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.

Очистка воздуха от паров ацетона методом абсорбции, равновесие при абсорбции

Рассмотрим равновесный процесс поглощения пара ацетона из воздуха с помощью абсорбента, в качестве которого используем воду.

Т=298К

Воздух с примесью ацетона Р2; µ2газ.

Раствор ацетона в воде х1; х2; µ1; µ2.

Общим условием равновесного процесса является

(dG)p,T=0. (4.1)

Используя понятие химического потенциала и уравнение Гиббса-Дюгема, получаем:

µi=()p,T,Уni; (4.2)=µiр-р(+dni)+µiгаз(-dni)=0

µiр-р=µiгазdµiр-р=dµiгаз (4.3)

где µi - химический потенциал i-ого компонента в фазе раствора или газа, dni- изменение числа молей i-ого компонента при равновесном переходе из одной фазы в другую.

При небольших концентрациях компонента в смеси газов (газовом растворе) и жидком растворе уравнение (4.3) можно решить в приближении идеального газового раствора и бесконечно разбавленного жидкого раствора.

Для последних химические потенциалы равны,

dµiр-р=RTdlnxi (4.4)

dµiгаз=RTdlnpi (4.5)

Тогда при равновесии (4.3)

RTdlnxi=RTdlnpi (4.6)

После интегрирования получаем уравнение Генри

lnp2=lnx2+lnKг (4.7)

P2=Kг.x2 (4.8)

где lnKг - постоянная интегрирования; Kг - константа Генри; индекс 2 придан поглощаемому компоненту, т.е. ацетону; P2 - парциальное давление ацетона в газовой фазе; x2 - мольная доля ацетона в воде.

Растворимость ацетона в воде (x2) зависит от присутствия растворенных солей, этот фактор учитывает уравнение Сеченова

lnx=lnx2 - kC (4.9)

где C - концентрация солей в воде; k - эмпирический коэффициент; x - действительная равновесная концентрация ацетона в воде. В данном случае концентрация ацетона в воздухе равна Рраб=1240 Па.

Для расчета константы Генри экспериментально были измерены растворимости ацетона в воде ха и хв при двух парциальных давлениях Ра и Рв:

ха=0,012, хв=0,083, Ра=3,25 Торр Рв=22,75 Торр.

(1Торр=1 мм. Нg ст.= 101330/760Па= 133 Па)

Тогда

Кга=Ра/ха=3,25*133/0,012=36020,83 Па

Кгв=Рb/хb=22,75*133/0,083=36454,81 Па

среднее значение Кг=36237,82 Па

Равновесную растворимость ацетона в чистой воде (конденсат водяного пара) вычисляем по уравнению (4.8)

х2=Рраб/Кг=1240/36237,82=0,034

Если абсорбцию ацетона проводить артезианской водой с заданным содержанием солей, 300 мг/л, то согласно уравнению Сеченова при k=6.10-4мг/л равновесная концентрация составит

lnx=ln0,034-6.10-4.300= -3,55; х=0,0287

Таким образом, при очистке газовых выбросов от ацетона получается низкоконцентрированный раствор (принимаем d=1 г/см3) с концентрацией (концентрации в скобках соответствуют применению артезианской воды):

мольной долей хаб= 0,971% (мольных); (х= 0,811%);

массовой долей

Wаб=0,034*58/(0,034*58+(1-0,034)*18)=10,10% масс; (W=8,69%);

Еще статьи по теме

Расчет и прогнозирование состояния окружающей среды
В настоящее время особо актуальны вопросы, связанные с охраной окружающей среды. В XX веке загрязнение и разрушение окружающей среды нередко стали связывать с хозяйственной деятельностью человека. Антропогенные изменения окружающей среды ...

Экологические проблемы автомобильного транспорта
Ежегодно в мире в автомобильных двигателях внутреннего сгорания сжигается около 2 млрд. т нефтяного топлива. При этом коэффициент полезного действия в среднем составляет 23%, остальные 77% уходят на обогрев окружающей среды. В крупных г ...