1. Фазова рівновага. Типи ізотерм адсорбції

Рівновага при адсорбції характеризується залежностями кількості речовини, що поглинається одиницею маси або об'єму адсорбенту від температури і концентрації поглинутої речовини в парогазовій суміші. В графічній формі ця залежність має назву – ізотерма адсорбції.

Залежність між рівноважними концентраціями фаз при адсорбції:

при Т=const має вигляд:

де – відносна масова частка поглинутого компонента в адсорбенті, яка рівноважна з концентрацією адсорбтиву в газовій (рідкій) фазі (кг адсорбтиву/кг адсорбенту); – відносна масова частка адсорбтиву в фазі, з якої поглинається речовина (кг адсорбтиву/кг носія газової фази або розчину).

Вміст може бути виражений парціальним тиском в парогазовій суміші:

а вміст – величиною адсорбції а. Тоді отримаємо: а = ψ(р).

2. Типи ізотерм адсорбції

Тип І – характерний для мікропористих сполук. Початкові ділянки ІІ і IV вказують на присутність (разом з макропорами) деякого об'єму мікропор. Початкові увігнуті ділянки ізотерм типу III і V вказують на те, що взаємодія молекул адсорбату з адсорбентом є значно меншою від міжмолекулярної взаємодії для молекул адсорбату. Відмінність ізотерм II від IV і III від V полягає в тому, що об'єм перехідних пор (IV і V типи ізотерм) заповнюється адсорбатом раніше, ніж відносний тиск p/p_s. При цьому з'являється верхня ділянка, близька до горизонтальної. Типи ізотерм III і IV зустрічаються зрідка.

Рис. 53.Типи ізотерм адсорбції (І-V):

а – величина адсорбції (кількість поглинутої речовини) кг/м³; р – парціальний тиск пари адсорбату; р_s – парціальний тиск насиченої пари адсорбату

Ізотерми адсорбції можна описати за допомогою емпіричних рівнянь Фрейндліха та Ленгмюра.

Так, ізотерма адсорбції (рис. 54) описується рівнянням, що називається рівнянням Ленгмюра:

де: а – адсорбційна ємність сорбенту, ммоль/г, при адсорбційній рівновазі С_Р, ммоль/л; а_П – гранична величина адсорбційної ємності адсорбента, ммоль/г; К – константа адсорбційної рівноваги (при низьких тисках величиною К. можна знехтувати).

Рис. 54. Ізотерма адсорбції Ленгмюра

В лінійній формі рівняння Ленгмюра має вигляд:

.

Це рівняння прямої (рис. 55). За цією залежністю визначають граничну кількість адсорбованої речовини.

Рис. 55. Ізотерма адсорбції Ленгмюра в лінійному вигляді

3. 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. При підвищенні температури фізична адсорбція зменшується. 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).