Факторы, влияющие на процесс абсорбции

Растворимость газов в жидкости зависит от природы газа и жидкости, парциального давления газа над жидкостью, температуры раствора, содержания в нем электролитов и коллоидов. Важнейшими из факторов, влияющих на процесс абсорбции, являются давление и температура.

Давление. При взаимодействии газа с водой возникает система, состоящая из двух фаз (газообразной и жидкой) и двух компонентов (углекислого газа и воды). По правилу фаз условия равновесия дайной системы выражаются уравнением:

где f - число степеней свободы;

п - число компонентов системы; К- число фаз. Система углекислый газ - вода, для которой п = 2 и К=2, имеет две степени свободы, т. е. в данной системе два параметра могут произвольно изменяться, при этом число фаз и природа фаз не изменяются. Фазовое равновесие системы определяется давлением, температурой и концентрацией. При постоянной температуре концентрация будет находиться в однозначной зависимости от давления. Эта зависимость для идеальных газов выражается законом Генри, согласно которому концентрация растворенного газа пропорциональна его парциальному давлению над раствором;

где С - молярная концентрация газа в растворе;

р-парциальное давление газа над раствором; К- константа фазового равновесия, зависящая от природы газа и температуры. Закон Генри для углекислого газа справедлив до давления 0,39 - 0,49 Мн1м² (4 - 5 кГ/см²) несмотря на химическое взаимодействие газа с водой. При более высоком давлении растворимость углекислого газа несколько ниже растворимости, соответствующей закону Генри.

Зависимость между Кир для этих условий находят по эмпирической формуле, поелложенной Я. Д. Зельвинским:

где а и В - постоянные величины, значения которых зависят от температуры: при 0° С а=1,84 и 6 = 0,025.

Таблица 2

Коэффициент абсорбции а углекислого газа в воде при температу ре 0 С и различном давлении

Влияние давления на растворимость углекислого газа в воде видно из табл. 2.

Из табл. 2 видно, что растворимость углекислого газа значительно увеличивается с повышением давления. При повышении давления от 1 до 4 кГ/см² (от 101,3 до 405,2 кн/м²) растворимость возрастает более чем в 3 раза.

Согласно закону Дальтона при растворении смеси газов каждая составная часть смеси растворяется пропорционально своему парциальному давлению и коэффициенту растворимости. Общее давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений компонентов, входящих в состав смеси. Таким образом, при наличии в углекислом газе других газов, например, воздуха, парциальное давление углекислого газа будет составлять часть общего давления газовой смеси и соответственно концентрация его в растворе будет ниже, чем при отсутствии воздуха.

Наличие воздуха в углекислом газе и в водном растворе не только уменьшает растворимость газа, но также уменьшает прочность абсорбционной связи растворенного газа с водой. Поэтому при проведении сатурации создают условия, при которых в газообразной и в жидкой фазах воздуха не содержится.