25 Сорбционные установки.

Сорбция используется для глубокой очистки, для доочистки от органических веществ. Сорбция представляет собой эффективный метод очистки от растворимых органических веществ. Особенно хорошо ей удаляется ароматические соединения, неэлектролиты, красители, для удаления неорганических веществ, а также низших одноатомных спиртов. Сорбционная очистка может применятся самостоятельно, а также совместно с биологической, как метод предварительной очистки путем адсорбции можно удалять многокомпонентные смеси, адсорбция растворимых органических веществ это результат перехода молекулы растворимого вещества на поверхности твердого сорбента под действием силового поля поверхности.

Сорбенты: искусственные и природные пористые материалы ( селикагель, активные глины, акт. уголь).

Активность сорбентов характеризуется количеством вещества на 1 объем или массы сорбента. Между количеством вещества адсорбированного сорбентом и оставшегося в растворе наступает равновесие, которое подчиняется закону распределения. Процесс сорбции может осуществляться в статических условиях. Его осуществляют в аппаратах с перемешивающими устройствами, а также в динамических при котором частицы жидкости перемешиваются относительно сорбента(фильтры) и аппараты с псевдоожиженным слоем.

Классификация аппаратов сорбционной очистки: признакам.

• По организации процесса: (-периодического -непрерывного действия)

• По гидродинамическому режиму: (-аппараты вытеснения –смешения -прямого типа)

• По состоянию слоя сорбента: (-с неподвижным, движущимся, пульсирующим, перемешиваемым, циркулирующим)

• По организации контакта взаимодействия фаз: (-с непрерывным , ступенчатым)

• По организации направления движения фаз: (-прямоточный –противоточный –смешанный)

• По конструкции: (-колонный, -емкостный)

Рассмотрим сорбцию в динамических условиях. Наиболее простыми являются аппараты насыпной фильтрации. Он представляет собой аппарат с неподвижным слоем сорбента через который фильтруется св. Скорость фильтрования зависит от конц-ции веществ и составляет от 1-6 м/ч. Крупность зерен сорбента от 1,5-5мм. Наиболее эффективное фильтрование снизу вверх. Так происходит равномерное распределение всего сечения колонны.

Фильтры с неподвижным слоем сорбента применяются при очисткесв с целью утилизации выделенных относительно чистых продуктов. Процесс десорбции осуществляются с помощью пара или химических растворителей.

Время защитного действия насыпных фильров: T_зд=k_здH-t, по

H-высота слоя сорбента(м); t- потеря времени защитного действия(ч); k_зд- определяется эксперементально(ч/м); [ k_зд= a_р/V С_н ] a_р-предельная насыщенность сорбента равновесная с концентрацией (устанавливается эксперементально); V-скорость фильтрования (м/ч): С_н-начальная концентрация вещества в св (кг/м³)

T=∆t

-пористость сорбента

∆t- время, в течении которого наступает проскок удаляемого вещества ( экспериментально)

M=(H-h)Fa_d

M-количество вещества которое задается насыпным фильтром (кг)

h-эмперическая контанта(м)

а_d- динамическая активность сорбента(кг/м³)

F-площадь фильтрата(м²)

Процесс сорбции в статических условиях Осуществляется путем интенсивного перемешивания св с сорбентом в течении определенного времени. Сорбент отделяется от воды отстаиванием или фильтрованием или посредством введения новых порций сорбента можно очистить воду от загрязняющих веществ, т е в этом случае применяется ступенчатый ввод сорбента в обрабатываемую св.

В основу расчета таких аппаратов положено балансовое уравнение:

mа+Q_сравн=Qc_n

m-количество сорбента(кг); Q-количетво обрабатываемой св(м³); а=к_аб*с_равн

Запишем уравнение для количества сорбента:

m= Q(c_n-c_равн)/к_абс*с_равн к_абс- константа адсорбционного равновесия

При одноступенчатой схеме можно использовать уравнение: С_1к= Q c_n/Q+k_абс*n

При двухступенчатой схеме: С_2к=с_n(Q/Q+kабс*m)²

Доля сорбента вводимого в каждую ступень: M_n=Q( -1/kабс M=n*m

n-общее число ступеней, m-количество сорбента вводимого в каждую ступень

Аппараты с псевдоожижженным слоем применяютс я при использовании мелко-зернистого и пылевого сорбента при сорбции из трудно фильтруемых св. Мелко зернистый сорбент, размер зерен 0,25-0,3мм

Псевдоожижженном слое частицы сорбента в меньшей степени заиливаются взвешенными частицами содержащимися в воде. Псевдоожижение слоя наступает при потоке воды снизу вверх до такой величины, при которой зерна сорбента начинают интенсивно перемешиваться в увеличенном обьеме слоя, который сохраняет высоту при данной скорости воды. Скорость воды обычно составляет от 1-15м/ч, а расширение слоя србента не превышает полутора.

Относительная пористость (для установки с псевдоожиженным слоем):

e =1-W_сорб/W_{п сл}

W_сорб- первоначальный оббьем србента, W_{п сл-}обьем псевлоожиженного слоя

Схема цилиндрического одноярусного абсорбента

1 -подача св

2-подвод сорбента

3-вывод очищенной св

4- сборник отработанного сорбента

5-вывод суспензии сорбента

6-решетка

7-корпус аппарата

8-отстойная зона

Цилиндрическая часть имеет высоту 4м,

диаметр отстойной зоны в 1,5-2 раза превышает диаметр конуса.

Коническое днище в зависимости от диаметра колонны имеет угол от 30-60 градусов. Непосредственно над коническим днищем устанавливается распределительная решетка с отверстиями около 10мм.

На решетку загружается сорбент, чаще всего активный уголь. Размер частиц от 0,25-1мм. Высота неподвижного слоя от 2,5-2,7м. в нижнюю часть аппарата поступает св со скоростью, кото обеспечивает относительное расширение слоя где-то в 1,5 раза.

В верхнюю часть центральной трубы поднимается суспензия с 20% конц-ией, сюда же св. Через центральную трубу суспензия подается под решетку, продавливается через отверстия в решетке и задерживается в нижней части псевдоожиженного слоя. Очищенная св отводиться в верхний кольцевой желоб . Сорбционная очистка используется либо для утилизации извлеченных веществ, либо как деструктивная очистка, в этом случае извлеченные вещества уничтожаются. Для извлечения может использоваться экстракция, отгонка адсорбированного вещества с водяным паром, а также испарение адсорбированного вещества инертным газообразным теплоносителем. В отдельных случаях применяются химические реакции для извлечения сорбируемых веществ при деструктивной очистке применяют окислительные и восстановительные процессы, но следует учитывать, что при термических методах теряется до 10% сорбента.