної сили на початку і наприкінці процесу абсорбції, виражені через об'ємні мольні концентрації поглинається компонента в рідині.
У разі Δp max /Δp min ≤ 2, ΔC max /ΔC min ≤ 2 при збереженні лінійності рівноважної залежності середня рушійна сила процесу абсорбції може дорівнювати середньоарифметичному цих значень.
При проведенні процесу абсорбції, що супроводжується хімічною реакцією (хемосорбція), що протікає в рідкій фазі, частина компоненту, що розподіляється, переходить в хімічно пов'язаний стан. В результаті цього концентрація розчиненого (фізично пов'язаного) компоненту, що розподіляється, в рідині зменшується, що призводить до збільшення рушійної сили процесу в порівнянні з суто фізичною абсорбцією.
Швидкість хемосорбції залежить як від швидкості масопередачі, і від швидкості хімічної реакції. У цьому випадку розрізняють дифузійну та кінетичну ділянку протікання хемосорбції. У дифузійній області швидкість процесу визначається швидкістю масопередачі, кінетичної – швидкістю хімічної реакції. У тих випадках, коли швидкості масопередачі та реакції можна порівняти, процеси хемосорбції протікають у змішаній, або дифузійно-кінетичній, ділянці.
При розрахунку хемосорбції коефіцієнт масовіддачі в рідкій фазі, що враховує хімічну реакцію β′ х, що протікає в ній, може бути виражений через коефіцієнт масовіддачі при фізичній абсорбції β х з урахуванням фактора прискорення масообмінуФ м, що показує, скільки разів збільшиться швидкість абсорбції за рахунок протікання хімічної реакції:
β′ х = β х * Ф м
Фактор Фм визначають за графічними залежностями.
absorption) - (у фізіології) поглинання, всмоктування рідини чи інших речовин тканинами людського тіла. Перетравлена їжа всмоктується травним трактом і надходить потім у кров та лімфу. Найбільше поживних речовин всмоктується в тонкій кишці - складових її худої і клубової кишки, проте алкоголь може легко всмоктуватися і зі шлунка. Тонка кишка вистелена зсередини найдрібнішими пальцеподібними випинаннями (див. Ворсинка), які значно збільшують площу її поверхні, внаслідок чого всмоктування продуктів травлення значно прискорюється. також Асиміляція, Травлення.
Абсорбція
Словотвір. Походить від латів. absorptio – поглинання.
Специфіка. Сприйнятливість індивіда до особливих станів свідомості (гіпнозу, наркотиків, медитації). У звичайних ситуаціях проявляється у підвищенні рівня фантазування. Показано, що абсорбція пов'язана з іншими особистісними характеристиками (позитивно - з різноплановістю мотивів, соціальною пристосовністю, образністю мислення, комунікативністю, тривожністю, а також зі слабкістю та динамічністю нервової системи; негативно - з самоконтролем, соціальним статусом у малій групі, рівнем домагань, а також із рухливістю нервової системи).
Література Гримак Л.П. Моделювання станів людини у гіпнозі. М: Наука, 1978;
Pekala R.J., Wenger C.F., Levine P. Individual differences в phenomenological experience: держава, що є функцією absorption // J. Pers. та Soc. Psychol. 1985, 48, N 1, p. 125-132
АБСОРБЦІЯ
1. Під час дослідження сенсорних процесів, поглинання рецептором хімічного, електромагнітного чи іншого фізичного стимулу. Наприклад, див. Спектральна абсорбція. 2. Зайнятість, поглиненість якоюсь діяльністю. Відтінок значення може бути позитивним, коли увага суб'єкта зосереджена на виконанні якоїсь задачі, або негативним, коли поглинання уваги розглядається як уникнення дійсності.
Абсорбцією називають процес поглинання газу рідким поглиначем, в якому газ розчинний тією чи іншою мірою. Зворотний процес – виділення розчиненого газу з розчину – зветься десорбції.
В абсорбційних процесах (абсорбція, десорбція) беруть участь дві фази - рідка та газова і відбувається перехід речовини з газової фази в рідку (при абсорбції) або, навпаки, з рідкої фази в газову (при десорбції). Таким чином, абсорбційні процеси є одним із видів процесів масопередачі.
На практиці абсорбції піддають здебільшого не окремі гази, а газові суміші, складові яких (одна або кілька) можуть поглинатися даним поглиначем в помітних кількостях. Ці складові називають абсорбируемыми компонентами чи просто компонентами, а чи не поглинаються складові – інертним газом.
Рідка фаза складається з поглинача і компонента, що абсорбується. У багатьох випадках поглинач являє собою розчин активного компонента, що вступає в хімічну реакцію з компонентом, що абсорбується; при цьому речовину, в якій розчинений активний компонент, називатимемо розчинником.
Інертний газ та поглинач є носіями компонента відповідно в газовій та рідкій фазах. При фізичній абсорбції (див. нижче) інертний газ та поглинач не витрачаються і не беруть участь у процесах переходу компонента з однієї фази до іншої. При хемосорбції (див. нижче) поглинач може взаємодіяти хімічно з компонентом.
Перебіг абсорбційних процесів характеризується їхньою статикою та кінетикою.
Статика абсорбції, тобто рівновага між рідкою та газовою фазами, визначає стан, який встановлюється при досить тривалому зіткненні фаз. Рівнавага між фазами визначається термодинамічні властивості компонента і поглинача і залежить від складу однієї з фаз, температури і тиску.
Кінетика абсорбції, тобто швидкість процесу масообміну, визначається рушійною силою процесу (тобто ступенем відхилення системи від рівноважного стану), властивостями поглинача, компонента та інертного газу, а також способом дотику фаз (пристроєм абсорбційного апарату та гідродинамічним режимом його роботи ). В абсорбційних апаратах рушійна сила, як правило, змінюється за їх довжиною і залежить від характеру взаємного руху фаз (протікання, прямотік, перехресний струм і т. д.). При цьому можливе здійснення безперервного або ступінчастого контакту. В абсорберах з безперервним контактом характер руху фаз не змінюється за довжиною апарату та зміна рушійної сили відбувається безперервно. Абсорбери зі ступінчастим контактом складаються з декількох щаблів, послідовно з'єднаних по газу та рідині, причому при переході з ступеня в ступінь відбувається стрибкоподібна зміна рухів сили.
Розрізняють хімічну абсорбцію та хемосорбцію. При фізичній абсорбції розчинення газу не супроводжується хімічною реакцією (або, принаймні, ця реакція не помітно впливає на процес). В даному випадку над розчином існує більш-менш значний рівноважний тиск компонента і поглинання останнього відбувається лише доти, доки його парціальний тиск у газовій фазі вище рівноважного тиску над розчином. Повне вилучення компонента з газу при цьому можливе тільки при протитоці та подачі в абсорбер чистого поглинача, що не містить компонента.
При хемосорбції (абсорбція, що супроводжується хімічною реакцією) компонент, що абсорбується, зв'язується в рідкій фазі у вигляді хімічної сполуки. При незворотній реакції рівноважний тиск компонента над розчином дуже мало і можливе повне його поглинання. При оборотній реакції над розчином існує помітний тиск компонента, хоча менший, ніж при фізичної абсорбції.
Промислове проведення абсорбції може поєднуватися або поєднуватися з десорбцією. Якщо десорбцію не виробляють, поглинач використовується одноразово. При цьому в результаті абсорбції отримують готовий продукт, напівпродукт або, якщо абсорбція проводитися з метою санітарного очищення газів, відкидний розчин, що зливається (після знешкодження) каналізацію.
Поєднання абсорбції з десорбцією дозволяє багаторазово використовувати поглинач і виділяти компонент, що абсорбується в чистому вигляді. Для цього розчин після абсорбера направляють на десорбцію, де відбувається виділення компонента, а регенерований розчин (звільнений від компонента) знову повертають на абсорбцію. За такої схеми (круговий процес) поглинач не витрачається, якщо не брати до уваги деяких його втрат, і весь час циркулює через систему абсорбер – десорбер – абсорбер.
У деяких випадках (за наявності малоцінного поглинача) в процесі десорбції відмовляються від багаторазового застосування поглинача. При цьому регенерований в десорбері поглинач скидають у каналізацію, а абсорбер подають свіжий поглинач.
Умови, сприятливі для десорбції, протилежні до умов, що сприяють абсорбції. Для здійснення десорбції над розчином має бути помітний тиск компонента, щоб він міг виділятись у газову фазу. Поглиначі, абсорбція яких супроводжується незворотною хімічною реакцією, не піддаються регенерації шляхом десорбції. Регенерацію таких поглиначів можна проводити хімічним методом.
Області застосування абсорбційних процесів у хімічній та суміжних галузях промисловості дуже великі. Деякі з цих областей наведені нижче:
Одержання готового продукту шляхом поглинання газу рідиною. Прикладами можуть бути: абсорбція SO 3 у виробництві сірчаної кислоти; абсорбція HCl з одержанням соляної кислоти; абсорбція оксидів азоту водою (виробництво азотної кислоти) або лужними розчинами (отримання нітратів) тощо. При цьому абсорбція проводиться без десорбції.
Поділ газових сумішей виділення одного чи кількох цінних компонентів суміші. У цьому випадку застосовуваний поглинач повинен мати більшу поглинальну здатність по відношенню до видобутого компонента і можливо меншу по відношенню до інших складових частин газової суміші (виборча, або селективна, абсорбція). При цьому абсорбцію зазвичай поєднують із десорбцією у круговому процесі. Як приклади можна навести абсорбцію бензолу з коксового газу, абсорбцію ацетилену з газів крекінгу або піролізу природного газу, абсорбцію бутадієну з контактного газу після розкладання етилового спирту і т.п.
Очищає газ від домішок шкідливих компонентів. Таке очищення здійснюється насамперед з метою видалення домішок, не допустимих при подальшій переробці газів (наприклад, очищення нафтових та коксових газів від H 2 S, азотно-водневої суміші для синтезу аміаку від CO 2 та CO, осушення сірчистого газу у виробництві контактної сірчаної кислоти і т.д.). Крім того, проводять санітарне очищення газів, що випускаються в атмосферу (наприклад, очищення топкових газів від SO 2 ; очищення від Cl 2 абгазу після конденсації рідкого хлору; очищення від фтористих сполук газів, що виділяються при виробництві мінеральних добрив і т.п.).
У цьому випадку видобутий компонент зазвичай використовують, тому його виділяють шляхом десорбції або направляють розчин на відповідну переробку. Іноді, якщо кількість компоненту, що видобувається, дуже мало і поглинач не представляє цінності, розчин після абсорбції скидають в каналізацію.
Уловлювання цінних компонентів з газової суміші для запобігання їх втрат, а так само з санітарних міркувань, наприклад, рекуперація летючих розчинників (спирти, кетони, ефіри та ін.).
Слід зазначити, що для поділу газових сумішей, очищення газів та уловлювання цінних компонентів поряд з абсорбцією застосовують та інші способи: адсорбцію, глибоке охолодження та ін. Вибір того чи іншого способу визначається техніко-економічними міркуваннями. Зазвичай абсорбція переважно у тих випадках, коли не потрібно дуже повного вилучення компонента.
При абсорбційних процесах масообмін відбувається на поверхні зіткнення фаз. Тому абсорбційні апарати повинні мати розвинену поверхню зіткнення між газом та рідиною. Виходячи із способу створення цієї поверхні абсорбційні апарати можна підрозділити наступні групи:
а) Поверхневі абсорбери, у яких поверхнею контакту між фазами є дзеркало рідини (власне поверхневі абсорбери) або поверхня поточної плівки рідини (плівкові абсорбери). До цієї ж групи належать насадкові абсорбери, в яких рідина стікає по поверхні завантаженої в абсорбер насадки з тіл різної форми (кільця, шматковий матеріал і т. д.), та механічні плівкові абсорбери. Для поверхневих абсорберів поверхня контакту певною мірою визначається геометричною поверхнею елементів абсорбера (наприклад, насадки), хоча в багатьох випадках і не дорівнює їй.
б) Барботажні абсорбери, в яких поверхня контакту розвивається потоками газу, що розподіляється в рідині у вигляді пухирців та струмків. Такий рух газу (барботаж) здійснюється шляхом пропускання його через заповнений рідиною апарат (суцільний барботаж) або апаратах колонного типу з різного типу тарілками. Подібний характер взаємодії газу та рідини спостерігається також у насадкових абсорберах із затопленою насадкою.
У цю групу входять барботажні абсорбери з перемішуванням рідини механічними мішалками. У барботажних абсорберах поверхня контакту визначається гідродинамічним режимом (витратами газу та рідини).
в) розпилюючі абсорбери, в яких поверхня контакту утворюється шляхом розпилення рідини в масі газу на дрібні краплі. Поверхня контакту визначається гідродинамічний режим (витратою рідини). До цієї групи відносяться абсорбери, в яких розпилення рідини проводиться форсунками (форсункові, або порожнисті, абсорбери), в струмі газу, що рухається з великою швидкістю (швидкісні прямоточні розпилювальні абсорбери) або механічними пристроями, що обертаються (механічні розпилювальні абсорбери).
Абсорбція - процес поділу газових сумішей за допомогою рідких поглиначів - абсорбентів. Якщо газ, що поглинається (абсорбтив) хімічно не взаємодіє з абсорбентом, то абсорбцію називають фізичною (не поглинається складову частину газової суміші називають інертом, або інертним газом). Якщо ж абсорбтив утворює з абсорбентом хімічну сполуку, процес називають хемосорбцией. У техніці найчастіше зустрічається поєднання обох видів абсорбції.
Фізична абсорбція (або абсорбція) зазвичай оборотна. На цій властивості абсорбційних процесів ґрунтується виділення поглиненого газу з розчину - десорбція.
Поєднання абсорбції та десорбції дозволяє багаторазово застосовувати поглинач та виділяти поглинений газ у чистому вигляді. Часто десорбцію проводити не обов'язково, оскільки отриманий внаслідок абсорбції розчин є кінцевим продуктом, придатним для подальшого використання.
У промисловості абсорбцію застосовують на вирішення наступних основних завдань:
1) для отримання готового продукту (наприклад, абсорбція SO 3 у виробництві сірчаної кислоти); при цьому абсорбцію проводять без десорбції;
2) для виділення цінних компонентів із газових сумішей (наприклад, абсорбція бензолу з коксового газу); при цьому абсорбцію проводять у поєднанні з десорбцією;
3) для очищення газових викидів від шкідливих домішок (наприклад, очищення газів топок від SО 2). У цих випадках компоненти, що витягуються з газових сумішей, зазвичай використовують, тому їх виділяють десорбцією;
4) для осушення газів.
Апарати, у яких проводять процеси абсорбції, називають абсорбер.
Рівновага в процесі абсорбції
Для ідеальних газів справедливий закон Генрі:
Закон Генрі: парціальний тиск компонента газової суміші над розчином пропорційно моль частці цього компонента в розчині при досягненні рівноваги. Константа Генрі ( Е) збільшується зі зростанням температури.
За законом Дальтона парціальний тиск компонента газової суміші пропорційно його мольної частки в газовій суміші:
,
де P– загальний тиск.
Поєднуючи закони Генрі та Дальтона, можна встановити вплив умов на розчинність газу в рідині: 
.
Таким чином, зі збільшенням тиску в абсорбері та зниженням температури розчинність зростає.
Що гірше розчиняється газ, то більше підвищують тиск.
При розчиненні добре розчинних газів немає потреби у великому підвищенні тиску, але необхідно відводити тепло, яке у цьому випадку виділяється у великій кількості.
Конструкції абсорберів вибираються з урахуванням розчинності газів. Наприклад, для добре розчинних (аміак-вода) можна використовувати абсорбери-теплообмінники. Для погано розчинних необхідна розвинена поверхня контакту фаз, тому застосовують насадкові, тарілчасті абсорбери.
