Deshidratarea gazelor naturale în câmpurile de gaze prin procedeul de absorbție

1.Absorbtia fizica

Absorbtia  este un fenomen de transfer de masa intre doua faze, determinat de gradientul de concentratie din fiecare faza. Schimbul de substanta dintre faze se face pana la echilibru, cand schimbul de masa inceteaza si concentratia dintre cele doua faze devine constanta. Deplasarea moleculelor se face de la nivelul ridicat catre cel scazut.

Difuziunea din faza gazoasa in faza lichida  datorita unui gradient de concentratie, in directia difuziunii  intimpina o anumita rezistenta, atribuita unui film subtire de gaz sau de lichid de la interfata gazelor.

Pentru masa transportata dintr-o faza in cealalta s-au stabilit ecuatii de transport de masa, in care intervin coeficientii de transport pentru filmul de gaz si de lichid si fortele motrice de difuziune din cele doua faze, gazoasa si lichida. Diferenta dintre concentratia pe care ar trebui sa o aiba componentul in faza gazoasa, pentru a fi in echilibru cu faza lichida si concentratia reala a acesteia in faza gazoasa, s-a considerat forta care determina transferul de masa.

Folosindu-se legea lui Friek, s-a stabilit relatia care arata ca coeficientul de transport este proportional cu coeficientul de difuziune si invers proportional cu grosimea filmului.

Absorbtia este controlata de filmul de gaz, in cazul componentilor solubili, deoarece acesti componenti trecuti prin gaz sunt absorbiti cu mare aviditate de lichid, incat rezistenta lichidului, produsa de diferenta de concentratii interfata-lichid, este neglijabila.

Absorbtia in cazul unui component putin solubil este controlata de rezistenta filmului de lichid. In acest scop, din cauza insolubilitatii componentului in lichid, tendinta lui de a trece in lichid este foarte mica. In cazul componentilor cu solubilitate medie, factorul care controleaza absorbtia este rezistenta ambelor filme.

Exista mai multe teorii la adresa fenomenului de absorbtie, dintre care cele mai importante sunt:

- Teoria celor doua filme a lui Withman si Lewis

- Teoria penetratiei a lui Higbie

- Teoria lui Danekworts

- Teoria lui Kishinevsky si Pamfilov, etc.

Dintre aceste teorii, cea mai raspandita este teoria celor doua filme, care admite existenta la interfata lichid-gaz a doua filme, unul gazos si unul lichid in curgere laminara.In centrul stratelor gazoase si lichide, regimul va fi turbulent; la interfata cele doua faze sunt in echilibru.

In toate teoriile se ivesc dificultati experimentale, datorita unor multiple si complexe probleme si aspecte care privesc coloanele de absorbtie cu umplutura, considerate cele mai eficace si mai economice.

Deasemenea aceste teorii nu rezolva si nu explica toate conditiile in care se efectueaza transferul de masa, care este ,in general, puternic influentat de regimul hidrodinamic al curgerii fluidelor puse in contact.

Transferul unui component din faza gazoasa in faza lichida cand cele doua faze sunt in contact se realizeaza in mai multe faze succesive;

- migrarea moleculelor componentului din faza gazoasa spre interfata gaz-lichid sau suprafata libera a lichidului;

- trecerea moleculeler, ajunse la suprafata lichidului, din faza gazoasa un faza lichida;

- deplasarea moleculelor in interiorul fazei lichide.

In imediata vecinatate a interfetei dizolvarea componentului solubil provoaca o saracire a fazei gazoase si o imbogatire a fazei lichide. Asadar de o parte si de alta a interfetei exista doi gradienti de concentratie localizati in cele doua filme.

Tehnologia absorbtiei.

In echilibru cu lichidul, in care s-au solvit, gazele prezinta presiuni partiale diferite.Gazele foarte putin solubile dizolvate in lichid in cantitati mici prezinta presiuni partiale foarte mari.

Cu cat presiunea partiala a unui gaz dizolvat este mai mica, pana la o anumita concentratie, cu atat este mai solubil.

Pentru a obtine o solutie gaz-lichid de o anumita concentratie cu un component putin solubil sau insolubil este necesar o presiune partiala a gazului mai mare. Un component foarte solubil va da o solutie gaz-lichid de aceeasi concentratie, la o presiune partiala mult mai mica.

O solutie de gaz-lichid, la o temperatura si la o concentratie data exercita o anumita presiune.

Si in procesul de absorbtie a unui component dintr-un amestec in faza gazoasa de catre un lichid, practic nevolatil, se stabileste un anumit echilibru determinat de raportul dintre concentratia lichidului si concentratia vaporilor.

Folosindu-se legea mai generala a lui Henry ( p = H x unde H este constanta care depinde de temperatura si de natura gazului; p este presiunea partiala a gazului; x este fractia molara a gazului in faza lichida) pana la anumite presiuni partiale si legea lui Raoult ( p = P x unde p este presiunea partiala a componentului lichid; P este presiunea de vapori a componentului; x este fractia molara a