Активність адсорбенту

Здатність адсорбенту поглинати речовину називають активністю.

Активність адсорбенту може бути статичною і динамічною.

Статична (або рівноважна) активнісь а_СТ (або а*) – це кількість адсорбованої речовини, яка поглинається до моменту досягнення рівноваги одиницею маси або об'єму адсорбенту при даній температурі і концентрації адсорбтиву в газі (рідині)-носії (в стані нерухомості).

Динамічна активність а_Д – це кількість адсорбованої речовини, поглинутої одиницею маси або об'єму адсорбенту при пропусканні крізь нього газу або рідини (які містять адсорбтив) до початку проскоку.

Момент проскоку – це момент виявлення речовини в потоці газу, що виходить з адсорбера.

Активність адсорбенту залежить від температури і концентрації поглинутої речовини. Динамічна активність завжди менша за статичну (a_Д<a_СТ). Витрати адсорбенту на установку визначають за динамічною активністю адсорбенту а_Д (а_Д 80% а_СТ).

Методи адсорбції і десорбції

Адсорбцію проводять в нерухомому шарі адсорбента, а також у рухомому і зрідженому шарах адсорбента.

Десорбцію проводять:

- витісненням з адсорбента поглинутих речовин агентом, який має поглинальну здатність, яка є вищою від поглинальної здатності поглинутих речовин;

- випаровуванням поглинутих речовин (якщо їхня леткість достатньо висока) шляхом нагрівання адсорбента.

Як десорбуючі агенти використовують водяну пару, пари органічних речовин або інертні гази.

Дози сорбенту, які необхідні для очищення таких вод, підбирають експериментально, тому що адсорбційна ємкість сорбенту (кількість ммоль речовини, 1г сорбенту) залежить від природи адсорбтива (речовина, що адсорбується) та адсорбента, тобто від сировини, з якої отриманий сорбент, та методу його активування, що обумовлює визначену марку сорбента.

Максимальну адсорбційну ємкість|місткість| сорбенту визначають експериментально|експериментальний|. За отриманими|одержувати| експериментальними даними будують ізотерми адсорбції в координатах „адсорбційна ємкість|місткість| сорбенту - концентрація адсорбованої речовини після|потім| адсорбції, або так звана рівноважна концентрація|”.

Для побудови|шикування| ізотерми адсорбції однакові наважки сорбенту заливають розчинами, що містять|утримують| різні кількості| адсорбованої речовини, струшують певний час для встановлення адсорбційної рівноваги, потім сорбент фільтрують і у фільтратах| визначають залишкові (рівноважні) концентрації адсорбованої речовини.

Знаючи вихідні|вихідні| і залишкові концентрації адсорбованої речовини, а також наважки сорбенту, які використані для адсорбції, обчислюють|обчисляти| адсорбційну ємність|місткість| сорбенту.

Матеріальний баланс. Фактичний вихід продукту для гетерогенного процесу

Матеріальний баланс і рівняння робочої лінії. Скористаємось такими позначеннями: G – витрата газової (парової) фази; L – витрата рідкої фази; у і х – мольні частки в газовій і рідкій фазах компоненту, що поглинається, (у випадку абсорбції) чи легколетучого компоненту (при ректифікації).

Розрахунок матеріального балансу будемо виконувати відносно до робочого потоку, в якому можна знехтувати поперечною нерівномірністю концентрацій. Якщо така нерівномірність існує, то можна отримати аналогічні співвідношення, але вони будуть відноситись до усереднених розрізів потоків.

Рис. 33. Принципова схема масообмінного процесу:

G_Г,G_Р – подача газу і рідини в абсорбер; С_Р.ПОЧ.,С_Р.КІНЦ.,С_Г.ПОЧ.,С_Г.КІНЦ. – початкові і

кінцеві концентрації абсорбуючої рідини (в рідині і газі)

Виділимо елементарний об’єм довжиною dl, де за позитивне значення приймемо напрям осі 1 знизу вверх (рис.33). Матеріальний баланс зв’язує кількість речовин dg/t, що переходить в одиницю часу з фази в фазу, зі зміною витрат і складом фаз:

(37)

Знаки плюс відносяться до процесів ректифікації, коли величини х і у зростають знизу догори по висоті колони, знаки мінус – до процесів абсорбції, коли вміст речовини, що поглинається, в фазах зменшується знизу догори вздовж технологічного потоку.

При прямотечійній абсорбції величина у зменшується зверху донизу вздовж потоку; в цьому випадку:

В подальшому розглядається тільки протитечія.

Рівняння (37) – складне для аналізу внаслідок своєї нелінійності: воно містить диференціали від добутків змінних величин. Найчастіше аналіз цього рівняння проводять при лінеаризуючих припущеннях, що спрощують зазначене рівняння.

Для процесів адсорбції лінералізація рівняння (37) здійснюється за кількостями складових частин робочого середовища, що не переходять з фази в фазу: G₀ – кількість непоглинутих складових частинок і L₀ – кількість поглинача. Бачимо, що величини G₀ і L₀ не змінюються по висоті абсорбера. Тоді вміст компоненту, що абсорбується, слід віднести не до загальної кількості фази (що дало б мольні частки величин х і у), а до тієї частки фази, яка не бере участь в масообміні, тобто вміст зазначеного компонента слід виражати відносними концентраціями величин Х і Y. Так, величина Y показує число моль поглинутої речовини, що відповідає одному молю непоглинутої частини газу.

Тоді постійні величини L_o і G_o можна винести за знак диференціалу, і рівняння (37) зводиться до вигляду:

(38)

Часто абсорбцію проводять в умовах, коли величини х і у невеликі. Тоді LdL₀, GdG₀, xdX, ydY і рівняння (38) можна записати:

(39)

Аналіз процесу ректифікації спрощується в тих випадках, коли величини теплот випаровування компонентів є близькими. Тоді при конденсації одного моля важколетючих компонентів виділяється майже стільки ж тепла, скільки потрібно для випаровування одного моля легколетючого компоненту. Конденсація і випаровування відбуваються в рівних кількостях речовин, в результаті чого величини L і G залишаються постійними. Як наслідок, можна застосовувати рівняння (39), замінивши знаки мінус на знак плюс.

Розв’язок рівняння (39) для будь-яких двох поперечних перерезів 1 і 2 апарата має вигляд:

(40)

Розглянувши найнижчий перетин „н” (вхід газу) і саме верхнє положення „в” (вхід рідини), отримаємо рівняння для апарату в цілому:

(41)

З рівнянь (40) і (41) легко отримати рівняння робочої лінії, що пов’язує величини х і у в довільному поперечному перерізі апарата:

(42)

а витрата повітряної суміші абсорберу складає:

Для процесу абсорбції рівняння (42) є точним лише при заміні величин х і у на величини Х і Y, або при малих значеннях х і у. В загальному випадку доводиться працювати з більш складним, нелінійним рівнянням матеріального балансу. Для процесу ректифікації записують два рівняння (42) – для скріплюючої і вичерпуючої частин ректифікаційної колони; при значній відмінності величин теплот випаровування доводиться також застосовувати нелінійні рівняння матеріального балансу.