Влияние упругости паров паров, на процесс абсорбции

Влияние упругости паров поглотителя на процесс абсорбции.

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.

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

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.

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.

Статистика абсорбции, или 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.

 

1 АНАЛИЗ НАУЧНОЙ ИНФОРМАЦИИ

1.1 Теория процесса адсорбции 

 

Поверхностное натяжение, стремление вещества (жидкости или твердой фазы) уменьшить избыток своей потенциальной энергии на границе раздела с другой фазой (поверхностную энергию).

Если система гетерогенна, состоит, по меньшей мере, из двух фаз, то между фазами обязательно существует граница раздела.

С течением времени после соприкосновения фаз будет происходить диффузия молекул каждой из фаз в другую, в результате чего постепенно будет достигнуто равновесное, распределение компонентов в объемах контактирующих фаз и на межфазной границе.

Свободная поверхностная энергия самопроизвольно может только уменьшаться, что проявляется в уменьшении либо поверхности раздела фаз, либо межфазного (поверхностного) натяжения. Поверхностное натяжение может уменьшаться в результате самопроизвольного перераспределения компонентов системы между объемами фаз А и Б и поверхностью их раздела.

  А

     Б

Рисунок 1. -  Поверхностное натяжение на границе раздела фаз.

В поверхности раздела фаз будут преимущественно концентрироваться те компоненты, которые способны уменьшать избыточную свободную поверхностную энергию.

К классу поверхностно-активных веществ (ПАВ) относятся жирные кислоты и их соли (мыла), сульфокислоты, их соли, спирты, алкилсульфоэфиры.

Полярные части молекул ПАВ обладают мощным силовым полем и способны взаимодействовать с молекулами воды, часто с образованием водородных связей, поэтому их называют гидрофильными. Углеводородная цепь (неполярная часть) выталкивается из воды, так как она обладает сродством к неполярной фазе и поэтому называется гидрофобной или гидрофильной.

Общей мерой гидрофильности служит энергия связи молекул воды с поверхностью тела; её можно определить по теплоте смачивания, если вещество данного тела нерастворимо. Гидрофобность рассматривают как малую степень гидрофильности, так как между молекулами воды и любого тела всегда действуют в большей или меньшей степени межмолекулярные силы притяжения. Гидрофобность и гидрофильность можно оценить по растеканию капли воды на гладкой поверхности тела характеризуются краевым углом смачивания; на гидрофильной поверхности капля растекается полностью, на гидрофобной - частично, причём величина угла между поверхностями капли и смачиваемого тела зависит от того, насколько данное тело гидрофобно.

Б А

Рисунок 2. А – гидрофильная связь; Б – гидрофобная связь.

                               

 

          Сверхгидрофобность

Сверхгидрофобные материалы имеют поверхности, чрезвычайно не склонные к смачиванию (с углом контакта с водой, превышающим 150°). Многие из подобных материалов, обнаруженных в природе, подчиняются закону Кассье и являются двухфазными на субмикронном уровне, причем одним из компонентов является воздух. Эффект лотоса основан на этом принципе. Примером сверхгидрофобного материала-биомиметика в нанотехнологии является нанопин-пленка.

Гидрофильность характеристика интенсивности молекулярного взаимодействия вещества с водой, способность хорошо впитывать воду, а также высокая смачиваемость поверхностей водой. Наряду с гидрофобностью относится как к твёрдым телам, у которых оно является свойством поверхности, так и к отдельным молекулам, их группам, атомам, ионам.

Гидрофильность характеризуется величиной адсорбционной связи молекул вещества с молекулами воды, образованием с ними неопределённых соединений и распределением количества воды по величинам энергии связи.

Гидрофильностью обладают вещества с ионными кристаллическими решётками (оксиды, гидроксиды, силикаты, сульфаты, фосфаты, глины, стёкла и др.), вещества с полярными группами —ОН, —СООН, —NO2 и др. Гидрофильность и гидрофобность являются частным случаем отношения веществ к растворителю — лиофильности, лиофобности.

             Гидрофильность твёрдых тел может резко понижаться при адсорбции на их поверхности молекул ПАВ.

Гидрофильность и гидрофобность являются проявлением сил Ван-дер-Ваальса.

Лиофильность и лиофобность характеристики способности веществ или образуемых ими тел к межмолекулярному взаимодействию с жидкостями. Интенсивное взаимодействие, то есть достаточно сильное взаимное притяжение молекул вещества (тела) и контактирующей с ним жидкости, характеризует лиофильность; слабое взаимодействие — лиофобность. В наиболее практически важном случае взаимодействия вещества с водой лиофильность и лиофобность называется гидрофильностью и гидрофобностью, а в случае масел и жиров — олеофильностью (липофильностью) и олеофобностью. Понятия «лиофильный» и «лиофобный» относят к высокомолекулярным соединениям или к поверхностям различных тел, в том числе находящихся в коллоидно-дисперсном состоянии. Эти термины используют также при описании отдельных атомных групп или участков (радикалов) одной молекулы вещества, по-разному взаимодействующих с молекулами растворителя.

                 Свойства лиофильных и лиофобных веществ.

Лиофильные вещества (тела) растворяются в данной жидкости, набухают в ней или хорошо смачиваются. Лиофобные вещества (тела), напротив, не растворяются и не набухают в жидкости, а также плохо смачиваются ею. Вещества или поверхности тел, проявляя лиофильность к одним жидкостям, могут быть лиофобными по отношению к другим. Так, парафин, сажа и некоторые пластмассы олеофильны, но гидрофобны.