1.3 Фазовое равновесие при абсорбции и десорбции

В равновесных условиях абсорбтив распределяется между газом и жидкостью так, чтобы химические потенциалы данного вещества в соприкасающихся фазах были равны. В инженерных расчетах равновесие выражают через концентрации вещества и используют уравнения

, (уравнение Рауля) (2а)

, (уравнение Генри) (2б)

(обобщенная зависимость) (2в)

где - давление общее, насыщенных паров вещества и его равновесное парциальное давление; - коэффициент активности;

- мольная доля вещества в газовой и жидкой фазах;

- константа Генри; - константы обобщенного уравнения фазового равновесия.

Данные по фазовому равновесию получают, как правило, экспериментально и обобщают в виде таблиц, графиков, эмпирических уравнений (табл. 1, рис. 1).

Таблица 1 – Значения констант Генри для водных растворов газов, МПа

Газ	H(t), МПа
	0оС	10оС	20оС	30оС	40оС	50оС	60оС
Водород	5870	6450	6930	7390	7610	7750	7750
Кислород	2570	3320	4050	4810	5560	5960	6380
Двуокись углерода	73,7	106	144	188	236	287	345
Хлор	27,2	39,6	53,6	67,0	80,0	90,3	97,5

Рисунок 1 – Парциальное давление HCl (в Па) над соляной кислотой при разных температурах.

Так, из рисунка 1 следует, что при парциальном давлении HCl в газе рHCl=100 Па (lgрHCl=2,0) и температуре 20оС равновесная концентрация соляной кислоты составляет 23, а при температуре t=80оС – 10 % масс. Над 30% соляной кислотой при температуре 60оС равновесное парциальное давление паров хлористого водорода составляет рHCl = 104,217=16500 Па.

Рисунок 2 – Направление процессов абсорбции и десорбции: х – концентрация абсорбтива в жидкости, y – то же в газе.

На диаграмме у-х (рис. 2), линия фазового равновесия изображает границу областей процессов абсорбции и десорбции. Когда фигуративная точка состояния системы N1 располагается над линией фазового равновесия, то абсорбтив переходит из газовой фазы в жидкую (абсорбция). Содержание абсорбтива в газе уменьшается, в жидкости – возрастает. Если фигуративная точка системы N2 располагается ниже линии фазового равновесия, то протекает обратный процесс десорбции.

1.4 Движущая сила массообменных процессов

Движущей силой массопереноса в пределах одной фазы является разность концентраций абсорбтива внутри потока и на границе раздела фаз, рис. 3,

. (3)

На самой границе раздела фаз концентрации являются равновесными и фигуративная точка N_гр располагается на линии фазового равновесия (рис. 3).

Движущей силой массообмена между фазами является разность химических потенциалов абсорбтива в контактирующих фазах за пределами диффузионных пограничных слоев.

Рисунок 3 – Изменение концентраций абсорбтива в фазах и движущая сила процесса.

Движущая сила может быть выражена как через концентрации газовой или жидкой фазы, так и через парциальное давление

(абсорбция); (4а)

(десорбция); (4б)

. (4в)

Из выражения (4в) следует, что движущая сила р* возрастает при увеличении общего давления Р_∑ и снижении температуры t.