8.3.2 Равновесие процесса адсорбции
Количество вещества, поглощенного единицей массы адсорбента зависит от природы этого вещества, температуры, давления, количества примесей. Равновесие между концентрациями вещества в твердой и газовой фазах выражается
(8.36)
или
,
(8.37)
где
– концентрация поглощаемого вещества
в адсорбенте,
кг адсорбата/кг адсорбента;
– концентрация
поглощаемого вещества в газовой
фазе,
кг адсорбтива/ кг инертного
газа;
Р – равновесное давление адсорбтива в парогазовой смеси.
Зависимости (8.36) и (8.37) называются изотермами адсорбции.
Изотермы адсорбции изображаются кривыми, форма которых определяется в основном природой адсорбата и адсорбента и пористой структурой адсорбентат (рисунок 8.23).
Рисунок 8.23 – Выпуклая и вогнутая изотермы адсорбции
Выпуклая форма изотермы адсорбции, характерная для микропористых адсорбентов, встречается наиболее часто.
8.3.3 Кинетика адсорбции
Рассмотрим рисунок 8.24а. Газовый поток с начальной концентрацией ун поглощаемого вещества непрерывно подается в неподвижный слой адсорбента. Через некоторое время на начальном участке слоя адсорбента поглощение практически прекращается из-за насыщения адсорбента поглощаемым веществом. Сорбирующиеся вещества «проскакивают» через этот слой, и зона адсорбции перемещается в следующие слои. Изменение фронта адсорбции изображено на рисунке 8.24б.
На рисунке 8.24:
U – скорость перемещения фронта адсорбции;
h0 – участок слоя адсорбента, на котором происходит изменение концентрации от ун до концентрации, соответствующей началу «проскока».
,
(8.38)
Рисунок 8.24 – Движение фронта адсорбции по слою адсорбента
где
– число единиц переноса в газовой фазе;
– объемный
коэффициент массопередачи.
Как уже говорилось выше, при процессе адсорбции существуют две области: внутридиффузионная и внешнедиффузионная. Процесс протекает в той или иной области в зависимости от значения критерия Био (Вid). Если значение Вid ≥ 30, то скорость процесса определяется скоростью массопроводности внутри зерна адсорбента. Если значение Вid ≤ 0,1, то скорость процесса зависит от скорости массопередачи в газовой фазе.
8.3.4 Классификация адсорберов
Адсорберы можно разделить по условиям работы на следующие группы: а) с неподвижным адсорбентом; б) с движущимся зернистым адсорбентом; в) с псевдоожиженным пылевидным адсорбентом.
Адсорберы с неподвижным слоем адсорбента весьма просты по устройству и представляют собой цилиндрические вертикальные или горизонтальные емкости, заполненные адсорбентом. Примером адсорберов с неподвижным слоем адсорбента может служить аппарат, изображенный на рисунке 8.25. В тех случаях, когда адсорбция проводится из жидкой фазы, в качестве адсорберов используется обычная фильтровальная аппаратура.
