Определение явления абсорбции и его применение

                      Ташкентская Медицинская  Академия 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Самостоятельная Работа 

                                   По химии на тему:

«Определение  явления абсорбции  и его применение» 
 
 
 
 
 

                                                               Выполнила:  студентка 102 «А» группы

                                                                                      Лечебного факультета

                                                                                                 Пак Наталья 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                   Ташкент 2011

                                                   Введение 

     Абсорбцией  называют процесс поглощения газа жидким поглотителем, в котором газ растворим в той или иной степени. Обратный процесс - выделение растворенного газа из раствора - носит название десорбции.

     В абсорбционных процессах (абсорбция, десорбция) участвуют две фазы - жидкая и газовая, и происходит переход вещества из газовой фазы в жидкую (при абсорбции) или, наоборот, из жидкой фазы в газовую (при десорбции). Таким образом, абсорбционные процессы являются одним из видов процессов массопередачи.

     Промышленное  проведение абсорбции может сочетаться или не сочетаться с десорбцией. Если десорбцию не производят, поглотитель используется однократно. При этом в результате абсорбции получают готовый продукт, полупродукт или, если абсорбция проводится с целью санитарной очистки газов, отбросный раствор, сливаемый (после обезвреживания) в канализацию.

     Сочетание абсорбции с десорбцией позволяет многократно использовать поглотитель и выделять абсорбированный компонент в чистом виде. Для этого раствор после абсорбера направляют на десорбцию, где происходит выделение компонента, а регенерированный (освобожденный от компонента) раствор вновь возвращают на абсорбцию. При такой схеме (круговой процесс) поглотитель не расходуется, если не считать некоторых его потерь, и все время циркулирует через систему абсорбер - десорбер - абсорбер.

     В некоторых случаях (при наличии  малоценного поглотителя) в процессе проведения десорбции отказываются от многократного применения поглотителя. Пои этом регенерированный в десорбере поглотитель сбрасывают в канализацию, а в абсорбер подают свежий поглотитель.

     Поглотители, абсорбция в которых сопровождается необратимой химической реакцией, не поддаются регенерации путем десорбции. Регенерацию таких поглотителей можно производить химическим методом.

     При абсорбционных процессах массообмен происходит на поверхности соприкосновения фаз. Поэтому абсорбционные аппараты должны иметь развитую поверхность соприкосновения между газом и жидкостью. Исходя из этого, абсорбционные аппараты можно подразделить на следующие группы:

     а) Поверхностные абсорберы, в которых  поверхностью контакта между фазами является зеркало жидкости (собственно поверхностные абсорберы) или поверхность текущей пленки жидкости (пленочные абсорберы). К этой же группе относятся насадочные абсорберы, в которых жидкость стекает по поверхности загруженной в абсорбер насадки из тел различной формы (кольца., кусковой материал и т. д.), и механические пленочные абсорберы. Для поверхностных абсорберов поверхность контакта в известной степени определяется геометрической поверхностью элементов абсорбера (например, насадки), хотя во многих случаях и не равна ей.

     б) Барботажные абсорберы. в которых  поверхность контакта развивается  потоками газа. распределяющегося в жидкости в виде пузырьков и струек. Тaкое движение газа (барботаж) осуществляется путем пропускания его через заполненный жидкостью аппарат (сплошной барботаж) либо в аппаратах колонного типа с колпачковыми, ситчатыми или провальными тарелками. Подобный характер взаимодействия газа и жидкости наблюдается также в насадочных абсорберах с затопленной насадкой. В эту же группу входят барботажные абсорберы с перемешиванием жидкости механическими мешалками. В барботажных абсорберах поверхность контакта определяется гидродинамическим режимом (расходами газа и жидкости).

     в) Распыливающие абсорберы, в которых  поверхность контакта образуется путем  распыления жидкости в массе газа на мелкие капли. Поверхность контакта определяется гидродинамическим режимом (расходом жидкости). К этой группе относятся абсорберы, в которых распыление жидкости производится форсунками (форсуночные, или полые, абсорберы), в токе движущегося с большой скоростью газа (скоростные прямоточные распыливающие абсорберы) или вращающимися механическими устройствами (механические распыливающие абсорберы).

     Приведенная классификация абсорбционных аппаратов  является условной, так как отражает не столько конструкцию аппарата, сколько характер поверхности контакта. Один и тот же тип аппарата в зависимости от условий работы может оказаться при этом в разных группах. Например, насадочные абсорберы могут работать как в пленочном, так и в барботажном режимах В аппаратах с барботажными тарелками возможны режимы, когда происходит значительное распыление жидкости и поверхность контакта образуется в основном каплями.

     Области применения абсорбционных процессов  в химической и смежных отраслях промышленности весьма обширны. Некоторые из этих областей указаны ниже:

     1. Получение готового продукта  путем поглощения газа жидкостью.  Примерами могут служить: абсорбция  SO₃ в производстве серной кислоты; абсорбция НCl с получением соляной кислоты; абсорбция окислов азота водой (производство азотной кислоты) или щелочными растворами (получение нитратов) и т.д. При этом абсорбция проводится без последующей десорбции.

     2. Разделение газовых смесей для  выделения одного или нескольких  ценных компонентов смеси. В этом случае применяемый поглотитель должен обладать возможно большей поглотительной способностью по отношению к извлекаемому компоненту и возможно меньшей по отношению к другим составным частям газовой смеси (избирательная, или селективная, абсорбция). При этом абсорбцию обычно сочетают с десорбцией в круговом процессе. В качестве примеров можно привести абсорбцию бензола из коксового газа, абсорбцию ацетилена из газов крекинга или пиролиза природного газа, абсорбцию бутадиена из контактного газа после разложения этилового спирта и т. п.

     3. Очистка газа от примесей вредных  компонентов. Такая очистка осуществляется прежде всего с целью удаления примесей, не допустимых при дальнейшей переработке газов (например, очистка нефтяных и коксовых газов от H₂S очистка азотоводородной смеси для синтеза аммиака от СО₂ и СО, осушка сернистого газа в производстве контактной серной кислоты и т. д.). Кроме того, производят санитарную очистку выпускаемых в атмосферу отходящих газов (например, очистка топочных газов от SO₂; очистка от Сl₂ абгаза после конденсации жидкого хлора; очистка от фтористых соединений газов, выделяющихся при производстве минеральных удобрений, и т.п.). В рассматриваемом случае извлекаемый компонент обычно используют, поэтому его выделяют путем десорбции или направляют раствор на соответствующую переработку. Иногда, если количество извлекаемого компонента очень мало и поглотитель не представляет ценности, раствор после абсорбции сбрасывают в канализацию.

     4. Улавливание ценных компонентов  из газовой смеси для предотвращения их потерь, а также по санитарным соображениям, например рекуперация летучих растворителей (спирты, кетоны, эфиры и др.).

     Следует отметить, что для разделения газовых смесей, очистки газов и улавливания ценных компонентов наряду с абсорбцией применяют и иные способы: адсорбцию, глубокое охлаждение и др. Выбор того или иного способа определяется технико-экономическими соображениями. Обычно абсорбция предпочтительнее в тех случаях, когда не требуется очень полного извлечения компонента. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     АБСОРБЦИЯ газов (лат. absorptio, от absorbeo-поглощаю), объемное поглощение газов и паров жидкостью (абсорбентом) с образованием раствора. Применение абсорбции в технике для разделения и очистки газов, выделения паров из паро-газовых смесей основано на различной растворимости газов и паров в жидкостях. Процесс, обратный абсорбции, называется десорбцией; его используют для выделения из раствора поглощенного газа и регенерации абсорбента. Поглощение газов металлами (напр., водорода палладием) наз. окклюзией. Абсорбция - частный случай сорбции.

    Различают  физическую и химическую абсорбцию. При физической абсорбции энергия взаимодействия молекул газа и абсорбента в растворе не превышает 20 кДж/моль. При химической абсорбции (или абсорбция с хим. реакцией, часто наз. хемосорбцией) молекулы растворенного газа реагируют с активным компонентом абсорбента - хемосорбентом (энергия взаимодействия молекул более 25 кДж/моль) либо в растворе происходит диссоциация или ассоциация молекул газа. Промежуточные варианты абсорбции характеризуются энергией взаимодействия молекул 20-30 кДж/моль. К таким процессам относится растворение с образованием водородной связи, в частности абсорбция ацетилена диметилформамидом.  

    Статика абсорбции. Характеризует термодинамическое равновесие раствора с паро-газовой смесью, а также материальный и энергетический балансы процесса. При физичес-кой абсорбции с образованием идеального раствора для растворителя и растворенного газа во всем интервале изменения состава в соответствии с законом Рауля растворимость газа:

где Р°2- давление паров над чистым сжиженным газом  при данной т-ре системы; р2 - парциальное  давление газа; звездочкой обозначаются параметры вещества в условиях равновесия. Индексы "1" и "2" относятся соотв. к растворителю и газу. Идеальная раство-римость x*2 зависит только от температуры, свойства растворителя влияния на нее не оказывают.

   Зависимость  растворимости газов х*2 от их парциального давления при физ. абсорбции в бесконечно разбавленном растворе (х2 >0) и при низких давлениях Р в системе описывается законом Генри (рис. 1, прямые 1-3):  

где КH-коэф. Генри, изменяющийся с изменением т-ры. Если абсорбция проводится под давлением, но х*2 >0, растворимость газа можно рассчитать по уравнению Кричевского - Казарновского:  

где Кф - коэффициент физической растворимости, равный КH при х2-> 0 и Р-> -> 0; f*2-летучесть газа; -парциальный мольный объем растворенного газа в жидкой фазе при бесконечном разбавлении; R- универсальная газовая постоянная; Po1-давление насыщен-ноых паров чистого растворителя при абсолютной температуре системы Т. Если 0 < х*2 (0,05-0,1) молярной доли (разбавленные растворы), то при низких давлениях справедливо уравнение Сеченова:  

где А1,2-коэфициент, не зависящий от состава раствора.

Рис. 1. Зависимость растворимости х2* некоторых газов в жидкостях парциального давления газов над растворами: I- СО2 в воде при 20 °С; 2-СО2 в пропилен карбонате при 25 С; 3 С2Н4 в диметилформамиде при 25 °С; 4-СО, в водном растворе, содержащем 25% К2СО3 и 10% диэтаноламина при 60°C 5-СО, в 2,5 н водном растворе моноэтаноламина при 20°С; х2* - в м3 газа (при нормальных условиях - 20°С и 0,1 МПа) на 1 м3 жидкости.  

Рис. 2. Зависимость коэффициента Генри (в мм рт. ст./молярные доли) для растворов газов в додекане от температуры.  
 

Зависимость растворимости  газа от температуры как при физической, так и при химичес-кой абсорбции приближенно описывается уравнением:  

где -тепловой эффект растворения газа. Если раствор при абсорбции нагревается . С изменением температуры обычно либо остается постоянной, либо незначительно изменяется. Растворимость газа в смешанном растворителе (содержащем малополярные компоненты) можно оценить по соотношению:  

где КНси, КН.N - коэффициент Генри соответственно для газа в смеси растворителей и для растворов этого газа в чистых компонентах растворителя; - коэффициент активности компонентов растворителя (молярные доли относятся к смеси растворителей, свободной от растворенного газа).