Аннотация
В.Г. Матвиенко, В.В. Кулик, Н.Ю. Траховцов – Фазовая диаграмма системы диоксид
углерода – диэтиленгликоль –
γ-бутиролактон. Проведено экспериментальное изучение растворимости диоксида углерода
в органическом абсорбенте ДЭГ – γ-БЛ на установке с ячейкой переменного объема. Исследован ряд составов системы с
различным соотношением компонентов. Полученные данные позволяют рассчитать термодинамические характеристики диоксида
углерода в данном трехкомпонентном растворе.
Диэтиленгликоль (ДЭГ) находит широкое применение в различных областях промышленности, в частности, для осушки природного и технологических газов. Эффективность осушки газа этим абсорбентом растет с понижением температуры контакта. Однако использованию ДЭГ в качестве осушителя газа при температурах ниже 10°С мешают его высокая вязкость и высокая температура кристаллизации. Возможна модификация ДЭГ путем добавления к нему веществ, уменьшающих вязкость и температуру кристаллизации. На кафедре физической и органической химии (ФОХ) Донецкого национального технического университета разработан ряд низкотемпературных осушителей на основе ДЭГ. В частности, прекрасными двухкомпонентными абсорбентами паров воды являются смеси ДЭГ с γ-бутиролактоном (γ-БЛ), которые дают возможность проводить осушку газа при температурах -10°С ÷ -20°С.
Поскольку часто природный и технологические газы содержат в значительных количествах диоксид углерода, который может поглощаться абсорбентом в процессе осушки газа, важной является информация о растворимости СО2 в этом абсорбенте. Ранее на кафедре ФОХ ДоННТУ были получены экспериментальные данные по растворимости диоксида углерода в ДЭГ и γ-БЛ при температурах 0–50°С и давлениях до 9 МПа.
Мы провели экспериментальное изучение растворимости диоксида углерода в двухкомпонентных растворителях ДЭГ – γ-БЛ различного состава. Исследование проводили на установке, основной частью которой является ячейка равновесия, изготовленная из кварцевого стекла. Объем рабочей части ячейки можно было изменять с помощью ртутного поршня. Массы компонентов в ячейке определялись путем взвешивания пустой и загруженной ячейки на аналитических весах. В эксперименте после установления состояния равновесия измерялось равновесное давление при данной температуре и высоты газовой и жидкой фаз. По этим данным расчитывалась концентрация диоксида углерода в растворе. Эксперимент обычно проводился до появления второй жидкой фазы в ячейке.
В трехкомпонентной системе СО2 – ДЭГ – γ-БЛ, так же, как и в системе СО&sub2; – ДЭГ, наблюдается расслоение в жидкой фазе, причем область расслоения сужается с увеличением концентрации γ-БЛ в двухкомпонентном растворителе ДЭГ – γ-БЛ. Увеличение температуры приводит к расширению области гетерогенности и при температуре +34°С кривая расслоения касается стороны СО2 – γ-БЛ (температура, при которой начинается расслоение в жидкой фазе этой системы). При более высоких температурах в трехкомпонентной системе существуют две изолированные двухфазные области жидкость – газ, причем одна из них (очень узкая) находится у вершины СО2. Движение точки жидкофазных систем (в присутствии пузырька газовой фазы) по лучу, уходящему в вершину СО2 на треугольнике составов, сопровождается очень малым изменением давления. Это свидетельствует о том, что направление коннод в жидкофазной области практически совпадают с лучами, исходящими из вершины диоксида углерода.
На рисунке 1 приведен треугольник составов системы СО2 – ДЭГ – γ-БЛ с областью расслоения при 30°С.
Рисунок 1 – Кривая расслоения на треугольнике составов системы СО2 – ДЭГ – γ-БЛ при температуре 30°С
Бинодаль, ограничивающая область расслоения, резко ассиметрична относительно критической точки. Критическая точка отвечает содержанию СО&sub2; более 90%.
Полученные данные позволяют рассчитать многие термодинамические характеристики диоксида углерода в трехкомпонентном растворе: активности и коэффициенты активности, дифференциальные теплоты растворения и смешения, избыточные энергии Гиббса и т.д.
Эти данные могут быть использованы для расчетов процессов удаления диоксида углерода из газовых смесей двухкомпонентными растворителями ДЭГ – γ-БЛ и для развития теории растворов.