76880 str046 (4)

90 Ćwiczenie nr JO

ĆWICZENIE NR 11

ABSORPCJA I ADSORPCJA - ISTOTA ZJAWISK

1.    WPROWADZENIE

Procesy pochłaniania gazów przez ciecze i ciała stałe jakkolwiek poboczne dla zasadniczego toku studiów na Wydziale Mechaniczno-Energetycznym mają w procesach takich jak chłodnictwo, czy energetyka poważne znaczenie.

Przykładowo chłodzenie mediów gazowych (przemysł chemiczny) do temperatury poniżej 0°C wymaga usunięcia pary wodnej z gazu. W przeciwnym wypadku, nastąpi jej kondensacja, a następnie zestalenie do maleńkich kryształków lodu, które są jednak w stanie zniszczyć części mechaniczne systemu obiegu.

W energetyce w procesach wytwarzania pary wodnej, gazy rozpuszczone (zaadsorbowane) w wodzie są czynnikiem niepożądanym. Ich usunięcie, czy to przez desorpcję, czy reakcję chemiczną, bądź tylko ograniczenie ich ilości przez celowe zabiegi, ma poważne znaczenie praktyczne.

2.    PROCESY ABSORPCJI

Absorpcja jest pochłanianiem składnika lub składników mieszaniny gazowej (G) przez ciecz (L). Gaz wskutek dyfuzji przenika do cieczy tworząc roztwór.

W mieszaninie gazowej mogą być składniki rozpuszczalne i praktycznie nierozpuszczalne w cieczy. Pierwsze z nich nazywa się składnikami czynnymi, drugie obojętnymi (lub inertami). Wydzielanie gazu z roztworu nazywamy desorpcja.

Ilość gazu jaka może zostać zaabsorbowana w danej objętości roztworu zależy od:

a)    temperatury;

b)    ciśnienia;

c)    własności cieczy absorbującej i gazu absorbowanego.

Rys. 1. Rozdział stężeń składnika czynnego w warstewkach dwu faz (ciekłej L i gazowej G) w strefie granicznej zgodnie z teorią Whitmana.

Szybkość procesu absorpcji również zależy od temperatury, ciśnienia, własności cieczy i gazu. Mechanizm procesu jest złożony i z tego względu nie będzie szczegółowo omawiany. Ogólnie uważa się, że szybkość procesu jest proporcjonalna do siły napędowej, którą stanowi różnica stężeń w głębi (w jądrze) i na granicy fazy.

Schematycznie sytuację na granicy faz przedstawia rysunek 1.

Jak widać z rysunku stężenie składnika czynnego (absorbowanego) zmienia się w fazie ciekłej od wartości x do x_r a w fazie gazowej od y do y_r.

Szybkość procesu zależy ponadto od technicznych warunków kontaktu faz tj. konstrukcji absorberów. Zależnie od sposobu formowania powierzchni styku międzyfazowego absorbery dzieli się na:

1)    powierzchniowe;

2)    warstwowe (błonkowe);

3)    bełkotkowe;

4)    natryskowe.

W absorberach powierzchniowych (rys. 2) powierzchnią zetknięcia się faz jest zwierciadło cieczy albo film utworzony przez ciecz spływającą po ściankach urządzenia.

W tego typu urządzeniach powierzchnia styku faz jest mała, z tego względu stosuje się je tylko w przypadkach, kiedy ciepło absorpcji jest bardzo duże.