Механизм процесса адсорбции

Адсорбционные явления развиваются на границе твердой или жидкой фазы с другой жидкой фазой или газом. Наибольшее практическое значение имеет рассматриваемая далее адсорбция на поверхности твердых частиц.

При прохождении потока газа через адсорбент (рис. 3.9) сначала участвует в работе лишь слой высотой H ₀, в котором начальная концентрация извлекаемого вещества снижается до нуля (работающий слой или зона массопередачи).

Рис. 3.9. К механизму процесса адсорбции

В расчетах адсорберов с неподвижным адсорбентом широко используется модель адсорбционной волны, основанная на следующих предположениях. Полагают, что в начале процесса нижний слой адсорбента толщиной h 0 (рис. 3.10) быстро насыщается до состояния, близкого к равновесному.

Рис. 3.10. Модель «адсорбционной волны»

Концентрация загрязнителя по мере прохождения отбросных газов через следующие слои адсорбента понижается по некоторому закону, выраженному графически кривой 1, и на определенной высоте h 1 становится равной 0 (нулю). Далее через слой чистого адсорбента высотой (H - h ₁) фильтруется чистый газ. Через определенное время волна насыщения адсорбента доходит высоты h ₂ а отбросные газы полностью освобождаются от загрязнителя на высоте Н,т.е. на выходе из слоя адсорбента (кривая 2). Процесс адсорбции прекращают, когда концентрация загрязнителя в отбросных газах на выходе слоя достигает заранее заданной величины проскока П (кривая 3). При этом волна насыщения адсорбента достигает высоты h ₃ и его направляют на регенерацию.

При адсорбции может происходить «проскок » компонента, когда адсорбент перестает поглощать его.

Процесс адсорбции в течение определенного времени протекает при постоянном значении степени поглощения адсорбируемого вещества. Это время называется временем защитного действия слоя адсорбента.

Под активностью адсорбента понимают его способность поглощать вещество. Адсорбенты характеризуются статической и динамической активностью.

Динамическая активность адсорбента - количество вещества, поглощенное единицей веса (объема) адсорбента за время от начала адсорбции до начала проскока.

Статическая активность адсорбента - количество вещества, поглощенное тем же количеством адсорбента за время от начала адсорбции до установления равновесия.

Динамическая активность всегда меньше статической, поэтому расход адсорбента определяется по его динамической активности.

От активности адсорбента зависят размеры адсорбционной аппаратуры, эффективность очистки газов.

Процесс адсорбции в течение определенного времени протекает при постоянном значении степени поглощения адсорбируемого вещества. Это время называется временем защитного действия слоя адсорбента.

Решение задачи по определению стационарного фронта сорбции при равновесном режиме адсорбции (уравнение Шилова):

τ = k ∙H −τ ₀ = k(H − h) (3.58)

где - коэффициент защитного действия слоя; w - скорость перемещения фронта сорбции; τ₀ = k∙h - время потери защитного действия слоя; h = (H − H₀) - высота неиспользованной емкости слоя адсорбента.