základy procesního inženýrství - Vysoká škola báňská - Technická ...

5. sdílení hmoty mezi fázemi
Rozpustnost plynů v kapalině, absorpce
Čas ke studiu: 1,5 hodin
Cíl Po prostudování tohoto odstavce budete umět
• zopakovat zásady rovnováhy při rozpouštění plynu v kapalinách
• popsat principy absorpce, desorpce rozpuštěného plynu
• porovnat vhodnost kolonových zařízení pro destilaci a absorpci
Výklad
Rozpustnost plynů v kapalině, absorpce
Fyzikálně chemický základ
Rozpustnost plynů v kapalině bývá poměrně malá a za těchto podmínek se dá většinou přijmout
platnost Henryho zákona: v rovnováze je koncentrace plynu, rozpuštěného v kapalině přímo úměrná
parciálnímu tlaku tohoto plynu nad kapalinou. Konstanta H A úměrnosti ve vztahu
p
A
= H
A
x
A
má rozměr tlaku a nazývá se Henryho konstanta.
Pozn.: jazykovědci v poslední době dávají přednost tvaru Henryův zákon, Henryova konstanta.
Protože rozpuštěný plyn má kapalné skupenství, je rozpouštění plynů (stejně jako kondenzace)
exotermní proces a podle le Chatelierova principu se tedy plyny rozpouštějí při vyšší teplotě hůře (H A
je větší). Rozpustnost plynů samozřejmě závisí i na povaze plynu a rozpouštědla; lepší rozpustnost lze
očekávat mají-li molekuly těchto látek schopnost vytvářet nějaké vzájemné vazby.
Pro rozpouštění plynů ve vodě při 20°C je přibližně:
plyn He N 2 O 2 CH 4 CO 2 H 2 S SO 2 NH 3
H A , MPa 12500 8040 4010 3800 140 50 15 0,08
Pro závislost rozpustnosti kyslíku ve vodě na teplotě je přibližně:
teplota °C 0 10 20 30 40 60 80
H A , MPa 2480 3220 4010 4810 5760 7670 10700
Také můžeme nalézt další způsoby vyjádření rozpustnosti jako např.
9.3 g O 2 /m 3 vody 20°C v rovnováze se vzduchem za normálního tlaku;
0,29 mol O 2 /m 3 vody 20°C v rovnováze se vzduchem za normálního tlaku;
0.0065 norm.m 3 O 2 /m 3 vody 20°C v rovnováze se vzduchem za normálního tlaku;
0.031 norm.m 3 O 2 /m 3 vody 20°C v rovnováze s O 2 za normálního tlaku;
Pozor! Rozpouštění víceatomových plynů (vodík, dusík, atd.) v kovech (roztavených i pevných) není
obvykle čistě fyzikálním procesem řízeným lineárním Henryho zákonem; hlavním řídícím dějem je
zde disociace molekul plynu. Příslušný rovnovážný vztah se označuje jako zákon Sievertův!
Rozpustnosti plynů v kapalinách využíváme v řadě procesů, ve kterých obecně máme tři složky A, B a
C, přičemž B (nosný plyn) se vyskytuje prakticky jen v plynné fázi, C prakticky jen v kapalné fázi a
aktivní složka A přechází z jedné fáze do druhé:
144