Глава XVII

1. СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА АДСОРБЦИИ

Процесс поглощения газов (паров) или жидкостей поверх­ностью твердых тел (адсорбентов) называется адсорбцией. Явле­ние адсорбции связано с наличием сил притяжения между молеку­лами адсорбента и поглощаемого вещества.

В промышленности адсорбцию применяют для отбензинивания попутных и природных углеводородных газов, при разделении газов нефтепереработки для получения водорода и этилена, осушки газов и жидкостей, выделения низкомолекулярных аро­матических углеводородов из бензиновых франкций, для очистки масел и т. п. Явление адсорбции используется в хроматографии, в противогазах и т. д.

По сравнению с другими массообменными процессами адсорб­ция наиболее эффективна в случае малого содержания извлекае­мых компонентов в исходной смеси.

Различают физическую и химическую адсорбцию (хемосорб- цию). При физической адсорбции молекулы адсорбента и погло­щаемого вещества не вступают в химическое взаимодействие. При хемосорбции имеет место химическое взаимодействие молекул поглощаемого вещества с адсорбентом. Адсорбция — процесс экзотермический, т.е. идет с выделением тепла. Для газов и паров теплота адсорбции примерно равна теплоте их конденсации, а при адсорбции из растворов теплота адсорбции меньше.

2. ХАРАКТЕРИСТИКИ АДСОРБЕНТОВ

Адсорбенты — пористые твердые тела с сильно развитой по­верхностью пор. Удельная поверхность пор может составлять от 200 до 1000 м²/г, а средний радиус пор от 0,2 до 10 нм. Адсор­бенты применяют в виде таблеток или шариков размером от 2 до 6 мм, а также порошков с размером частиц от 20 до 500 мкм. В качестве адсорбентов используют активированный уголь, сили- кагель, алюмосиликаты, цеолиты и др. Цеолиты (молекулярные сита) — синтетические адсорбенты с регулируемым размером пор, представляющие собой алюмосиликаты натрия или калия.

концентрация или парциальное давление адсорбируемого вещества;

где £ АиФ — коэффициенты и показатель степени, зависящие от природы адсор- 6 ята адсорбируемого вещества и температуры.

Приведенные уравнения называются уравнениями изотермы адсорбции. Общий вид изотермы адсорбции приведен на

^^ИСПооце^{СС а}Д^с0Рбдии состоит из двух стадий: поглощения ве- тва поверхностью адсорбента и диффузии вещества в порах Сорбента. При адсорбции сначала поглощаются все компоненты ^а<ДСси однако после достижения состояния насыщения будет

Рис. XVI1-1. Общий вид изотермы адсорбции. q

4. МЕТОДЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПРОЦЕССА АДСОРБЦИИ

В промышленности применяют следующие варианты процесса адсорбции: 1) с неподвижным слоем адсорбента; 2) с движущимся слоем адсорбента; 3) с псевдоожиженным слоем адсорбента.

На рис. XVI1-2 приведены указанные варианты осуществле- ния процесса адсорбции.

Адсорберы с неподвижным слоем адсорбента (рис. XVI1-2, а) представляют собой вертикальные аппараты, заполненные грану- лированным сорбентом. Исходная смесь пропускается через слой адсорбента. При этом поглощаются соответствующие компоненты смеси. После насыщения адсорбента стадия адсорбции прекра- щается, и адсорбент должен быть регенерирован. Для регенерации через слой насыщенного адсорбента пропускают водяной пар, инертный газ, растворитель и др. Иногда регенерацию адсорбента проводят, выжигая поглощенные компоненты (например, смо- листые вещества) в специальном аппарате.

Поскольку во время регенерации адсорбента процесс адсорб- ции прекращается, для обеспечения непрерывной работы уста- новки необходимо устанавливать несколько адсорберов, работа- ющих по заданному циклу.

Адсорберы с движущимся слоем адсорбента (рис. XVII-2, б) применяют для извлечения этилена из его смеси с водородом и метаном, для извлечения водорода из газов и т. п. В этом случае процесс осуществляют непрерывно. В качестве адсорбента часто применяют гранулированный активированный уголь. Для цир- куляции адсорбента в системе применяют пневмотранспорт. В хо- лодильнике 1 слой адсорбента охлаждается и затем поступает в адсорбционную секцию. Сырье вводят в среднюю часть адсорб- ционной секции. В адсорбционной секции сырье движется в про- тивотоке со слоем адсорбента. Непоглощенный газ выводится

Рис. XVI1-2. Схемы основных способов осуществления процесса адсорбции:

а — неподвижный слой; 1 — корпус; 2 — адсорбент; 3 — опорная решетка; 4 — огра­ничительная решетка; б — движущийся слой; 1 — холодильник; 2 — корпус; 3 — по­догреватель; 4 — газодувка; 5 — распределитель; 6 — адсорбент; 7 — реактиватор; в — псевдоожиженный слой; 1 — корпус; 2 — контактная тарелка; 3 — переточное устройство; 4 — адсорбент.

понентов. Система пневмотранспорта с газодувкой 4 обеспечивает непрерывную циркуляцию адсорбента в системе.

Адсорберы с псевдоожиженным слоем адсорбента (рис. XVII-2, в) также позволяют осуществить непрерывный процесс адсорбции. Адсорбент в этом случае должен быть из мелких гранул (обычно не более 500 мкм). Адсорбер может иметь один или несколько кипящих слоев, обеспечивающих контакт фаз в противотоке (ступенчато-противоточные адсорберы). В таком адсорбере на специальных решетках (тарелках) 2 осуществляется взаимодей­ствие между газом и порошкообразным адсорбентом, в результате этого адсорбент переводится в состояние высокой подвижности (псевдоожиженный слой). Через переточные устройства 3 адсор­бент передается с одной контактной ступени на другую, двигаясь сверху вниз. Газ движется противотоком снизу вверх. Для от­деления от унесенных частичек адсорбента газ перед выходом из адсорбера пропускают через циклоны.