42. Физическая сущность процесса адсорбции. Адсорбенты. Условия, способствующие протеканию процесса адсорбции.

Адсорбция – поглощение газов или паров из газовых смесей или растворенных веществ из растворов твердыми поглотителями, называемыми адсорбентами. Особенность процессов адсорбции – избирательность и обратимость. Благодаря этой особенности процесса возможно поглощение из парогазовых смесей или растворов одного или нескольких компонентов, а затем, в др. условиях, десорбирование их, т. е. выделение нужного компонента из твердой фазы в более или менее чистом виде. Г(П), Ж → Тв. Адсорбция используется для выделения бензола из парогазовых смесей, разделения смесей газообразных углеводородов, сушки воздуха, очистки жидких нефтепродуктов от растворенных в них примесей.

Виды адсорбции: 1) физическая – молекулы присоединяются к пористой пов-ти; 2) хемосорбция; 3) ионообменные процессы.

Условия, способствующие протеканию процесса адсорбции:

1) природа извлекаемого компонента и поглощаемого вещества. При прочих равных условиях, лучше извлекается тот компонент, у которого больше молекулярный вес. Чем меньшей растворимостью обладает компонент, тем лучше он извлекается.

Зависимость Ленгмюра: выражает равновесные соотношения при адсорбции.

х=А1*b₁c/(1+ b₁c) –для растворенных веществ [c]=[кг/м³] х=А2*b₂р/(1+ b₂р) –для газов и паров [х]= [кг погл в-ва/кг адсорбента]=[а], а=А3*b₃y/(1+ b₃y).

х – равновесная концентрация поглощенного адсорбентом вещества; р – равновесное давление поглощаемого вещества в паровой смеси; y – равновесная концентрация поглощаемого вещества в парогазовой смеси или растворе.

2) температура. Чем ниже температура, тем процесс протекает более интенсивно. С повышением температуры при прочих равных условиях равновесная концентрация уменьшается.

3) давление. Повышение давления улучшает адсорбцию. С ростом давления в парогазовой фазе равновесная концентрация х увеличивается. Изотермы адсорбции:

4) примеси в фазе, из которой поглощается вещество. Адсорбция ухудшается с появлением примесей. В этом случае примеси (также способные поглощаться адсорбентом) либо частично, либо полностью вытесняют или замещают поглощаемый компонент в адсорбенте.

Адсорбенты: испоьзуют материалы, обладающие очень высокой пористостью, а следовательно, большой удельной поверхностью. 1) БАУ-большой активированный уголь, КАУ-костяной активированный уголь; 2) силикагель SiO2*nH2O; 3) алюмогель Al2O3*nH2O; 4) синтетические цеолиты (молекулярные сита)с тонкими порами, сечение которых соизмеримо с размерами молекул.

Материал, который не вошел в эти вопросы:

Сопротивление в адсорбенте незначительно

Основное сопротивление адсорбции находится в жидкой или газовой фазе

М=К_у Δу_ср F М= В_у Δу_ср F

К_у ≈ β_у β_у -> Nu_среды

τ –τ_нас = tgα (H-H_нас)

tg α=Δτ/ΔH=K –коэф-т поглотит. действия

τ=КН-(К H_нас- τ_нас)

τ=КН- τ_о–уравнение Шилова

Материальный баланс адсорбции

Процесс адсорбции может осуществляться непрерывно и периодически.

1) непрерывная адсорбция

G(-Dy)=LDa , a-активность

G(y_H-y_K)=L(a_K-a_H)

2)Периодическая адсорбция

dV=dV_пор +dV_тв

dV=ε dV+(1- ε) dV

τ:

dM ^τ_поры=у dV_пор=у ε dV

dM ^τ_тв=а dV_ТВ=а (1- ε) dV

dM ^τ= dM ^τ_поры + dM ^τ_тв

τ+d τ:

dM ^{τ+d τ} _поры =(y+δy/δ τ*d τ) εdV

dM ^{τ+d τ} _тв =(a+δa/δ τ*d τ)(1- ε )dV

dM ^{τ+d τ}= dM ^{τ+d τ} _поры+ dM ^{τ+d τ} _ТВ

dM = dM ^{τ+d τ}- dM ^τ= δy/δ τ*d τ* εdV+ δa/δ τ*d τ(1- ε )dV

dM ^τ=G*y *δ τ

dM ^{τ+d τ}=G*(y-δy/δ H*dH) δ τ

dM= dM ^{τ+d τ}+dM ^τ

dM=- G* (δy/δ H)* dH* δ τ

- G*(δy/δ H)* dH* δ τ= (δy/δ τ)*d τ* εdV+ (δa/δ τ)*d τ(1- ε )dV | w*f_a/G

Материальный баланс для периодической адсорбции:

- δy/δ H*w = δy/δ τ*ε+ (δa/δ τ)* (1- ε )