13. Тепло- и массообмен между влажным воздухом и сорбентами.

Явление адсорбции заключается в поглощении паров, газов, или растворенных веществ поверхностью твердых поглотителей (адсорбентов). Такими поглотителями могут быть активированный уголь, силикагель, алюмогель, губчатая платина и др. Все эти вещества характеризуются капиллярно-пористой структурой, вслед­ствие чего они обладают весьма развитой внутренней поверх­ностью капилляров, достигающей нескольких сот и даже тысяч квадратных метров на 1 кг массы вещества.

Механизм процесса осушения воздуха при прохождении через слой адсобента заключается в следующем. Известно, что, когда смачивающая жидкость частично заполняет капиллярный канал, мениск жидкости в капилляре приобретает вогнутую форму. Парциальное давление паров на вогнутой поверхности мениска меньше парциального давления паров над плоской поверхностью жидкости. Поскольку парциальное давление водяного пара в воздухе, окружающем капиллярное тело, выше, чем на вогнутой поверхности мениска, то образующаяся разность потенциалов вы­зывает перенос пара из окружающего воздуха в капилляр. В капиллярном канале пар претерпевает фазовое превращение и переходит из газообразного состояния в жидкое. Таким, образом, при прохождении осушаемого воздуха через слой адсорбента про­исходит явление капиллярной конденсации, обусловленное нали­чием некоторого количества жидкости в капиллярах, необходи­мого для образования вогнутого мениска.

В технике кондиционирования воздуха широко применяется силикагель SiO₂, представляющий собой зернистое стекловидное вещество, получаемое путем обработки жидкого стекла минераль­ной кислотой. Для осушения воздуха обычно применяют силика­гель с размерами зерен от 1 до 3 мм Силикагель обладает вы­сокой гидрофильностью. Адсорбирующая способность силикагеля зависит от температуры осушаемого воздуха: с повышением темпе­ратуры воздуха способность поглощения влаги силикагелем умень­шается. При длительном пребывании в воздухе, обладающем неизменяющимися параметрами, силикагель приобретает равновесное с ним состояние, характеризующееся определенным значением влагосодержания. При определенном влагосодержании воздуха равновесное состояние силикагеля тем ниже, чем выше температура воздуха, поэтому применять силикагель для осуше­ния воздуха при температурах выше 35°С нецелесообразно. В условиях практического применения силикагеля или другого адсорбента влажность не следует доводить до предельных состоя­ний, показанных. Последнее объясняется тем, что в процессе осушки воздуха насыщение адсорбента происходит от­дельными слоями по ходу воздуха.

Для осушения воздуха также можно использовать алюмогель А1₂0₃. Объем капилляров алюмогеля составляет примерно 30% общего объема. Алюмогель рекомендуется применять для осушения воздуха с температурой не выше 25°С. Приведенные характеристические данные свидетельствуют о более низкой поглотительной способности алюмогеля как адсорбента по сравнению с силикагелем.

Степень осушения воздуха при применении алюмогеля выше, чем при использова­нии силикагеля. Размеры зерен алюмогеля колеблются от 1 до 3 мм. В связи с резким снижением адсорбционной способности алю­могеля с повышением температуры в толще его слоя иногда про­кладывают змеевики, по которым пропускают холодную воду, охлаждающую алюмогель. Это мероприятие способствует повы­шению поглотительной способности слоя адсорбента в процессе его использования.

При адсорбции конденсация влаги в капиллярах сопровожда­ется выделением удельной теплоты испарения и удельной теплоты смачивания. Выделяющаяся теплота адсорбции повышает температуру как слоя адсорбента, так и осушаемого воздуха. Наибольшее повышение температуры адсорбента наблюдается в той его части, в которой в данный момент происходит поглощение влаги. При этом по мере смещения зоны адсорбции в том же на­правлении происходит и смещение зоны наиболее высокой темпе­ратуры.

Применение твердых влагопоглощающих веществ позволяет получить почти абсолютно сухой воздух. Использование таких веществ для осушения воздуха можно рекомендовать в тех слу­чаях, когда целью обработки воздуха является его осушение и нагревание.

Слой адсорбента по достижении предельной влажности перестает поглощать влагу из воздуха. Для восстановления адсорбирующей способности адсорбент подвергают активации, которая заключается в продувке через него воздуха (или отфильтрованных дымовых газов), нагретого до температуры 180—240°С.

Под воздействием высокой температуры влага, содержащаяся в капиллярах, испаряется и отводится вместе -с газом или воздухом. В процессе активации слой адсорбента нагревается до температуры 100—110°С, вследствие чего перед повторным использованием его охлаждают продувкой холодного воздуха. Продувка способствует также поддержанию в адсорбенте минимального количества воды, обеспечивающего образование в капиллярах во-гнутого мениска, при наличии которого твердый поглотитель приобретает способность адсорбировать водяной пар.