Вопрос 3. Физическая сущность процесса адсорбции. Основные меры пожарной безопасности.
На практике по механизму адсорбции осуществляют процесс поглощения одного или нескольких компонентов из газовой смеси или раствора как правило на поверхности твердого вещества – адсорбентом. Смесь паров или газов, направляемую на адсорбцию, называют адсорбтивом вещество, которое используют как поглотитель, называют адсорбентом. Адсорбируемое вещество называют адсорбатом. Адсорбенты обладают селективностью (избирательностью) и обратимостью. Благодаря этому имеется возможность улавливать и затем выделять адсорбируемые вещества из растворов или смесей газов и возвращать их в производство. В этом состоит сущность рекуперации. Рекуперация используется, в частности, для возврата в производственный цикл пожаровзрывоопасных и токсичных растворителей.
В качестве адсорбентов используются твердые пористые вещества и материалы как природные, так и искусственные, обладающие высокой пористостью. Количество вещества, поглощаемое (сорбируемое) единицей массы (или единицей объема) адсорбента называют активностью.
Различают статическую и динамическую активность. Адсорбционную активность нельзя отождествлять с активностью поверхности по отношению к кислороду, т.е. с реакционной способностью. Это различные активности. Часто высокоактивный сорбент может обладать пониженной склонностью к самовозгоранию.
В промышленности в качестве адсорбентов применяют активные угли, силикагель, цеолиты и иониты.
На протекание процесса адсорбции оказывают влияние следующие факторы:
1. Свойства адсорбента, его статическая и динамическая активность. При этом под статической активностью понимают количество вещества, поглощаемое единицей массы или единицей объёма адсорбента из неподвижной газовой смеси до установления состояния равновесия. Под динамической активностью понимают количество вещества, поглощаемое единицей массы (или объёма) адсорбента при движении через него газовой смеси до момента “проскока”. Динамическая активность всегда меньше статической, так как в условиях движения газа не достигается равновесное состояние в системе газ – твёрдое тело.
Температура газовой смеси. С повышением температуры адсорбция ухудшается. Поэтому адсорбцию следует проводить при сравнительно низких температурах. При повышенных температурах извлекают поглощённое вещество из адсорбента, т.е. ведут процесс десорбции.
Давление газовой смеси. С повышением давления процесс адсорбции улучшается. Поэтому адсорбцию следует проводить при повышенном давлении, а десорбцию – при пониженном.
4. Свойства поглощаемых веществ. Из смеси газов и паров в первую очередь и в большем количестве поглощается компонент с более высокой температурой кипения (низком давлении насыщенного пара). Поэтому из паровоздушных смесей поглощаются пары растворителей, а не кислород и азот воздуха.
Адсорберы
Адсорбция осуществляется в специальных аппаратах, называемых адсорберами. Адсорберы бывают непрерывного и периодического действия. В аппаратах непрерывного действия адсорбент находится в виде движущегося или «кипящего» слоя. В аппаратах периодического действия слой сорбента обычно находится в неподвижном состоянии.
Принцип работы однокамерного адсорбера непрерывного действия с «кипящим» слоем заключается в следующем. Адсорбент поступает внутрь аппарата на решетку сверху, а газ на очистку снизу. Скорость подачи газа такова, что сорбент как бы кипит, что обеспечивает хороший контакт газа с поверхностью сорбента. Отработавший сорбент с уловленным его поверхностью газом или паром выводится из рабочей камеры по трубе вниз, а газ через циклонное устройство, где очищается от сорбента, через верхний штуцер выводится из аппарата. Десорбция газов или паров, уловленных сорбентом, осуществляется в отдельном аппарате. После очистки и охлаждения регенерированный сорбент возвращается снова в адсорбер.
Адсорберы периодического действия могут быть горизонтального, вертикального или кольцевого исполнения. Вертикальный адсорбер периодического действия. В корпусе на специальной решетке размещается слой адсорбента. Загрузка свежего адсорбента осуществляется через загрузочный люк в крышке адсорбера. Паровоздушная смесь подаётся в аппарат также сверху через штуцер. Отвод очищенного воздуха осуществляется через патрубок
Паровоздушная смесь по специальной линии подаётся в адсорбер, где проходит через слой адсорбента. Через определенное время уголь насыщается парами растворителя, и поглощение практически прекращается. Этот момент, называемый «проскоком», определяется по концентрации паров растворителя в отходящих из адсорбера газах. Процесс адсорбции прекращают. Отработавший уголь, насыщенный парами растворителя, подвергают десорбции в этом же адсорбере.