14.4. Десорбція адсорбованих продуктів

Однією з основних стадій адсорбційного процесу є десорбція поглинених речовин, яка може проводитися різними способами: підвищенням температури шару адсорбенту, зниженням тиску в системі, віддувом адсорбата в струмині газу-носія, застосуванням вакууму, витіснення сорбату матеріалом, що більш легко адсорбується, комбінація двох і більше вказаних методів.

Як правило, можливість регенерації адсорбенту і виділення адсорбованого забруднення визначається економічними міркуваннями.

Одним з шляхів видалення адсорбованих забруднювачів є повна заміна адсорбенту з направленням відпрацьованого матеріалу у відходи. Такий шлях можливий в тих випадках, коли кількість адсорбата невелика або процес заміни проводиться достатньо рідко. Вартість свіжого адсорбенту невелика в порівнянні з вартістю процесу регенерації з урахуванням трудових витрат. Адсорбент може знаходитися на паперовому носієві або у вставній гільзі. Матеріал, що видаляється, може бути вивезений на звалище; проте в тих випадках, коли адсорбована речовина токсична або канцерогенна і може розчинятися у воді, а також при використанні вугілля як адсорбенту краще відпрацьований матеріал спалювати.

Проблема утилізації або видалення матеріалу, виділеного при адсорбційному очищенні, в значній мірі пов’язана з придатністю цього матеріалу для повторного використання в процесі, проте певну роль може грати і вибір методу десорбції, вживаного для регенерації відпрацьованого сорбенту. Якщо виділена речовина може бути використана в процесі виробництва, то оптимальними методами десорбції можуть бути просте нагрівання або нагрівання при частковому вакуумуванні, оскільки забруднювач при википанні утворює концентровану пару; при конденсації пари утворюється концентрований розчин, який може бути повернений в процес. Якщо одночасно виділяється декілька забруднювачів, наприклад, суміш пари розчинників, і ця суміш не може утилізувана як така, то необхідне додаткове розподілення, наприклад шляхом дистиляції. Оскільки адсорбцію часто використовують для виділення органічних забруднювачів, то у багатьох випадках виділений матеріал можна використовувати як паливо або добавку до палива, якщо він не знаходить іншого застосування. При спалюванні заміщених вуглеводнів необхідно брати до уваги те, що можливе утворення продуктів, які викликають корозію або що завдають шкоди навколишньому середовищу.

Нагрівання поширене найширше, воно дозволяє отримувати сорбат в концентрованому стані, а в деяких випадках і у стані, придатному для повторного використання. При підвищенні температури адсорбенту до величини, рівній температурі кипіння сорбату при атмосферному тиску, починається википання речовини, пари якої конденсують. Якщо підвищення температури до такого значення призводить до розкладання речовини, то додатково можна застосувати часткове вакуумування. При використанні тільки вакуумування ступінь десорбції не настільки висока, як при нагріванні. Крім того, в цьому випадку для конденсації десорбированного продукту можуть знадобитися ефективніші холодильники або виявиться необхідною конденсація при стисненні.

Десорбція шляхом продування інертного газу, за винятком процесу адсорбційної концентрації з подальшим спалюванням газу, як правило, створює проблем більше, ніж вирішує, оскільки забруднююча речовина в цьому випадку знову виявляється такою, що диспергує в газовому потоці. Продування газом, інертним щодо адсорбційного процесу (наприклад, повітрям або азотом), має недолік в тому, що десорбуюча речовина знову опиняється розподіленою в газовій фазі. Однак в певних ситуаціях застосування цього методу доцільне. Для концентрації забруднюючих речовин, присутніх в дуже малих концентраціях, може бути використана абсорбція. При продуванні повітрям газовий потік, що утворюється при десорбції, може бути безпосередньо направлений на спалювання.

Обробка вугільного адсорбенту водяною парою є методом регенерації, заснованим на витісненні. Водяна пара адсорбується, витісняючи молекули адсорбата, який має нижчий рівноважний парціальний тиск. Десорбовані забруднення конденсуються разом з надлишком водяної пари. Після насичення адсорбенту парою необхідна регенерація для видалення води; її проводять продуванням гарячого повітря. Обробка водяною парою фактично є комбінацією методів. Хоча основною рушійною силою десорбції є витіснення, пара одночасно підвищує температуру адсорбенту, а його надлишок виконує роль інертного газу, використовуваного для продування. У випадку органічних матеріалів, добре розчинних у воді, застосування цього методу пов’язане з труднощами, оскільки потрібне проведення додаткового розподілення водного конденсату і органічних продуктів. Навіть у тих випадках, коли розчинність органічних продуктів незначна і розподілення здійснюється простою декантацією фази, що не змішується, необхідно взяти до уваги проблеми, пов’язані з видаленням одержаних водних розчинів. Якщо їх об’єми невеликі, а розчинені органічні речовини піддаються біологічному розкладанню, прийнятним варіантом може бути звичайна обробка в каналізаційних спорудах. Але за наявності стійких органічних сполук або великих кількостей водних розчинів бажано відмовитися від даного методу десорбції.

В процесі регенерації ніколи не досягається абсолютно повна десорбція, тому необхідно передбачати деякий надлишок адсорбційної ємності, що компенсується її втратою за декілька циклів регенерації. При регенерації можуть виникати і інші проблеми, які потрібно передбачати при виборі методу обробки. Деякі органічні сполуки, зокрема, мономери, наприклад пари стиролу, в процесі регенерації можуть полімеризуватися в порах адсорбенту, що робить його непридатним для подальшого використання. При високих температурах регенерації можливий розпад органічних сполук, внаслідок чого сорбент покривається смолою і сажею і також стає неактивним. У таких випадках слід використовувати інші методи десорбції, або працювати при помірних температурах і зниженому тиску, або проводити обробку водяною парою; можлива також регенерація дезактивованого адсорбенту в окислювальній атмосфері печі. У таких печах в контрольованих умовах органічні матеріали випалюють з поверхні і з пор сорбенту.

В результаті хемосорбції сорбат зв’язується настільки міцно, що десорбція можлива тільки при видаленні деякої кількості самого сорбенту. В більшості випадків регенерація проводиться в спеціальних умовах. Прикладом може слугувати регенерація активованого вугілля, використовуваного для видалення SO₂, продуванням повітрям. Частина SO₂ постійно накопичується на сорбенті у вигляді сірчаної кислоти. Її десорбують, нагріваючи до 370°С в інертній атмосфері, внаслідок чого кислота реагує з вугіллям, утворюючи CO₂ і SO₂.

У тих випадках, коли адсорбованими забруднювачами є неорганічні або негорючі речовини і для них не знаходять жодного корисного застосування, проблеми видалення аналогічні тим, які виникають при видаленні подібних матеріалів методами адсорбції.