1. Адсорбція

Адсорбція - поглинання якої-небудь речовини з газоподібної суміші чи розчину поверхневим шаром рідини або твердого тіла. Речовина, на поверхні якої проходить адсорбція, називаєтеся адсорбентом, а та, що поглинається з обємної фази, - адсорбатом. Залежно від характеру взаємодії між молекулою адсорбату і адсорбентом адсорбцію прийнято поділяти на фізичну адсорбцію і хемосорбцію.

Фізична адсорбція обумовлена силами міжмолекулярної взаємодії, які звязують молекули в рідинах і деяких кристалах, та проявляється в поведінці сильно стиснутих газів. При хемосорбції молекули адсорбату і адсорбенту утворюють хімічні зєднання. Часто адсорбція обумовлена як фізичними так і хімічними силами, тому не існує чіткої границі між фізичною адсорбцією і хемосорбцією.

Установки, в яких здійснюють адсорбцію, називаються адсорберами. Існують адсорбери періодичної та безперервної дії.[4]

Адсорбція зазвичай проводиться на твердих адсорбентах, на яких адсорбуються гази або розчинені речовини. У процесі адсорбції розчинених речовин з води спостерігаються два види міжмолекулярної взаємодії:

1. взаємодія молекул розчиненої речовини з молекулами (атомами) поверхні адсорбенту;

2. взаємодія молекул розчиненої речовини з молекулами води в розчині процес гідратації.

Адсорбція газів аналогічна адсорбції з розчинів, за винятком того, що відсутня конкуруюче дію води. У процесі адсорбції відбувається затримка адсорбату на поверхні адсорбенту протягом певного часу. Після чого адсорбатов знову може перейти в газову фазу. Процес адсорбції з водної (газоподібної) фази йде до встановлення рівноваги. Кількість газу або розчиненого речовини, яка адсорбується певною кількістю адсорбенту, залежить від виду газу або розчину і від умов: температури середовища, тиску газу, концентрації розчинених речовин і т.д.[4],[5]

У перший момент сорбції швидкість максимальна. У процесі сорбції концентрація адсорбату на поверхні адсорбенту збільшується і за певних співвідношеннях може відбуватися зворотний процес, тобто перехід адсорбційного речовини з поверхні адсорбенту в розчин або газ, тобто настає рівновага, при якому концентрація витягується речовини в розчині чи парціальний тиск газу стає постійним. Ця концентрація розчину називається рівноважною концентрацією, а парціальний тиск - рівноважним.

Як характеристики адсорбційних властивостей пористих тіл використовують залежність адсорбційної здатності від парціального тиску газового компоненту, який поглинається при постійній температурі (ізотерма адсорбції):

при Т = const

На рис. 2 зображені типи ізотерм адсорбції для різних адсорбентів. У всіх випадках адсорбційна здатність сорбенту збільшується при підвищенні тиску адсорбата, але характер цього збільшення різний. Випукла ізотерма 1 специфічна для адсорбції на дрібнодисперсних сорбентах, які застосовуються для очищення газової суміші при малому парціальному тиску компонентів, які вилучаються, і для осушування. Ізотерма 2 типова для непористих адсорбентів при полімолекулярній фізичній адсорбції. Ізотерма 3 спостерігається на адсорбентах з розвинутою системою великих і середніх пор. Ці сорбенти доцільно застосовувати для вилучення летких газів при парціальному тиску, близькому до тиску насичення.[6]

Рисунок 1.1 - Ізотерма адсорбції

В основі інженерно-технічного розрахунку адсорбційного методу очищення знаходиться сітка кривих, що відображає рівновагу комопоненту, який поглинається адсорбентом, тобто сітка ізотерм адсорбції .[4]

2. ПРИЗНАЧЕННЯ ТА ОБЛАСТЬ ЗАСТОСУВАННЯ ЗАДАНОЇ УСТАНОВКИ

За способом організації процесу адсорбції представленої в даній курсовій роботі адсорбер є апаратам періодичної дії. У них адсорбент знаходиться в нерухомому стані і при досягненні певного ступеня насичення його необхідно замінити або регенерувати (десорбувався). На час регенерації процес адсорбції переривається.

Ефективність роботи адсорбційної установки в першу чергу залежить від відповідного способу організації процесу, фізико-хімічних характеристик оброблюваних газів і адсорбенту. По витраті, температурі, вологості, тиску відхіднтх газів, концентрації забруднювача і його властивостей підбираються вид адсорбенту, конструкція апарату, вид адсорбції, режим обробки. У даній, курсової був обраний адсорбер з нерухомим шаром адсорбенту - активного вугілля АГ-5, періодичної дії та фізичним процесом адсорбції.

Адсорбери періодичної дії використовуються в тих випадках, якщо обробляється досить велика кількість газу або якщо газ містить значні концентрації сорбату, що робить вигідним регенерацію сорбенту, а також, якщо вартість свіжого сорбенту перевищує вартість регенерації.

Адсорбери періодичної дії з нерухомим шаром поглинача мають різне конструктивне виконання. У даній, роботі представлений адсорбер вертикальний циліндричний з вертикальним шаром адсорбенту.

Недоліками вертикального розташування адсорбенту є нерівномірність шару по висоті, яка утворюється при завантаженні, а також у процесі експлуатації через нерівномірність усадки від стирання, винесення та інших причин. При роботі адсорбера через зони з меншим опором проходить більша кількість відхідних газів, що погіршує ступінь очищення. Нерівномірність шару адсорбенту зростає із збільшенням перетину апарату. Тому пропускна здатність адсорберов з вертикальним шаром адсорбенту зазвичай не перевищує 1 ... 1,5 м 3 / с.[4]

В адсорберах періодичної дії газова сумів, з якої повинні бути витягнуті деякі компоненти, надходить через патрубок 1 в адсорбер (рис.1), проходить через шар пористого адсорбенту 2, розташованого на горизонтальній решітці 3, і видаляється з апарата через патрубок 4.

Після насичення адсорбенту, яке визначається початком проскакування компоненту, що поглинається, проводиться десорбція. Шар адсорбенту прогрівається паром, який надходить через патрубок 5. При цьому з адсорбенту відганяються пари витягнутих речовин, які відводяться через патрубок 6 на конденсацію і наступну переробку. Потім адсорбент сушать гарячим паром і після охолодження повторюють цикл процесу.[4],[7]

Рисунок 2.1 - Адсорбер періодичної дії: 1 - штуцер для відведення конденсату; 2 - решітка; 3 - люки для вивантаження адсорбенту; 4 - адсорбент; 5 - штуцер для відведення парів при десорбції; 6 - патрубок для підведення забрудненого газу; 7 - люк для завантаження адсорбенту; 8 - штуцер для відведення очищеного газу та повітря під час регенерації