Адсорбция. Общие сведения. Характеристика адсорбентов. Десорбция адсорбтива из адсорбента. Процессы ионообмена, страница 4

Наличие примесей в фазе, из которой поглощается распределяемый компонент, также существенно влияет на равновесие при адсорбции. При адсорбции смеси паров двух или нескольких компонентов обнаружено, что адсорбируются не все компоненты смеси, причем степень адсорбции каждого компонента ниже, чем адсорбция индивидуального вещества при тех же условиях. Соотношение их концентраций в адсорбенте обратно пропорционально их относительной летучести.

39.4. Материальный баланс процесса адсорбции

Процессы адсорбции проводятся непрерывно или периодически.

Для непрерывного процесса адсорбции, когда адсорбент движется через аппарат навстречу потоку газовой или жидкостной смеси, уравнения материального баланса идентичны уравнениям, общим для всех процессов массопередачи.

                                        ,                                      (39.6)

где  – расход парогазовой фазы или раствора, кг/с;  – расход адсорбента, кг/с;  – рабочие концентрации адсорбируемого вещества в парогазовой фазе или растворе, кг/кг инертной части;  – рабочие концентрации адсорбируемого вещества в адсорбенте, кг/кг адсорбента.

Уравнение (39.6) можно записать в интегральной форме

                               ,                             (39.7)

где  и  – концентрации адсорбируемого вещества в парогазовой фазе или растворе на входе и выходе аппарата, кг/кг инертной части;  и  – концентрация адсорбируемого вещества в адсорбенте, соответственно на входе и выходе аппарата, кг/кг адсорбента.

Рисунок 39.2 – К выводу дифференциального уравнения материального баланса

периодического процесса адсорбции.

Адсорбция в слое неподвижного адсорбента является периодическим процессом, при котором концентрация поглощаемого вещества в адсорбенте меняется во времени и в пространстве. Выделим в неподвижном слое адсорбента элементарный слой площадью S и высотой  (рис. 39.2), примем, что газ в количестве , проходящий за время , изменяет свою концентрацию на величину . Следовательно, за это время газ отдает адсорбенту количество распределяемого компонента

                                      .                                    (39.8)

В то же время концентрация распределяемого компонента в элементарном слое адсорбента увеличится на  и количество вещества будет равно

                                     ,                                   (39.9)

где – насыпная плотность адсорбента, кг/м³.

Тогда уравнения материального баланса будут иметь вид:

                                 ;                              (39.10)

                                  .                               (39.11)

39.5. Устройство адсорбционных аппаратов

При проведении процессов адсорбции применяют адсорберы следующих типов:

1) с неподвижным зернистым слоем адсорбента;

2) с движущимся зернистым слоем адсорбента;

3) с кипящим (псевдоожиженным) слоем адсорбента.

Наибольшее распространение в промышленности получили адсорбционные установки периодического действия, состоящие из нескольких параллельно или последовательно включенных аппаратов. Аппараты соединяются таким образом, чтобы каждый из них мог отключаться на регенерацию. Рабочий цикл такого аппарата состоит из трех стадий: 1) насыщение адсорбента поглощаемым компонентом; 2) десорбция поглощенного компонента; 3) активация адсорбента.

Адсорберы периодического действия представляют собой вертикальные (рис. 39.3, а) или горизонтальные (рис. 39.3, б) цилиндры, снабженные опорно-распределительными решетками, на которых располагается неподвижный слой адсорбента.

Газовая (паровоздушная) смесь подается в корпус 1 адсорбера, проходит сквозь находящийся на решетке 2 слой адсорбента (на рисунке заштрихован), после чего удаляется через выхлопной штуцер. По завершении адсорбции для вытеснения поглощенного компонента из адсорбента в аппарат подается перегретый водяной пар (или другой вытесняющий агент), который движется в направлении, обратном движению газа. Парогазовая смесь (смесь паров воды и извлекаемого компонента) удаляется из аппарата и поступает на разделение в отстойник или ректификационную колонну. После десорбции адсорбент сушат горячим воздухом, который входит через паровой штуцер и удаляется через тот же штуцер, что и паровая смесь. Высушенный адсорбент охлаждается холодным воздухом, движущемся по тому же пути, что и водяной пар, после чего цикл повторяется.