Процесс адсорбции

Особенности процесса адсорбции

Адсорбция представляет собой универсальный метод, который позволяет почти полностью извлечь примесь из газовой или жидкой среды. В химической промышленности адсорбция широко используется для гладкой очистки и осушки технологических потоков, улучшения качества сырья и продуктов. Твердое вещество, у которого на поверхности или в объеме происходит концентрирование поглощаемого вещества, называется адсорбентом. Поглощаемое вещество, которое находится в газовой или жидкой фазе, - это адсорбтив, а после окончания процесса перехода в адсорбированное состояние – адсорбат. Любое твердое вещество обладает поверхностью и поэтому потенциально является адсорбентом. Но в современной технике используются твердые адсорбенты с развитой внутренней поверхностью. Развитие внутренней поверхности твердого тела достигается за счет создания специальных условий во время его синтеза или в результате дополнительной обработки.

Адсорбционные явления делятся на два основных типа:

1. Физическая адсорбцию.
2. Хемосорбция - сорбция, которая основана на силах химического взаимодействия.

Причиной физической адсорбции являются силы молекулярного взаимодействия - дисперсионные и электростатические. Дисперсионными силами вносится основной вклад в энергию взаимодействия между молекулами. Молекулы любого адсорбтива обладают флуктуирующими диполями и квадруполями, которые являются причиной появления мгновенных отклонений распределения электронной плотности от среднего распределения. В случае сближения молекул адсорбтива с атомами или молекулами адсорбента движение флуктуирующих диполей приобретает систематический и строго упорядоченный характер, что является причиной возникновения силы притяжения между ними. В некоторых случаях дисперсионные силы могут усиливаться электростатическими силами, которые в свою очередь могут ориентационными и индукционными. Ориентационные силы возникают в случае взаимодействия полярных молекул с поверхностью, в которой содержатся, электростатические заряды. Причиной возникновения индукционных сил является изменение электронной структуры молекул адсорбтива и адсорбента из-за действия друг друга.

При хемосорбции, в отличии от физической адсорбции, не сохраняется индивидуальность адсорбтива и адсорбента. Когда сближаются молекулы адсорбтива с поверхностью адсорбента, происходит перераспределение электронов взаимодействующих компонентов с образованием химической связи.

Аппараты для проведения адсорбции

Для осуществления процессов адсорбции в условиях производства в большинстве случаев используются:

1. Аппараты с неподвижным слоем адсорбента.
2. Аппараты с движущимся слоем адсорбента.
3. Аппараты с псевдоожиженным слоем адсорбента.

Аппараты с неподвижным слоем адсорбента в большинстве случаев представляют собой вертикально установленную цилиндрическую емкость, которая заполняется абсорбентом, подаваемым через штуцер и выгружаемым после окончания срока службы через люки. Такое оборудование работает периодически, а полный цикл их работы сводится обычно к четырем стадиям: адсорбция; десорбция, сушка адсорбента, охлаждение адсорбента. Главным недостатком таких аппаратов является сложность управления.

Аппараты с движущимся слоем адсорбента делятся на аппараты в виде полых колонн, которые применяются, в большинстве случаев для адсорбции компонентов из паровых смесей и смесей газов, и на аппараты с механическими транспортными приспособлениями, которые используются при обработке жидкостей. В аппаратах с механическим транспортированием адсорбента используется перфорированный шнек в качестве транспортирующего приспособления. Адсорбент поступает в левую секцию корпуса и при помощи шнека перемещается вниз. После этого шнек подает его в правую секцию, где другой шнек поднимает его вверх и удаляет из аппарата. В таком оборудовании потоки жидкости, в которых содержатся адсорбируемое вещество, перемещаются через аппарат в направлении, которое обратно движению адсорбента. Основное преимущество аппаратов с движущимся адсорбентом - возможность регулирования режимов работы.

Аппараты с псевдоожиженным слоем адсорбента делятся на одно- и многоступенчатые. Одноступенчатый аппарат представляет собой цилиндрический вертикальный корпус, внутри которого находятся устройство для отделения пыли и газораспределительная решетка. Многоступенчатый аппарат состоит из вертикально расположенных одноступенчатых аппаратов. Адсорбент перемещается сверху вниз, а рабочий газ навстречу ему, снизу вверх.