Адсорбция. Физическая и химическая адсорбция

Тема: Адсорбция

Адсорбцией называется процесс поглощения одного или нескольких компонентов из газовой смеси или раствора пористым твердым веществом -адсорбентом. Поглощаемое вещество носит название адсорбента или адсорбтива. Адсорбцией называется процесс поглощения одного или нескольких компонентов из газовой смеси или раствора пористым твердым веществом -адсорбентом. Поглощаемое вещество носит название адсорбента или адсорбтива. Благодаря пористости частиц адсорбентов имеют огромную поверхность, что делает такие вещества, как активированный уголь и силикагель, наилучшими адсорбентами. Так, 1 г активированного угля обладает поверхностью до 1000, а 1 г силикагеля - до 500. Активированный уголь (древесный, чаще березовый, уголь обработанный паром и серной кислотой с целью удаления из него смолистых веществ) и силикагель (гель кремневой кислоты, полученный воздействием серной кислоты на жидкое стекло). Процессы адсорбции избирательны и обычно обратимы. Область применения адсорбции несколько отличается от применения сходного с ней процесса абсорбции. Адсорбцию выгодно использовать в тех случаях, когда необходимо обеспечить полное поглощение небольших концентраций вещества, тогда как применение абсорбции дает возможность поглощать большое количество компонента, не достигая, однако, полного его извлечения.

Физическая адсорбция обусловлена взаимным притяжением молекул адсорбента и адсорбата под действием сил Ван-дер-Ваальса и не сопровождается химическим взаимодействием адсорбируемого вещества с поглотителем. При химической адсорбции (хемосорбции), в результате химической реакции между молекулами поглощенного вещества и поверхностными молекулами поглотителя возникают химические связи, поэтому процесс необратим. Адсорбенты характеризуются своей поглотительной или адсорбционной способностью, определяемой весовым количеством поглощенного вещества, отнесенным к единице веса или объема поглотителя.

Статическая и динамическая активность Адсорбенты характеризуются статической и динамической активностью. После некоторого периода работы адсорбент перестает полностью поглощать извлекаемый компонент и наблюдается "проскок" компонента через слой адсорбента. С этого момента концентрация компонента в отходящей парогазовой смеси возрастает вплоть до наступления равновесия (сколько подается, столько и выходит). Количество вещества, поглощенного единицей массы (или объема) адсорбента за время от начала адсорбции до начала "проскока", определяет динамическую активность адсорбента. Количество вещества, поглощенного тем же количеством адсорбента за время от начала адсорбции до установления равновесия, характеризует статическую активность. Активность адсорбента зависит от температуры газа и концентрации в нем поглощенного компонента. Динамическая активность всегда меньше статической, поэтому расход адсорбента определяется по его динамической активности.

Селективность (избирательность) процесса Адсорбенты обладают селективностью. В процессе абсорбции селективность абсорбента определялась в основном растворимостью в нем того или иного газа, то адсорбенты в первую очередь поглощают из смеси газов или паров те вещества, которые имеют более высокую температуру кипения.

Десорбция Извлечение адсорбированного вещества из твердого поглотителя (десорбция) является необходимой составной частью всех технологических процессов адсорбции. Методы десорбции: 1 Вытеснение из адсорбента поглощенных компонентов посредством агентов, обладающих более высокой адсорбционной способностью, чем поглощенные компоненты (продувка паром или газом). 2. Испарение поглощенных компонентов, обладающих относительно высокой летучестью, путем нагрева слоя адсорбента. 3. Окислительная регенерация адсорбента (выжиганием поглощенного компонента).

Адсорбционные установки Процессы адсорбции могут проводиться периодически (в аппаратах с неподвижным слоем адсорбента) и непрерывно - в аппаратах с движущимся или кипящим слоем адсорбента. Различие схем адсорбционных установок обуславливается различием свойств используемых адсорбентов. Например, угля и силикагеля. Силикагель не изменяет своей структуры и адсорбционной способности под воздействием высокой температуры, поэтому имеется возможность быстро регенерировать использованный силикагель, нагревая его топочными газами до 300° С. Активированный уголь можно нагревать только до температуры ниже 200° С, продувая его паром, с последующей сушкой и охлаждением. Ввиду этого адсорбционные установки с применением активированного угля должны состоять из нескольких адсорберов, в которых периодически происходят адсорбция и регенерация адсорбента. Установки, использующие в качестве адсорбента пылевидный или мелкозернистый силикагель, работают непрерывно.

Двухадсорберная установка непрерывного действия 1, 2- адсорберы; 5 - хранилище; 3 - конденсатор; 6 - газодувка; 4 - сепаратор; 7 - калорифер.

Устройство адсорберов Адсорберы с неподвижным зернистым адсорбентом 1 - корпус, 2 - решетка, 3-4-5 - люки. Представляет собой полые вертикальные или горизонтальные сосуды, в которых размещены слой зернистого адсорбента. Иногда применяют адсорберы с кольцевым слоем адсорбента. Газовая смесь (паровоздушная) подается в корпус-1 адсорбера, проходит сквозь находящийся на решетке-2 слой адсорбента, после чего удаляется через выхлопной штуцер. По завершении адсорбции для вытеснения поглощенного вещества из адсорбента в аппарат подается перегретый водяной пар, который движется в направлении, обратном движению газа. Паровая смесь (смесь паров воды и извлекаемого компонента) удаляется из аппарата и поступает на разделение в отстойник непрерывного действия или в ректификационную колонну. После десорбции сквозь слой адсорбента пропускают для его сушки горячий воздух, который входит через паровой штуцер и удаляется через тот же штуцер, что и паровая смесь. Высушенный адсорбент охлаждается холодным воздухом, движущимся по тому же пути, что и водяной пар. После чего цикл поглощения повторяется снова.

Адсорберы с кипящим слоем мелкозернистого адсорбента