فرایند جذب گاز ها

فرایند جذب در واقع از پروسس‌های جداسازی می‌باشد که اگر در آن ، از یک حلال مایع برای جداسازی اجزای یک محلول و بخصوص محلول گازی استفاده شود، به آن Absorbtion گویند و در صورتیکه برای جداسازی اجزای یک محلول (مایع یا گاز) از سطح یک جسم حاوی جامد استفاده گردد، آن را جذب سطحی یا Adsortion گویند.

جذب گازها و دفع آنها
جذب گازها ، فرایندی است که در آن ، یک مخلوط گازی برای جداسازی ، در تماس با یک مایع یا حلال قرار می‌گیرد تا یک یا تعداد بیشتری از سازنده‌های آن ، در مایع حل شده و از محلول گازی جدا شود. به‌عنوان مثال ، گازهای حاصل از کُک‌سازی را ابتدا با آن می‌شویند تا گاز آمونیاک آن جدا شود و سپس بخارات آن را با روغن شستشو می‌دهند تا بنزن و تولوئن آن جدا گردد.

برای جدا کردن گاز هیدروژن سولفوره (SH2 ) از محلولهای قلیایی استفاده می‌شود. اگر عمل انتقال جرم در جهت عکس صورت گیرد ، یعنی اینکه بعد از عمل جذب که در ان ، انتقال جرم از گاز به مایع است، این بار انتقال جرم از مایع به گاز باشد، این عمل را عاری‌سازی یا دفع گویند (Desorption ).

از مثال این نوع پروسس ، می‌توان به خارج کردن بنزن و تولوئن جذب شده در روغن در اثر تماس با بخار آب اشاره کرد که روغن (حلال) دوباره برای جذب بکار می‌رود. نظر به اینکه اصول فرایند جذب و دفع یکسان می‌باشد، لذا هر دو تحول را می‌توان باهم مطالعه کرد. معمولا از این عملیات فقط برای بازیابی و یا جداسازی حل شونده‌ها استفاده می‌کنند، اما تفکیک حل شونده از هم ، بوسیله عمل تقطیر انجام می‌شود.
حلالیت در سیستم‌های دوتایی
اگر یک گاز خالص و یک مایع غیر فرار را در دما و فشار ثابت به حالت تعادل با یکدیگر در آوریم، غلظت گاز حل شده در مایع را حلالیت آن گاز در آن شرایط گویند. در دمای ثابت ، حلالیت گاز با ازدیاد فشار افزایش می‌یابد و هر نوع گاز در یک حلال معین ، حلالیت مختص خود را نشان می‌دهد و در نتیجه ، منحنی حلالیت گازهای مختلف فرق می‌کند. این منحنی‌ها معمولا به طریق تجربی بدست می‌آیند. اگر فشار تعادلی یک گاز در یک غلظت معین در مایع زیاد باشد، نتیجه می‌شود که گاز در مایع تقریبا نامحلول است.

بر اساس قانون وانت هوف در مورد گازها در تعادل پویا ، اگر دمای یک سیستم در حال تعادل افزایش یابد، تغییر در جهتی صورت می‌گیرد که همراه با جذب حرارت باشد. با توجه به اینکه ، ولی نه در تمام موارد ، انحلال گازها با آزاد شدن حرارت همراه است، لذا در بیشتر موارد ، حلالیت گازها با افزایش دما ، کاهش می‌یابد. در نقطه جوش حلال ، در صورتیکه فشار بخار حلال از فشار جزئی فاز گاز کمتر باشد، حلالیت گاز برابر صفر است.
سیستم‌های چند جزئی
اگر مخلوط گاز در تماس با یک مایع قرار گیرد، در تحت شرایط خاصی حلالیت تعادلی هر سازنده مستقل از حلالیت سازنده‌های دیگر خواهد بود، به شرطی که تعادل بر حسب فشارهای جزئی سازنده‌های مخلوط بیان شود. این رفتار ، فقط در محلولهای کامل مشاهده می‌شود. مثلا گازهای پروپان و بوتان موجود در یک مخلوط ، در پارافین مایع غیر فرار بطور مستقل از یکدیگر حل می‌شوند، زیرا محلول حاصل ، کامل است.

محلولهای کامل دارای چند مشخصه مهم هستند که به هم وابسته است:

۱٫ میانگین نیروهای جاذبه و دافعه بین مولکولی در این محلولها در اثر آمیختن و یا جدا شدن سازنده‌ها تغییر نمی‌کند.
۲٫ در اثر آمیختن سازنده‌ها با هم ، گرمایی تولید و یا جذب نمی‌شود.
۳٫ فشار بخار کل محلول با ترکیب نسبی سازنده‌ها که بر حسب اجزای مولی بیان می‌شوند، دارای یک رابطه خطی است.

در حقیقت محلول کامل وجود ندارد و رفتار محلولهای حقیقی تنها در حد ، به حالت کامل نزدیک می‌شوند. اگر مخلوط گازی که در تعادل با یک محلول مایع کامل است، از قانون گازهای ایده‌آل پیروی کند، فشار جزئی *P هر گاز حل شونده ای نظیر A برابر با حاصلضرب فشار بخار خالص آن گاز ، P (در دمای محلول) در جزء مولی آن در محلول ، X خواهد شد. این خاصیت به قانون رائولت موسوم است.

P*=P.X

علامت ستاره به مفهوم حالت تعادل است. برای محلولهای مایع غیر کامل ، معادله فوق ، قابل استفاده نبوده و نتایج درست نمی‌دهد. در این صورت در یک محدوده خاص از غلظت ، می‌توان از قانون هنری استفاده کرد:

P=mX

که در اینجا ، m ثابت هنری است.
انتخاب حلال برای عمل جذب:
اگر هدف اصلی از فرایند جذب ، تهیه یک محلول مشخص باشد، مانند تولید اسید کلریدریک ، حلال مناسب با توجه به طبیعت محصول انتخاب می‌شود. اگر هدف اصلی ، حذف برخی از سازنده‌های مخلوط باشد، انتخابهای مختلفی امکان‌پذیر است، اما حلال باید خواص مهم زیر را داشته باشد.

۱٫ حلالیت گاز:
حلالیت گاز باید بالا باشد تا شدت جذب گاز ، زیاد و مقدار حلال مورد نظر کم شود. معمولا حلالی که از نظر طبیعت شیمیایی مشابه با ماده حل شونده باشد، امکانات زیادی را جهت انحلال حل‌شونده فراهم می‌سازد. مثلا برای جداسازی بنزن از گازهای کوره کک ، از روغن هیدروکربن استفاده می‌شود و آب که یک ماده شدیدا قطبی است، بکار نمی‌رود.

۲٫ فراریت:
فشار بخار حلال باید کم باشد، زیرا گاز خروجی از فرایند جذب از بخار حلال اشباع می‌باشد و لذا اتلاف حلال در صورت زیاد بودن فشار بخار آن ، بیشتر خواهد بود.

۳٫ خوردگی:
حلال نباید اثر خورنده روی مواد داشته باشد و موادی که در ساختمان دستگاهها بکار می‌روند، نباید غیر معمول و گران باشند.
۴٫ بهای حلال:
حلال بکار رفته نباید گران قیمت باشد تا اتلاف آن هزینه زیادی را ایجاب کند.

۵٫ ویسکوزیته:
همواره کم بودن ویسکوزیته حلال بدلیل تسریع سرعت جذب ، افت فشار کم در تلمبه‌ها و خواص خوب در انتقال حرارت ترجیح داده می‌شود.

۶٫ خواص متفرقه:
در صورت امکان ، حلال نباید سمی و آتشگیر باشد. باید از نظر شیمیایی پایدار بوده ، نقطه انجماد آن هم ، پایین باشد.