6.5. Непрерывная адсорбция

Процесс непрерывной адсорбции является стационарным и осуществляется в аппаратах со встречным движением потоков газа и адсорбента (противоток). В упрощенном виде для расчета такого установившегося процесса при движении плотного слоя адсорбента можно использовать методы расчета массообмена между двумя фазами (например, абсорбция), которые изложены ранее. Обозначим через и массовые расходы адсорбента и инертной части газового потока, через и - начальную, конечную и текущую концентрации адсорбата в адсорбенте, через - относительные массовые концентрации адсорбтива в инертном газе; при этом и взяты для одного и того же сечения аппарата (рис.6.5).

Рис.6.5. Схема материальных Рис.6.6. Схема положения рабочих

потоков. равновесных линий.

Уравнение материального баланса для высоты слоя Н будет:

, (6.13)

где - количество поглощенного компонента адсорбентом за единицу времени.

Уравнения материального баланса для нижней части слоя от сечения с концентрациями , запишутся в виде:

.

Решая последнее уравнение относительно а, получаем

. (6.14)

Уравнение (6.14) описывает рабочую линию (линию рабочих концентраций) процесса адсорбции 1 - 2, изображенную на рис. 6.6. Выше рабочей линии на этом же рисунке расположена линия равновесных концентраций в фазах .

Из уравнения материального баланса (6.13) может быть определен минимальный относительный расход адсорбента, если принять, что , т.е. конечная концентрация в адсорбенте достигла равновесного значения, тогда

. (6.15)

Отсюда

. (6.16)

Рабочая линия при минимальном расходе адсорбента 1 - 3 на рис. 6.6 изображена пунктиром.

Уравнение массопередачи для элементарного объема слоя высотой dH

(рис. 6.5) запишется в виде:

, (6.17)

где K_v - объемный коэффициент массопередачи, отнесенный к газовой фазе; - элементарный объем аппарата; S - площадь поперечного сечения аппарата.

Решая уравнение (6.17) относительно dH, имеем:

, (6.18)

а требуемая рабочая высота аппарата будет:

. (1.19)

В уравнении (6.19) интеграл выражает число единиц переноса, а множитель - высоту единицы переноса.

6.6. Десорбция

Извлечение адсорбированного вещества из твердого поглотителя (десорбция) является необходимой составной частью всех технологических процессов адсорбции, проводимых в замкнутом цикле.

К числу основных методов десорбции (регенерации адсорбента) относится: вытеснение из адсорбента поглощенных компонентов посредством агентов, обладающих более высокой адсорбционной способностью, чем поглощенные компоненты; испарение поглощенных компонентов, обладающих относительно высокой летучестью, путем нагрева слоя адсорбента.

Выбор того или иного способа десорбции производится на основе технико-экономических соображений, причем часто указанные выше способы применяются в комбинации друг с другом.

На практике процессы десорбции обычно осуществляют путем пропускания пара или газа, не содержащего поглощенных адсорбентом компонентов, через слой адсорбента после завершения процесса адсорбции. Для повышения скорости извлечения десорбцию проводят при повышенных температурах, например, пропуская через слой адсорбента предварительно нагретый десорбирующий агент.

В качестве десорбирующих агентов (вытесняющих веществ) используют насыщенный или перегретый водяной пар, пары органических веществ, а также инертные газы. После проведения процесса десорбции слой адсорбента обычно подвергают сушке и охлаждению.

Десорбцию водяным паром наиболее часто применяют в процессах адсорбции летучих растворителей на активном угле. В этом случае водяной пар вытесняет растворители из угля и занимает их место, а вытесненные из адсорбента летучие растворители вместе с потоком пара выносятся из слоя адсорбента. Кроме того, водяной пар конденсируется в слое адсорбента и за счет теплоты конденсации происходит нагревание адсорбента, что также способствует десорбции.

Для полного восстановления активности адсорбента по окончанию десорбции его необходимо освободить от поглощенной влаги, т.е. высушить, а затем охладить до температуры, при которой протекает процесс адсорбции.

Процессы десорбции, подобно процессам собственно адсорбции, осуществляются как в неподвижном слое адсорбента, так и в аппаратах с движущимся и псевдоожиженным слоями адсорбента.