Что такое абсорбция в химии. Коэффициент абсорбции. Области применения абсорбционных процессов

01.08.2023

Введение

За последние годы актуальность данной темы значительно выросла в области химической отрасли, так как процесс абсорбции в химической промышленности может выступать в качестве очистного оборудования для удаления примесей в газовых смесях, исключая большие потери ценного материала.

Целью данной работы: изучение процессов абсорбции и ознакомится с оборудованием, в котом проходят процессы абсорбции.

Задача работы: анализ оборудования для выявление параметров, которые могут повлиять на выбор абсорберов, используя материальный баланс процесса.

Процесс абсорбции

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.

Абсорберы

Аппараты, в которых проводят процессы абсорбции, называют абсорберами.

При абсорбционных процессах массообмен происходит на поверхности соприкос-новения 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).

Тарельчатые колонны со сливными устройствами. В этих колоннах перелив жидкости тарелки на тарелку осуществляется при помощи специальных устройств - сливных трубок, карманов и т. п. Нижние концы трубок погружены в стакан на нижерасположенных тарелках и образуют гидравлические затворы, исключающие возможность прохождения газа через сливное устройство.

Рис. 1 - Тарельчатая колона со сливными устройствами: 1 - тарелка; 2 - сливные устройства

Принцип работы колонн такого типа виден из рис.1, где в качестве примера показан абсорбер с ситчатыми тарелками. Жидкость поступает на верхнюю тарелку 1, сливается с тарелки на тарелку через переливные устройства 2 и удаляется из нижней части колонны. Газ поступает в нижнюю часть аппарата, проходит последовательно сквозь отверстия или колпачки каждой тарелки. При этом газ распределяется виде пузырьков и струй в слое жидкости на тарелке, образуя на ней слой пены, являющийся основной областью массообмена и теплообмена на тарелке. Отработанный газ удаляется сверху колонны.

Переливные трубки располагают на тарелках таким образом, что жидкость на соседних тарелках протекала во взаимнопротивоположных направлениях. За последнее время все шире применяют сливные устройства в виде сегментов, вырезанных в тарелке и ограниченных порогом - переливом.

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

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

Получение готового продукта путем поглощения газа жидкостью. Примерами могут служить: абсорбция SO3 в производстве серной кислоты; абсорбция НС1 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.

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.

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 Н2S, очистка азотно-водородной 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 отSO2; очистка от С12 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.

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 газ очистка

Материальный баланс процесса абсорбции

Материальный баланс и расход абсорбента. Примем расходы фаз по высоте аппарата постоянными и выразим содержание поглощаемого газа в относительных мольных концентрациях.

Обозначим: G - расход инертного газа, кмоль/сек;ни Yк - начальная и конечная концентрации абсорбтива в газовой смеси, кмоль/кмоль инертного газа;расход абсорбента, кмоль/сек; его концентрации Хн и Хк, кмоль/кмоль абсор-бента.

Тогда уравнение материального баланса будет:

(1)

Отсюда общий расход абсорбента (в кмоль/сек)

(2)

а его удельный расход (в кмоль/кмоль инертного газа)

(3)

Это уравнение можно переписать так:

(4)

Уравнение (4) показывает, что изменение концентрации в абсорбционном аппарате происходит прямолинейно и, следовательно, в координатах Y -X рабочая линия процесса абсорбции представляет собой прямую с углом наклона, тангенс которого равен . Между удельным расходом абсорбента и размерами аппарата существует определенная связь. Через точку В с координатами Хн и Yк (рисунок 2) проведем, согласно уравнению (4), рабочие линии ВА, ВА1, ВА2, ВА3, отвечающие различным концентрациям абсорбента или разным удельным его расходам. При этом точки А, А1, А2, А3 будут лежать на одной горизонтальной прямой в соответствии с заданной начальной концентрацией Yн газа в смеси.

Рисунок 2 - К определению удельного расхода абсорбента

В случае растворов небольшой концентрации для любого значения Х и выбранной величины движущая сила процесса выражается разность ординат Y-Y*, изображенных вертикальными отрезками, соединяющими соответствующие точки рабочей линии и линии равновесия.

Для всего аппарата можно принять среднее значение?Yср, величин: которого, например для рабочей линии BA1изображена на рисунке отрезком?Yср1. Величина?Yср будет тем больше, чем круче наклон рабочих линий и, следовательно, чем больше удельный расход абсорбента. Если рабочая линия ВА совпадает с вертикалью, то движущая сила процесса имеет максимальное значение, однако удельный расход абсорбента при этом будет бесконечно большим (так как Хк = Хн). Если же линия рабочих концентраций ВА3 касается линии равновесия, то удельный расход абсорбента минимален(l= lmin), а движущая сила в точке касания равна нулю, поскольку в этой точке рабочая концентрация равна равновесной. В первом случае размеры абсорбционного аппарата будут наименьшими при бесконечно большом расходе абсорбента, во втором - расход абсорбента наименьший при бесконечно больших размерах аппарата. Таким образом, оба случая являются предельными и практически неосуществимы.

В реальном абсорбционном аппарате равновесие между фазами не достигается и всегда Хк < Х*к, где Х*к - концентрация поглощаемого газа в жидкости, находящейся в равновесии с поступающим газом. Отсюда следует, что значение l всегда должно быть больше минимального значения lmin отвечающего предельному положению рабочей линии (линия BA3 на рисунке 2).

Значение lmin можно определить по уравнению (3) при замене Хк на Х*к:

(5)

Необходимо отметить, что увеличение удельного расхода l абсорбента одновременно со снижением высоты аппарата приводит к определенному увеличению его диаметра. Это объясняется тем, что с увеличением l возрастает также расход поглотителя L, а при этом, как показано ниже, снижаются допустимые скорости газа в аппарате, по которым находят его диаметр. Вот почему в тех случаях, когда удельный расход абсорбента не задан технологическими условиями, т. е. когда не задана конечная концентрация Хк абсорбента, следует выбирать такое соотношение между размерами абсорбционного аппарата и удельным расходом l абсорбента, при котором величина l и размеры аппарата будут оптимальными.

Оптимальный удельный расход поглотителя lопт может быть найден только с помощью технико-экономического расчета.

Заключение

Проблемы, с которыми столкнулась при выполнении данной работы, что настоящее время еще нет вполне надежного метода, позволяющего определять коэффициент массопередачи путем расчета либо на основе лабораторных или модельных опытов. Однако для некоторых типов аппаратов можно найти коэффициенты массопередачи с достаточно большой точностью при помощи расчета или сравнительно простых опытов.

Другой не маловажной проблемой является выбор вида и размеров абсорбера (например, диаметр и высота),который определяют путем расчета, исходя из заданных условий работы (производительность, требуемая степень извлечения компонента и т.д.). Для расчета необходимы сведения по статике и кинетике процесса. Данные по статике находят из справочных таблиц, рассчитывают при помощи термодинамических параметров или определяют опытным путем. Данные по кинетике в значительной степени зависят от типа аппарата и режима его работы. Наиболее надежны результаты экспериментов, проведенных при тех же условиях. В ряде случаев подобные данные отсутствуют, и приходится прибегать к расчету или опытам.

Вывод: процесс абсорбции в настоящее время актуальная тема для химической промышленности,так как сочетание абсорбции с десорбцией позволяет многократно использовать поглотитель и выделять абсорбированный компонент в чистом виде. При такой схеме (круговой процесс) поглотитель не расходуется, если не считать некоторых его потерь, и все время циркулирует через систему абсорбер - десорбер - абсорбер.

Список литературы

1. Э. Игнатович. Химическая техника. Процессы и аппараты. Часть 2. Москва: Техносфера, 2007.

. «Расчет тарельчатых абсорбционных колонн» под ред. В А. Иванова, Москва, 1985.

. «Основные процессы и аппараты химической технологии», пособие по проектированию под ред. Ю.И. Дытнерского. М, «Химия» 1991 г.

К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков. «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии». Л., «Химия», 1976г.

А.А. Лащинский, А.Р. Толчинский. «Основы конструирования и расчета химической аппаратуры». М., 1968 г.

Отраслевой стандарт ОСТ 26-808-73.

Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.

absorption) - (в физиологии) поглощение, всасывание жидкости или других веществ тканями человеческого тела. Переваренная пища всасывается пищеварительным трактом и поступает затем в кровь и лимфу. Больше всего питательных веществ всасывается в тонкой кишке - в составляющих ее тощей и подвздошной кишке, однако алкоголь может легко всасываться и из желудка. Тонкая кишка выстлана изнутри мельчайшими пальцевидными выпячиваниями (см. Ворсинка), которые значительно увеличивают площадь ее поверхности, в результате чего всасывание продуктов пищеварения значительно ускоряется. См. также Ассимиляция, Пищеварение.

Абсорбция

Словообразование. Происходит от лат. absorptio - поглощение.

Специфика. Восприимчивость индивида к особым состояниям сознания (гипнозу, наркотикам, медитации). В обычных ситуациях проявляется в повышении уровня фантазирования. Показано, что абсорбция связана с другими личностными характеристиками (положительно - с разноплановостью мотивов, социальной приспособляемостью, образностью мышления, коммуникативностью, тревожностью, а также со слабостью и динамичностью нервной системы; отрицательно - с самоконтролем, социальным статусом в малой группе, уровнем притязаний, а также с подвижностью нервной системы).

Литература. Гримак Л.П. Моделирование состояний человека в гипнозе. М.: Наука, 1978;

Pekala R.J., Wenger C.F., Levine P. Individual differences in phenomenological experience: states of consciousness as a function of absorption // J. Pers. and Soc. Psychol. 1985, 48, N 1, p. 125-132

АБСОРБЦИЯ

1. При исследовании сенсорных процессов, поглощение рецептором химического, электромагнитного или другого физического стимула. Например, см. спектральная абсорбция. 2. Занятость, поглощенность какой-то деятельностью. Оттенок значения может быть положительным, когда внимание субъекта сосредоточено на выполнении какой-то задачи, или отрицательным, когда поглощение внимания рассматривается как уход от действительности.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Абсорбцией называют процесс поглощения вещества (сорбата) другим веществом (сорбентом).

Наиболее часто в технике используют абсорбцию газов или паров жидкостями. Процесс абсорбции является обратимым и избирательным. В процессе физической абсорбции не происходят химические реакции. Существует еще хемосорбция.

Процесс абсорбции сопровождается увеличением массы и объема абсорбента, так же изменяются другие его физические параметры. Возможно даже изменение агрегатного состояния.

Абсорбция отличается от адсорбции тем, что в первом случае происходит поглощение во всем объеме сорбента.

Причиной абсорбции является взаимное притяжение молекул абсорбента и абсорбирующего веществ.

Определение

В соответствии с законом Дальтона, если в жидкости растворяется смесь газов, то каждый компонент смеси растворяется пропорционально своему парциальному давлению не зависимо от остальных газов. Коэффициентом абсорбции называют степень растворения газа в жидкости. Различают несколько коэффициентов абсорбции: Бунзена, Ван-Слайка, Освальда. Наиболее часто применяется коэффициент Бунзена.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Коэффициент абсорбции газа (по Бузену) в жидкости при температуре t o равен объему газа, который измерен при нормальных условиях (Па), поглощенному единицей объема жидкости, когда давление газа над жидкостью равно 1 атм.. Его часто обозначают буквой

Коэффициенты абсорбции газов водой находят, используя формулу:

где — температура газа; , , — постоянные коэффициенты, для каждого газа свои и могут изменяться в зависимости от температуры.

Так, коэффициент абсорбции по Бунзену для абсорбции: водой кислорода равен , водой азота ; водой углекислого газа

Коэффициент абсорбции по Освальду (коэффициент растворимости) при температуре t o С и парциальном давлении газа над жидкостью при равновесии p атм. равен объему газа, который измерен без приведения к нормальным условиям, растворившийся в единичном объеме жидкости. Его чаще обозначают буквой .

Процесс и результат абсорбции газов жидкостями является зависимым от вида газа и жидкости, давления газа и его температуры. Существует закон, называемый законом Генри, в соответствии с которым концентрация газа (с), который растворен в жидкости, связана с давлением (p) при помощи формулы:

где , если концентрация выражена в объеме газа, который приведен к нормальным условиям, который растворился в единичном объеме жидкости, давление приведено в атмосферах. То есть численное значение коэффициента k зависит от единиц, в которых выражены давление и концентрация. Иначе говоря, растворимость данного газа в жидкости при постоянной температуре прямо пропорциональна его давлению в газовой фазе. Закон Генри применяют для газов с малой растворимостью.

Единицы измерения коэффициента абсорбции

Коэффициент абсорбции величина безразмерная.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Коэффициент абсорбции по Освальду для в воде при равен . Какая масса углекислого газа растворится в 1 л воды при той же температуре и давлении 4 атм.

Решение

В 1 литре воды растворяется 1,8 углекислого газа при давлении в одну атмосферу. При давлении в 4 атмосферы растворится тоже 1,8 л Однако они при давлении 1 атм. займут объем равный:

(л)

Граммоль при н.у занимает объем 22, 4 л и имеет массу 44 г. Следовательно, объем углекислого газа равный 7, 2 л имеет массу:

(г)

Ответ

m=14,2 г

ПРИМЕР 2

Задание

В резервуаре над водой находится смесь кислорода и углекислого газа (рис.1). В смеси 75 % кислорода (по объему). Какой состав газовой смеси, растворенной в воде при , если коэффициенты абсорбции для данных газов по Освальду равны: и ?

В технике и химической технологии чаще всего встречается абсорбция (поглощение, растворение) газов жидкостями. Но известны и процессы абсорбции газов и жидкостей кристаллическими и аморфными телами (например, абсорбция водорода металлами, абсорбция низкомолекулярных жидкостей и газов цеолитами, абсорбция нефтепродуктов резинотехническими изделиями и т.п.).

Часто в процессе абсорбции происходит не только увеличение массы абсорбирующего материала, но и существенное увеличение его объема (набухание), а также изменение его физических характеристик – вплоть до агрегатного состояния.

На практике абсорбция чаще всего применяется для разделения смесей, состоящих из веществ, имеющих различную способность к поглощению подходящими абсорбентами. При этом целевыми продуктами могут быть как абсорбировавшиеся, так и не абсорбировавшиеся компоненты смесей.

Обычно в случае физической абсорбции абсорбировавшиеся вещества могут быть вновь извлечены из абсорбента посредством его нагревания, разбавления неабсорбирущей жидкостью или иными подходящими способами. Регенерация химически абсорбированных веществ также иногда возможна. Она может быть основана на химическом или термическом разложении продуктов химической абсорбции с высвобождением всех или некоторых из абсорбированных веществ. Но во многих случаях регенерация химически абсорбированных веществ и химических абсорбентов бывает невозможной или технологически/экономически нецелесообразной.

Явления абсорбции широко распространены не только в промышленности, но и в природе (пример - набухание семян), а также в быту. При этом они могут приносить как пользу, так и вред (например, физическая абсорбция атмосферной влаги приводит к набуханию и последующему расслоению деревянных изделий, химическая абсорбция кислорода резиной - к потере ею эластичности и растрескиванию).

Следует отличать абсорбцию (поглощение в объёме) от адсорбции (поглощения в поверхностном слое). Из-за схожести написания и произношения, а также близости обозначаемых понятий эти термины часто путают.

Виды абсорбции

Различают физическую абсорбцию и хемосорбцию.

При физической абсорбции процесс поглощения не сопровождается химической реакцией.

При хемосорбции абсорбируемый компонент вступает в химическую реакцию с веществом абсорбента.

Абсорбция газов

Всякое плотное тело сгущает довольно значительно прилегающие непосредственно к его поверхности частицы окружающего его газообразного вещества. Если такое тело пористо, как, например, древесный уголь или губчатая платина , то это уплотнение газов имеет место и по всей внутренней поверхности его пор, а тем самым, следовательно, и в гораздо более высокой степени. Вот наглядный пример этого: если взять кусок свежепрокалённого древесного угля, бросить его в бутылку, содержащую углекислый или другой газ, и закрыв её сейчас же пальцем, опустить отверстием вниз в ртутную ванну, то мы вскоре увидим, что поднимается и входит в бутылку; это прямо доказывает, что уголь поглотил углекислоту или иначе наступило уплотнение, абсорбция газа.

При всяком уплотнении выделяется тепло; поэтому, если уголь растереть в порошок, что, например, практикуется при фабрикации пороха , и оставить лежать в куче, то от происходящего здесь поглощения воздуха масса так нагревается, что может произойти самовоспламенение. На этом именно согревании, зависящем от абсорбции, основано устройство платиновой горелки Дёберейнера . Находящийся там кусок губчатой платины уплотняет так сильно кислород воздуха и направленную на него струю водорода , что сам постепенно начинает накаливаться и наконец воспламеняет водород. Вещества, которые абсорбируют - поглощают из воздуха водяной пар , сгущают его тоже в себе, образуя воду, и от этого становятся влажными, как, например, нечистая поваренная соль , поташ , хлористый кальций и т. п. Такие тела зовутся гигроскопическими .

Абсорбция газов пористыми телами была впервые замечена и изучена почти одновременно Фонтаном и Шееле в 1777 году , а затем подвергалось исследованию многими физиками, а особенно Соссюра в 1813 году . Последний, как на самых жадных поглотителей, указывает на буковый уголь и пемзу (морская пенка). Один объём такого угля при атмосферном давлении в 724 мил. поглотил 90 объёмов аммиака , 85 - хлористого водорода, 25 - углекислоты, 9,42 - кислорода; пемза при таком же сравнении оказала немного менее поглотительной способности, но во всяком случае это тоже один из лучших абсорбентов.

Чем легче газ сгущается в жидкость, тем сильнее он поглощается. При малом наружном давлении и при нагревании - уменьшается количество поглощаемого газа. Чем мельче поры поглотителя, то есть чем он плотнее, тем большею, в общем, он обладает поглотительной способностью; слишком однако же мелкие поры, как например графита, не благоприятствуют абсорбции. Органический уголь поглощает не только газы, но и мелкие твёрдые и жидкие тела, а потому и употребляется для обесцвечивания сахара, очистки алкоголя и т. д. Вследствие абсорбции всякое плотное тело окружено слоем уплотнённых паров и газов. Эта причина, по Вайделю, может служить для объяснения открытого Мозером в 1842 году любопытного явления так называемых потовых картин, то есть получаемых при дыхании на стекло. А именно, если приложить клише или какой-нибудь рельефный рисунок к полированной стеклянной плоскости, затем, отняв её, подышать на это место, то на стекле получается довольно точный снимок рисунка. Это происходит от того, что при лежании на стекле клише газы близ поверхности стекла распределились неравномерно, в зависимости от нанесённого на клише рельефного рисунка, а потому и водяные пары, при дыхании на это место, распределяются тоже в таком порядке, а охладившись и осев, и воспроизводят данный рисунок. Но если нагреть предварительно стекло или клише, и рассеять таким образом уплотнённый близ них слой газов, то уже таких потовых рисунков получить нельзя.

По закону Дальтона из смеси газов каждый газ растворяется в жидкости пропорционально своему парциальному давлению , вне зависимости от присутствия остальных газов. Степень растворения газов в жидкости определяется коэффициентом, показывающим, сколько объёмов газа поглощается в одном объёме жидкости при температуре газа 0° и давлении в 760 мм. Коэффициенты абсорбции для газов и воды вычисляются по формуле α = А + В t + C t², где α - искомый коэффициент, t - температура газа, А , В и С - постоянные коэффициенты, определяемые для каждого отдельного газа. По исследованиям Бунзена коэффициенты важнейших газов имеют такие

Кроме твёрдых тел поглощать могут и жидкости, особенно если их смешать вместе в каком-нибудь сосуде. 1 объём воды может при 15 °C и 744 мил. давления растворить в себе, абсорбировать 1/50 объёма атмосферного воздуха, 1 объём углекислоты, 43 объёма сернистого газа и 727 объёмов аммиака. Объём газа, который при 0 °C и 760 мил. барометрического давления поглощается единицею объёма жидкости, называется коэффициентом поглощения газа для этой жидкости. Коэффициент этот для различных газов и различных жидкостей - различен. Чем выше наружное давление и ниже температура, тем больше растворяется в жидкости газа, тем больше коэффициент поглощения. Твёрдые и жидкие тела абсорбируют в данное время различные количества газов, а потому и можно вычислить количества поглощаемого газа для каждой отдельной жидкости. Изучение абсорбции газов жидкостями начато было Анри () и затем двинуто дальше Соссюром () и В. Бунзеном («Gasometrische Methoden», Брауншвейг, , 2 изд., ). - Причина абсорбции состоит во взаимном притяжении молекул тел абсорбирующего и абсорбируемого.

См. также

Напишите отзыв о статье "Абсорбция"

Ссылки

Абсорбция на примере на сайте "Горной энциклопедии".

Примечания

Отрывок, характеризующий Абсорбция

Пьер не имел той практической цепкости, которая бы дала ему возможность непосредственно взяться за дело, и потому он не любил его и только старался притвориться перед управляющим, что он занят делом. Управляющий же старался притвориться перед графом, что он считает эти занятия весьма полезными для хозяина и для себя стеснительными.
В большом городе нашлись знакомые; незнакомые поспешили познакомиться и радушно приветствовали вновь приехавшего богача, самого большого владельца губернии. Искушения по отношению главной слабости Пьера, той, в которой он признался во время приема в ложу, тоже были так сильны, что Пьер не мог воздержаться от них. Опять целые дни, недели, месяцы жизни Пьера проходили так же озабоченно и занято между вечерами, обедами, завтраками, балами, не давая ему времени опомниться, как и в Петербурге. Вместо новой жизни, которую надеялся повести Пьер, он жил всё тою же прежней жизнью, только в другой обстановке.
Из трех назначений масонства Пьер сознавал, что он не исполнял того, которое предписывало каждому масону быть образцом нравственной жизни, и из семи добродетелей совершенно не имел в себе двух: добронравия и любви к смерти. Он утешал себя тем, что за то он исполнял другое назначение, – исправление рода человеческого и имел другие добродетели, любовь к ближнему и в особенности щедрость.
Весной 1807 года Пьер решился ехать назад в Петербург. По дороге назад, он намеревался объехать все свои именья и лично удостовериться в том, что сделано из того, что им предписано и в каком положении находится теперь тот народ, который вверен ему Богом, и который он стремился облагодетельствовать.
Главноуправляющий, считавший все затеи молодого графа почти безумством, невыгодой для себя, для него, для крестьян – сделал уступки. Продолжая дело освобождения представлять невозможным, он распорядился постройкой во всех имениях больших зданий школ, больниц и приютов; для приезда барина везде приготовил встречи, не пышно торжественные, которые, он знал, не понравятся Пьеру, но именно такие религиозно благодарственные, с образами и хлебом солью, именно такие, которые, как он понимал барина, должны были подействовать на графа и обмануть его.
Южная весна, покойное, быстрое путешествие в венской коляске и уединение дороги радостно действовали на Пьера. Именья, в которых он не бывал еще, были – одно живописнее другого; народ везде представлялся благоденствующим и трогательно благодарным за сделанные ему благодеяния. Везде были встречи, которые, хотя и приводили в смущение Пьера, но в глубине души его вызывали радостное чувство. В одном месте мужики подносили ему хлеб соль и образ Петра и Павла, и просили позволения в честь его ангела Петра и Павла, в знак любви и благодарности за сделанные им благодеяния, воздвигнуть на свой счет новый придел в церкви. В другом месте его встретили женщины с грудными детьми, благодаря его за избавление от тяжелых работ. В третьем именьи его встречал священник с крестом, окруженный детьми, которых он по милостям графа обучал грамоте и религии. Во всех имениях Пьер видел своими глазами по одному плану воздвигавшиеся и воздвигнутые уже каменные здания больниц, школ, богаделен, которые должны были быть, в скором времени, открыты. Везде Пьер видел отчеты управляющих о барщинских работах, уменьшенных против прежнего, и слышал за то трогательные благодарения депутаций крестьян в синих кафтанах.
Пьер только не знал того, что там, где ему подносили хлеб соль и строили придел Петра и Павла, было торговое село и ярмарка в Петров день, что придел уже строился давно богачами мужиками села, теми, которые явились к нему, а что девять десятых мужиков этого села были в величайшем разорении. Он не знал, что вследствие того, что перестали по его приказу посылать ребятниц женщин с грудными детьми на барщину, эти самые ребятницы тем труднейшую работу несли на своей половине. Он не знал, что священник, встретивший его с крестом, отягощал мужиков своими поборами, и что собранные к нему ученики со слезами были отдаваемы ему, и за большие деньги были откупаемы родителями. Он не знал, что каменные, по плану, здания воздвигались своими рабочими и увеличили барщину крестьян, уменьшенную только на бумаге. Он не знал, что там, где управляющий указывал ему по книге на уменьшение по его воле оброка на одну треть, была наполовину прибавлена барщинная повинность. И потому Пьер был восхищен своим путешествием по именьям, и вполне возвратился к тому филантропическому настроению, в котором он выехал из Петербурга, и писал восторженные письма своему наставнику брату, как он называл великого мастера.
«Как легко, как мало усилия нужно, чтобы сделать так много добра, думал Пьер, и как мало мы об этом заботимся!»
Он счастлив был выказываемой ему благодарностью, но стыдился, принимая ее. Эта благодарность напоминала ему, на сколько он еще больше бы был в состоянии сделать для этих простых, добрых людей.
Главноуправляющий, весьма глупый и хитрый человек, совершенно понимая умного и наивного графа, и играя им, как игрушкой, увидав действие, произведенное на Пьера приготовленными приемами, решительнее обратился к нему с доводами о невозможности и, главное, ненужности освобождения крестьян, которые и без того были совершенно счастливы.
Пьер втайне своей души соглашался с управляющим в том, что трудно было представить себе людей, более счастливых, и что Бог знает, что ожидало их на воле; но Пьер, хотя и неохотно, настаивал на том, что он считал справедливым. Управляющий обещал употребить все силы для исполнения воли графа, ясно понимая, что граф никогда не будет в состоянии поверить его не только в том, употреблены ли все меры для продажи лесов и имений, для выкупа из Совета, но и никогда вероятно не спросит и не узнает о том, как построенные здания стоят пустыми и крестьяне продолжают давать работой и деньгами всё то, что они дают у других, т. е. всё, что они могут давать.

В самом счастливом состоянии духа возвращаясь из своего южного путешествия, Пьер исполнил свое давнишнее намерение заехать к своему другу Болконскому, которого он не видал два года.
Богучарово лежало в некрасивой, плоской местности, покрытой полями и срубленными и несрубленными еловыми и березовыми лесами. Барский двор находился на конце прямой, по большой дороге расположенной деревни, за вновь вырытым, полно налитым прудом, с необросшими еще травой берегами, в середине молодого леса, между которым стояло несколько больших сосен.
Барский двор состоял из гумна, надворных построек, конюшень, бани, флигеля и большого каменного дома с полукруглым фронтоном, который еще строился. Вокруг дома был рассажен молодой сад. Ограды и ворота были прочные и новые; под навесом стояли две пожарные трубы и бочка, выкрашенная зеленой краской; дороги были прямые, мосты были крепкие с перилами. На всем лежал отпечаток аккуратности и хозяйственности. Встретившиеся дворовые, на вопрос, где живет князь, указали на небольшой, новый флигелек, стоящий у самого края пруда. Старый дядька князя Андрея, Антон, высадил Пьера из коляски, сказал, что князь дома, и проводил его в чистую, маленькую прихожую.
Пьера поразила скромность маленького, хотя и чистенького домика после тех блестящих условий, в которых последний раз он видел своего друга в Петербурге. Он поспешно вошел в пахнущую еще сосной, не отштукатуренную, маленькую залу и хотел итти дальше, но Антон на цыпочках пробежал вперед и постучался в дверь.
– Ну, что там? – послышался резкий, неприятный голос.
– Гость, – отвечал Антон.
– Проси подождать, – и послышался отодвинутый стул. Пьер быстрыми шагами подошел к двери и столкнулся лицом к лицу с выходившим к нему, нахмуренным и постаревшим, князем Андреем. Пьер обнял его и, подняв очки, целовал его в щеки и близко смотрел на него.
– Вот не ждал, очень рад, – сказал князь Андрей. Пьер ничего не говорил; он удивленно, не спуская глаз, смотрел на своего друга. Его поразила происшедшая перемена в князе Андрее. Слова были ласковы, улыбка была на губах и лице князя Андрея, но взгляд был потухший, мертвый, которому, несмотря на видимое желание, князь Андрей не мог придать радостного и веселого блеска. Не то, что похудел, побледнел, возмужал его друг; но взгляд этот и морщинка на лбу, выражавшие долгое сосредоточение на чем то одном, поражали и отчуждали Пьера, пока он не привык к ним.
При свидании после долгой разлуки, как это всегда бывает, разговор долго не мог остановиться; они спрашивали и отвечали коротко о таких вещах, о которых они сами знали, что надо было говорить долго. Наконец разговор стал понемногу останавливаться на прежде отрывочно сказанном, на вопросах о прошедшей жизни, о планах на будущее, о путешествии Пьера, о его занятиях, о войне и т. д. Та сосредоточенность и убитость, которую заметил Пьер во взгляде князя Андрея, теперь выражалась еще сильнее в улыбке, с которою он слушал Пьера, в особенности тогда, когда Пьер говорил с одушевлением радости о прошедшем или будущем. Как будто князь Андрей и желал бы, но не мог принимать участия в том, что он говорил. Пьер начинал чувствовать, что перед князем Андреем восторженность, мечты, надежды на счастие и на добро не приличны. Ему совестно было высказывать все свои новые, масонские мысли, в особенности подновленные и возбужденные в нем его последним путешествием. Он сдерживал себя, боялся быть наивным; вместе с тем ему неудержимо хотелось поскорей показать своему другу, что он был теперь совсем другой, лучший Пьер, чем тот, который был в Петербурге.

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 масопередачи.

На практике абсорбции подвергают большей частью не отдельные газы, а газовые смеси, составные части которых (одна или несколько) могут поглощаться данным поглотителем в заметных количествах. Эти составные части называют абсорбируемыми компонентами или просто компонентами, а не поглощаемые составные части – инертным газом.

Жидкая фаза состоит из поглотителя и абсорбируемого компонента. Во многих случаях поглотитель представляет собой раствор активного компонента, вступающего в химическую реакцию с абсорбируемым компонентом; при этом вещество, в котором растворен активный компонент, будем называть растворителем.

Инертный газ и поглотитель являются носителями компонента соответственно в газовой и жидкой фазах. При физической абсорбции (см. ниже) инертный газ и поглотитель не расходуются и не участвуют в процессах перехода компонента из одной фазы в другую. При хемосорбции (см. ниже) поглотитель может химически взаимодействовать с компонентом.

Протекание абсорбционных процессов характеризуется их статикой и кинетикой.

Статика абсорбции, т. е. равновесие между жидкой и газовой фазами, определяет состояние, которое устанавливается при весьма продолжительном соприкосновении фаз. Равновесие между фазами определяется термодинамическими свойствами компонента и поглотителя и зависит от состава одной из фаз, температуры и давления.

Кинетика абсорбции, т. е. скорость процесса массообмена, определяется движущей силой процесса (т. е. степенью отклонения системы от равновесного состояния), свойствами поглотителя, компонента и инертного газа, а также способом соприкосновения фаз (устройством абсорбционного аппарата и гидродинамическим режимом его работы). В абсорбционных аппаратах движущая сила, как правило, изменяется по их длине и зависит от характера взаимного движения фаз (противоток, прямоток, перекрестный ток и т. д.). При этом возможно осуществление непрерывного или ступенчатого контакта. В абсорберах с непрерывным контактом характер движения фаз не меняется по длине аппарата и изменение движущей силы происходит непрерывно. Абсорберы со ступенчатым контактом состоят из нескольких ступеней, последовательно соединенных по газу и жидкости, причем при переходе из ступени в ступень происходит скачкообразное изменение движений силы.

Различают химическую абсорбцию и хемосорбцию. При физической абсорбции растворение газа не сопровождается химической реакцией (или, по крайней мере, эта реакция не оказывает заметного влияния на процесс). В данном случае над раствором существует более или менее значительное равновесное давление компонента и поглощение последнего происходит лишь до тех пор, пока его парциальное давление в газовой фазе выше равновесного давления над раствором. Полное извлечение компонента из газа при этом возможно только при противотоке и подаче в абсорбер чистого поглотителя, не содержащего компонента.

При хемосорбции (абсорбция, сопровождаемая химической реакцией) абсорбируемый компонент связывается в жидкой фазе в виде химического соединения. При необратимой реакции равновесное давление компонента над раствором ничтожно мало и возможно полное его поглощение. При обратимой реакции над раствором существует заметное давление компонента, хотя и меньшее, чем при физической абсорбции.

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 проводиться с целью санитарной очистки газов, отбросный раствор, сливаемый (после обезвреживания) в канализацию.

Сочетание абсорбции с десорбцией позволяет многократно использовать поглотитель и выделять абсорбируемый 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. При этом регенерированный в десорбере поглотитель сбрасывают в канализацию, а в абсорбер подают свежий поглотитель.

Условия, благоприятные для десорбции, противоположны условиям, способствующим абсорбции. Для осуществления десорбции над раствором должно быть заметное давление компонента, чтобы он мог выделяться в газовую фазу. Поглотители, абсорбция в которых сопровождается необратимой химической реакцией, не поддаются регенерации путем десорбции. Регенерацию таких поглотителей можно производить химическим методом.

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

Получение готового продукта путем поглощения газа жидкостью. Примерами могут служить: абсорбция SO 3 в производстве серной кислоты; абсорбция HCl с получением соляной кислоты; абсорбция окислов азота водой (производство азотной кислоты) или щелочными растворами (получение нитратов) и т.д. При этим абсорбция проводится без последующей десорбции.

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.

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 H 2 S, азотно-водородной смеси для синтеза аммиака от CO 2 и CO, 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 SO 2 ; очистка от Cl 2 абгаза после конденсации жидкого хлора; очистка от фтористых соединений газов, выделяющихся при производстве минеральных удобрений и т.п.).

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

При абсорбционных процессах массообмен происходит на поверхности соприкосновения фаз. Поэтому абсорбционные аппараты должны иметь развитую поверхность соприкосновения между газом и жидкостью. Исходя из способа создания этой поверхности абсорбционные аппараты можно подразделить наследующие 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. Такое движение газа (барботаж) осуществляется путем пропускания его через заполненный жидкостью аппарат (сплошной барботаж) либо в аппаратах колонного типа с различного типа 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).