Равновесие при адсорбции

Количество вещества, адсорбированного единицей массы или объема поглотителя, при достижении состояния равновесия, зависит от температуры и концентрации поглощаемого вещества в газовой смеси или растворе.

Зависимость между равновесными концентрациями фаз при адсорбции имеет вид:

(1)

(2)

– относительная концентрация адсорбтива в адсорбенте, [кг/кг];

– относительная концентрация адсорбтива в газовой или жидкой смеси (массовая доля в растворе/адсорбенте), [кг/кг].

В случае газовой смеси в качестве концентрации адсорбтива можно использовать парциальное давление

(3)

(2) и (3) называют изотермами адсобрции, кот. отражают лини равновесия адсорбции или изотермы адсорбции.

В процессе адсорбции выделяется значительное количество тепла и уменьшается парциальное давление данного компонента в исходной смеси. Вид изотермы зависит от ряда факторов:

1) удельная поверхность адсорбента;

2) объем пор;

3) распределение пор по размерам;

4) свойств поглощаемого вещества;

5) температуры процесса и т.д.

В соответствии с принципами Ле Шателье количество адсорбированного вещества увеличивается с понижением температуры и повышением давления.

Для ускорения десорбции давление понижают и повышают температуру.

Количество тепла, выделяемого при адсорбции, определяется экспериментально.

В настоящее время для описания механизмов адсорбции разработан ряд теорий, в частности теория мономолекулярной адсорбции, выдвинутая Ленгмюром.

Теория Поляни – потенциальная теория адсорбции, основным положением кот. является зависимость силы притяжения адсорбируемых молекул от некоего адсорбционного потенциала.

Теория Дубинина – теория объемного заполнения микропор.

Скорость адсорбции

Характер протекания адсорбции во времени зависит от того, как он организован, т.е. является ли этот процесс периодическим или непрерывным.

Для осуществления того или иного режима адсорбции необходимо применять неподвижный или движущийся слой адсорбента.

И тот и другой режим связаны с определенными сложностями в организации.

Лекция №11 (17 мая 2023)

Десорбция –

извлечение адсорбированного вещества из тв. поглотителя.

Операция десорбции явл. необходимой составной частью всех технологических схем адсорбции, проводимых в замкнутом цикле.

Затраты на проведение десорбции оказывают значительное влияние на общую стоимость процесса, разделение компонентов и очистку веществ адсорбционными методами.

На практике процесс десорбции часто называют регенерацией адсорбента.

Основные методы десорбции:

1) Вытеснение из адсорбента поглощенных компонентов при помощи веществ, обладающих более высокой адсорбционной способностью чем поглощенный компонент;

2) Испарение поглощенных компонентов, обладающих более высокой летучестью, путем нагрева адсорбента.

В случае образования побочных веществ, например смолообразных продуктов, окончательную очистку адсорбента осуществляют выжиганием этих компонентов (т.н. окислительная регенерация адсорбента).

Выбор способа десорбции производится на основе технико-экономических показателей процесса. В ряде случаев происходит комбинированное использование указанных методов десорбции, т.е. сочетание.

На практике процесс десорбции обычно проводят путем пропускания пара или газа, не содержащего адсорбтива, через слой адсорбента после завершения процесса адсорбции.

Для повышения скорости извлечения десорбции проводят при повышенной температуре. Для этого через слой адсорбента пропускают предварительно нагретый десорбирующий агент.

В качестве десорбирующего агента применяют острый насыщенный или перегретый пар, пары органических веществ, а также инертные газы.

После окончания десорбции слой адсорбента сушат и охлаждают.

Десорбцию острым водяным паром наиболее часто применяют для рекуперации (частичного или полного возврата в процесс какого-либо ресурса) летучих растворителей на активном поле.

Основная масса поглощенного вещества выделяется из адсорбента в начале процесса десорбции. Затем это количество снижается и ближе к концу процесса скорость десорбции резко снижается.

При этом расход греющего пара на единицу извлекаемого материала увеличивается.

В связи с этим, как правило, процесс десорбции проводят не полностью, оставляя некоторое количество адсорбтива в адсорбере.

Часть водяного пара расходуется на нагревание всей системы, десорбцию веществ и компенсацию потерь в окружающую среду. Эта часть наз. греющий пар, кот. полностью конденсируется в адсорбере.

Часть пара, расходуемая на выдувание (удаление) вещества из адсорбента, не конденсируется, а выходит вместе с парами адсорбтива из аппарата. Эта часть наз. динамическим паром.

Расход динамического пара составляет в среднем от 3-4 кг/кг извлекаемого (десорбируемого) вещества.

Регенерацию цеолитов наиболее часто проводят путем пропускания сухого нагретого газа через слой материала.

В большинстве случаев десорбция с поверхности цеолита более затруднительна чем с поверхности активных углей.

Для процесса десорбции используют аппараты с неподвижным, подвижным и кипящим слоем адсорбента.