Die Absorption von Chlorwasserstoff in Wasser ist stark exotherm. Die notwendige Abfuhr der Absorptionswärme, zumindest bei hohen HCl-Konzentrationen, erfolgt auf unterschiedliche Weise bei der nachfolgend näher beschriebenen adiabaten bzw. isothermen Absorption. Nachfolgend sind die für die Auslegung der Apparate wichtigen Gleichgewichte beschrieben.

Absorptionsgleichgewichte
Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich nur auf den Fall der physikalischen Absorption aufgrund des Löslichkeitsverhaltens in der flüssigen Phase. Löslichkeitsvorgänge in Verbindung mit chemischen Reaktionen werden nicht betrachtet.
Das Absorptionsgleichgewicht des Systems Chlorwasserstoff/Wasser ist in Abb. 1 dargestellt. Die Auftragungen des Chlorwasserstoffpartialdruckes in der Gasphase über der Konzentration der Salzsäure gelten für konstante Temperaturen. Bei geringen Salzsäurekonzentrationen ist der Partialdruck von Chlorwasserstoff sehr niedrig. Er steigt erst bei höheren Konzentrationen in der Flüssigkeit deutlich an.

Abb. 1: Absorptionsgleichgewicht HCl/Wasser	Abb. 2: Siedetemperatur von Salzsäure

Die Absorption von Chlorwasserstoff in Wasser ist mit einer hohen Wärmetönung von etwa 2100 kJ/kg HCl verbunden. Bei genügend hoher Chlorwasserstoffkonzentration im Gasstrom wird deshalb in der Regel der Siedezustand erreicht. Wie in Abb. 2 dargestellt, ist die Siedetemperatur von der Salzsäurekonzentration abhängig. Ausgehend von der Siedetemperatur von Wasser bei 1 bar wird bei ca. 21 Gew.-% HCl ein Temperaturmaximum von 108,6°C erreicht. Mit weiter zunehmender Salzsäurekonzentration nimmt die Siedetemperatur nahezu linear ab.

Bei niedrigeren Gesamtdrücken, wie z.B. in Abb. 2 für 0,5 bar dargestellt, liegt eine nahezu parallel verschobene Siedekurve vor. Für die Auslegung der Absorption unter Siedebedingungen ist das in Abb. 3 dargestellte Gleichgewichtsdiagramm für 1 bar Systemdruck maßgebend. Bei niedriger Salzsäurekonzentration ist Chlorwasserstoff sehr wenig flüchtig, d.h. die Gasphase ist nahezu chlorwasserstofffrei. Am azeotropen Punkt liegen in Dampf- und Flüssigkeitsphase gleiche Konzentrationen vor. Erst oberhalb dieses Punktes nimmt die Flüchtigkeit von Chlorwasserstoff stark zu. Bei einer Salzsäurekonzentration in der Flüssigkeit von 40 Gew.-% besteht die Gasphase praktisch nur aus Chlorwasserstoff.

Abb. 3: Gleichgewichtsdiagramm HCl/Wasser	Abb. 4: Absorptionsgleichgewicht SO2 in Wasser

Aufgrund des S-förmigen Verlaufes der Gleichgewichtslinie kann bei der Absorption unter Siedebedingungen eine maximale Salzsäurekonzentration nicht überschritten werden. Sie beträgt bei einem Gesamtdruck von 1 bar und reiner Chlorwasserstoffzuspeisung 35 Gew.-%, wobei im praktischen Betrieb geringfügig niedrigere Werte eingestellt werden.

Befinden sich in dem Feedgasstrom weitere absorbierbare Komponenten, so ist deren Absorptionsgleichgewicht gleichfalls in die Auslegung des Prozesses einzubeziehen. Als Beispiel ist in Abb. 4 das Absorptionsgleichgewicht für SO2 in Wasser bei verschiedenen Temperaturen dargestellt. Im Gegensatz zum System HCl/Wasser ist zu erkennen, dass im Gleichgewicht nur geringe Konzentrationen in der wässrigen Phase erreicht werden. Wasser ist demnach kein gutes Absorptionsmittel für SO2. Die Absorptionsfähigkeit ist aber noch so groß, dass diese nicht vernachlässigt werden darf.

In technischen Anwendungen sind die Konzentrationen der absorbierbaren Komponenten so niedrig, dass man bei der Apparateauslegung davon ausgehen kann, dass keine Wechselwirkungen existieren. Es können somit in der Regel die Gleichgewichte der einzelnen Komponenten unabhängig voneinander der Berechnung zugrunde gelegt werden.

Siehe auch:

>>> Adiabate Absorbtion von HCl

>>> Isotherme Absorbtion von HCl

>>> Reinigung von Salzsäure

>>> Konzentrierung von Salzsäure

Referenzen gebauter Anlagen unter:
>>> Literatur