Раздел 7. Массообмен

Глава 16. Основные законы равновесных систем и

уравнение массопередачи.

16.1. Основные теории массопередачисистемы

Для понимания расчета процессов перегонки и ректификации необходимо ознакомиться с закономерностями равновесия систем пар – жидкость.

Двухкомпонентный (бинарные) смеси жидкостей можно разделить на три группы :взаимно растворимые в любых отношениях , частично растворимые и взаимно нерастворимые. Взаимная растворимость жидкостей изменяется с температурой, увеличиваясь, как правило, с повышением температуры. Полностью взаимно нерастворимых жидкостей нет. Однако при малой растворимости можно считать, что жидкости взаимно нерастворимы.

Закон Генри. Этот закон соблюдается для разбавленных растворов и формулируется следующим образом: парциальное давление компонентов прямо пропорционально его мольной концентрации:

p_i = K_ix_i^/. (16.1)

Объединяя уравнение (16) с законом Дальтона: p_см.=∑p_i

p_i= π y_i^/,

получим:

у_i^/ = х_i^/ = Н_iх_i^/, (16.2)

где Н_i – константа Генри.

Закон Рауля. Парциальное давление компонента идеального жидкого раствора равно произведению давления насыщенных паров при данной температуре на мольную концентрацию компонента жидкой фазе:

p_i=P_i х_i^/, (16.3)

C учетом закона Дальтона получим:

У_i^/ = х_i^/ = K_ix_i^/, (16.4)

где K_i – константа фазового равновесия данного компонента смеси.

Для идеальных растворов

K_i = P_i/π. (16.5)

В общем случае K_i зависит от давления, температуры, и свойств компонента (нормальный, непредельный, циклический и т.п.).

16. 2. Абсорбция и десорбция

1. Сущность процесса абсорбции и десорбции

Абсорбция – процесс избирательного поглощения компонентов газовой смеси жидким поглотителем (абсорбентом). Процесс выделения из абсорбента поглощенных компонентов газа называется десорбцией.

В отличии от процесса ректификации абсорбция происходит в основном однонаправлено, т.е. из газа извлекаются соответствующие компоненты, а из абсорбента в газовую фазу они практически не переходят. Аналогичное замечание относится и к десорбции.

В нефте- и газоперерабатывающей промышленности процесс абсорбции применяют для разделения, осушки и очистки углеводородных газов; из природных и попутных газов извлекают этан, бутан и компоненты бензина, сероводород (хемосорбция^*); разделяют газы пиролиза и каталитического крекинга и т.п.

Для осуществления процесса абсорбции необходимо, чтобы парциальное давление извлекаемого компонента в газовой фазе р_г было больше, чем в абсорбенте р_ж. Разность этих давлений ∆р= р_г – р_ж определяет движущую силу процесса абсорбции. При ∆р>0 происходит процесс абсорбции, при ∆р<0 - процесс десорбции. Процесс абсорбции (десорбции) прекращается, когда система достигает состояния равновесия, т.е. р_{г =} р^*_{г =} р_ж.

Поскольку парциальное давление компонента пропорционально его концентрации, движущую силу при абсорбции (десорбции) можно измерять также разностью концентраций в газовой и жидкой фазах:∆y^/= y^/- y^/* или ∆x^/=x^/*-x^/ (см.гл.8).

Основное уравнение массопередачи при абсорбции имеет вид:

M=K_pF(р_г – р_ж) =K_yF(y^/- y^/*)=K_xF(x^/*-x^/). (16.6)