49. Адсорбционная очистка промышленных выбросов (физическая и химическая адсорбция, промышленные адсорбенты).

Одним из перспективных методов очистки промышленных выбросов, обеспечивающих высокую степень извлечения примесей, является адсорбционный.

Адсорбция - явление поглощение газов и паров, а также растворён­ных веществ поверхностным слоем (пористых) тел (адсорбентов).

В процессе разделения, основанном на способности некоторых твёр­дых тел избирательно поглощать газообразные компоненты из газовых смесей, присутствующие в газовой смеси молекулы загрязнённого газа или пара сорбируются на поверхности или в порах твёрдого материала.

Поглощаемое из газовой фазы вещество называется адсорбтивом, а твёрдое вещество, на поверхности или в порах которого происходит ад­сорбция поглощаемого веществе - адсорбентом. Газовая фаза, в которой находится извлекаемый компонент, называется газом-носителем, а после того как извлеченный компонент перешёл в адсорбированное состояние его называют адсорбатом.

Применение адсорбционных методов очистки газов целесообразно в тех случаях, когда требуемый эффект не может быть достигнут другими методами, концентрация удаляемой примеси в газе-носителе очень мала и когда требуется гарантированная рекуперация извлекаемой примеси из-за ее значительной стоимости.

В процессе адсорбции из отходящих газов удаляют различные при­меси, в том числе: сернистые соединения, парообразные и газообразные углеводороды, хлор, сероводород, сероуглерод и многие другие вещест­ва. Явление адсорбции обусловлено наличием сил притяжения между молекулами адсорбента и адсорбтива на границе раздела соприкасаю­щихся фаз. Процесс перехода молекул адсорбтива из газа-носителя на поверхностный слой адсорбента происходит в том случае, если силы притяжения адсорбента превосходят силы притяжения, действующие на адсорбтив со стороны молекул газа-носителя.

Силы притяжения адсорбента могут иметь различную природу - фи­зическую или химическую. В соответствии с этим различают физическую и химическую адсорбцию.

При физической адсорбции взаимодействие молекул с поверхностью адсорбента определяется сравнительно слабыми дисперсными, индукци­онными и ориентационными силами. При этом адсорбированные моле­кулы не вступают с молекулами адсорбента в химическое взаимодейст­вие и сохраняют свою индивидуальность. Для физической адсорбции ха­рактерна высокая скорость, малая прочность связи между поверхностью адсорбента и адсорбтивом и малая теплота адсорбции. С повышением температуры количество физически адсорбированного вещества умень­шается, а увеличение давления приводит к возрастанию величины ад­сорбции.

Преимуществом физической сорбции является лёгкая обратимость процесса. При уменьшении давления адсорбента в газовой смеси, либо при увеличении температуры адсорбированные молекулы легко десорбируются без изменения химического состава, а регенерированный адсор­бент может использоваться многократно.

В основе химической адсорбции лежит химическое взаимодействие между адсорбентом и адсорбируемым веществом. Действующие при этом силы значительно больше, чем при физической адсорбции, а высво­бождающееся тепло совпадает с теплом химической реакции. Как прави­ло, она колеблется в пределах от 20 до 400 кДж/моль. Из-за такой боль­шой теплоты адсорбции энергия связи хемосорбированных молекул сильно отличается от энергии связи этих же молекул в потоке газа. Соот­ветственно и энергия, необходимая для того, чтобы хемосорбированная молекула прореагировала с молекулой другого сорта, может быть суще­ственно меньше, чем энергия, необходимая для реакции этих же молекул в газовой фазе. Этим, собственно, объясняется тот факт, что адсорбиро­ванная на поверхности твёрдого тела молекула легче вступает в химиче­скую реакцию с другими молекулами.

Существует и другое важное отличие химической адсорбции: моле­кулы адсорбтива, вступив в химическое взаимодействие, прочно удержи­ваются на поверхности и в порах адсорбента. Характерной особенностью химической адсорбции является и то, что скорость её при низких темпе­ратурах мала, но возрастает с ростом температуры.

Промышленные адсорбенты

Любые твердые вещества обладают поверхностью и, следовательно, потенциально являются адсорбентами. В технике, однако, используют адсорбенты с сильно развитой внутренней поверхностью, образование которой достигается в процессе их синтеза или в результате специальной обработки.

К промышленным адсорбентам предъявляют следующие требования:

а) они должны обладать большой динамической ёмкостью (временем защитного действия);б) большой удельной поверхностью;в) избирательностью адсорбции;г) термической и механической устойчивостью;д) способностью к регенерации;е) простотой изготовления, дешевизной.