5- Адсорбция. Адсорбция разделение газовых или жидких смесей с помощью твердых пористых поглотителейадсорбентов
 Скачать 101.5 Kb.
|
|
АДСОРБЦИЯ Адсорбция - разделение газовых или жидких смесей с помощью твердых пористых поглотителей-адсорбентов. Промышленные адсорбенты: активированные угли; силикагели;; алюмогель; глины; цеолиты - молекулярные сита, т.к. делят смеси по размерам молекул. Адсорбенты имеют развитую внутреннюю поверхность - до 1000 м2/г. С помощью адсорбции в отличие от других процессов можно обеспечить 100 % извлечение компонента из смеси. В этом процессе достигается равновесие, т.к. адсорбент работает периодически. Применение процесса:
Если возможно использование других процессов для разделения, то адсорбцию целесообразно использовать при очень малых концентрациях извлекаемого вещества в разделяемой смеси. Равновесие при адсорбции
Зависимость  при постоянной температуре называется изотермой адсорбции.Статическая активность - максимально возможная при данных условиях поглотительная способность. С увеличением температуры статическая активность адсорбента уменьшается. Крутые изотермы адсорбции характерны для промышленных адсорбентов, т.е. в области малых концентраций в газовой фазе статическая активность резко увеличивается. Дальше использовать адсорбент не эффективно. При малых концентрациях константы равновесия малы  .Адсорбция сопровождается выделением тепла. Отвод тепла из слоя твердого адсорбента осуществить трудно. Эта процедура редко производится, обычно тепло не отводится - происходит разогрев адсорбента. Этот недостаток характерен для алюмогеля, который обладает высокой активностью по отношению к воде. Один из способов регенерации адсорбента - это его нагревание; кроме того, используется вытеснение другими веществами. Например: водяным парам, NH3. Работа слоя адсорбента. Уравнение Шилова
фронт адсорбции. При дальнейшем пропускании смеси нижний слой полностью насыщается. В адсорбенте концентрация а*, тогда на выходе из слоя концентрация становится y = у0, т.е. фронт адсорбции перемещается в следующий слой, затем происходит перемещение фронта адсорбции с постоянной скоростью до наступления проскока. До проскока концентрация извлекаемого компонента на выходе из адсорбента y = 0. О приближении проскока можно узнать по повышению температуры адсорбента. Время работы слоя до проскока называется временем защитного действия слоя.
Материальный баланс для работающего слоя адсорбента   ,где  - скорость газа в свободном сечении адсорбера; - насыпная плотность адсорбента; - плотность газа;  - площадь поперечного сечения адсорбера; - время защитного действия слоя адсорбента.Скорость движения фронта адсорбции  .где  - константа равновесия.Скорость движения фронта адсорбции на несколько порядков меньше скорости движения газа, т.к.  и г нас.Скорость движения газа в свободном сечении адсорбера принимается обычно  м/с. Низкие скорости поддерживаются для снижения гидравлического сопротивления.Расчет адсорберов с неподвижном слоем адсорбента Для расчета адсорберов можно использовать модифицированное уравнение массопередачи.  ,где Vад - объем адсорбента.  ,где  , - коэффициент массоотдачи в газе и в адсорбенте, соответственно.В большинстве случаев  , т.к.  .Объем адсорбента в адсорбере можно рассчитать, задавшись временем защитного действия слоя. При малых концентрациях извлекаемого компонента и высокой статической активности время защитного действия слоя может быть несколько месяцев, а при коротко - цикловой адсорбции может составлять несколько часов. После этого адсорбер переводят на регенерацию. Масса извлеченного вещества  ,где адин. - динамическая активность адсорбента, т.е. это количество вещества, поглощенного единицей массы адсорбента до проскока. Величины динамической активности либо приводятся в литературе для различных адсорбентов, либо в приближенном расчете принимаются  .В неподвижном слое для осуществления непрерывного процесса очистки газа необходимо иметь батарею адсорберов. В одном из них проводится адсорбция, в следующем – десорбция (водяным паром), в третьем - сушка и охлаждение адсорбента. Непрерывный процесс адсорбции «Парекс» Процесс «Парекс» недавно внедрен на ПО «Нафтан» для выделения параксилола из смеси изомеров. Раньше использовались ректификация и кристаллизация – очень энергоемкая технология. Непрерывный процесс адсорбции «Парекс» можно осуществить в неподвижном слое адсорбента, перемещая не адсорбент, а точку ввода смеси и точку вывода продуктов разделения. В этом процессе в качестве адсорбента используют цеолит. При адсорбции в батарее адсорберов с неподвижным слоем адсорбента в первом адсорбере происходит поглощение компонента А из смеси А+В, перенос вещества происходит при подаче вытеснительного компонента D. Компонент А поглощается, снизу выводится смесь В и D. Во втором адсорбере процесс адсорбции компонента А закончился и вытеснением D производится промывка, т.е. компонент В вымывается (вытесняется) из зазоров между частицами адсорбента и из макропор; частично вытесняется компонент А из микропор. В третьем адсорбере производится вытеснительная десорбция компонента А, т.е. микропоры поглощают компонент D, снизу выводится смесь А и D. В четвертом адсорбере производится регенерация десорбента D, т.е. очистка от компонента В. Для регенерации десорбента из смеси A+D и B+D используется ректификация. Содержание параксилола в исходной смеси – 13-23 %, а в продукте – 99,5 %.  D - парадиэтилбензол; A – параксилол; В – м, о – ксилолы.
Адсорбцию можно осуществить непрерывно при использовании аппаратов с движущимся или кипящим слоем. Из-за высокой стоимости и низкой механической прочности адсорбентов кипящий и движущийся слой используется крайне редко. |
||||||||||
- уравнение Шилова,
- время формирования фронта адсорбции;
- коэффициент защитного действия;