Абсорбция хлористого водорода в воде происходит экзотермически. Отвод выделяющегося при этом тепла происходит разными способами, как описано далее при следующих адиабатических и изотермических процессах поглощения. Важные термодинамические данные для разработки установок представлены ниже.
Термодинамические данные для абсорбции
Следующие данные относятся только к физическому процессу абсорбции. Процессы растворения, сопровождающиеся прохождением химических реакций, не рассматриваются.
Абсорбционное равновесие системы хлористый водород/вода представлено на рисунке 1. Значения парциального давления хлористого водорода внутри газовой фазы применимы только при постоянной температуре. Парциальное давление хлористого водорода - очень низкое для низких уровней концентрации хлористого водорода. Оно повышается в значительной степени только в случае высокого уровня концентрации кислоты.
Рис. 1: Абсорбционное равновесие для HCl/вода
Рис. 2: Зависимость температуры кипения HCl от концентрации
Абсорбция хлористого водорода в воде - экзотермический процесс (около 2100 кДж/кг HCl). Температура кипения зависит от концентрации кислоты, как показано на рисунке 2. Максимальная температура кипения 108.6°C достигается для приблизительно 21% HCl. Далее температура кипения уменьшается почти линейно при увеличении концентрации соляной кислоты. Диаграмма кипения при более низком общем давлении проходит почти параллельно первой (рис. 2).
Диаграмма состояния для системы HCl/вода при давлении 1 бар приведена для абсорбции в режиме кипения (рис. 3). Хлористый водород плохо испаряется при низких уровнях концентрации соляной кислоты; это означает, что газовая фаза почти не содержит хлористого водорода. В азеотропной точке значения концентрации HCl одинаковы для газовой и жидкой фазы. Испаряемость хлористого водорода сильно возрастает только выше этой точки. Газовая фаза состоит практически только из хлористого водорода при уровне концетрации раствора 40% HCl.
Рис. 3: Диаграмма состояния для системы HCl/вода
Рис. 4: Абсорбционное равновесие SO2 в воде
Согласно S-образной диаграмме состояния, максимальную концентрацию соляной кислоты нельзя превысить при нормальных условиях. Она составляет до 35% при давлении 1 бар и чистом притоке хлористого водорода, в то время как обычно применяются более низкие значения концентрации.
Если другие компоненты из газовой фазы могут быть поглощены, их абсорбционное состояние должно учитываться при разработке процесса. На рис. 4 в качестве примера показано абсорбционное равновесие SO2 в воде при различных температурах. Видно, что в водной фазе достигаются только низкие концентрации по сравнению с системой HCl/вода. Таким образом, вода - плохой растворитель для поглощения SO2. Тем не менее, способность к поглощению достаточно высокая, поэтому её нельзя игнорировать.
Уровни концентрации веществ, способных к абсорбции в воде, обычно пренебрежимо малы, поэтому их влиянием на поглощение HCl можно пренебречь.
