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.

Активные угли – высокопористые углеродные материалы, получаемые путем температурной карбонизации дерева, бурого угля, косточек плодов и других углеродосодержащих материалов и последующего их активирования, т.е. придания им повышенной пористости. Пористость активных углей 600…1700 м²/г. Основной недостаток активных углей – повышенная склонность к самовозгоранию. Самовозгорание в адсорберах может приводить к взрывам паровоздушных смесей. Поэтому в адсорбционных установках активный уголь стремятся заменить негорючим силикагелем.

Силикагель представляет собой микропористое тело, получаемое прокаливанием геля поликремниевой кислоты. Состоит из SiO₂. Удельная адсорбционная поверхность 400… 770 м²/г. Негорюч, механически прочен.

Основные недостатки силикагеля по сравнению с активным углем – его меньшая поглотительная активность и высокая гигроскопичность. По мере увлажнения силикагель свои сорбционные свойства к улавливанию растворителей теряет. Поэтому нередки случаи, когда в системах рекуперации адсорберы с силикагелем своего назначения не выполняют.

Цеолиты – (молекулярные сита) – природные минералы или искусственные соединения (алюмосиликаты). Имеют высокую избирательную способность. Применяются для осушки и очистки газов и жидкостей.

Иониты: неорганические – природные и синтетические алюмосиликаты, гидроокиси и соли поливалентных металлов; органические – ионообменные соли. Применяются для умягчения воды, извлечения из растворов следов металлов, очистки сахарных сиропов, лекарств и т.д.

Движущей силой процесса адсорбции является разность между рабочей концентрацией поглощаемого вещества в растворе или парогазовой смеси и концентрацией этого вещества (компонента) в условиях равновесия.

При более глубоком рассмотрении этого процесса просматривается связь адсорбционных свойств со свободной энергией поверхности сорбента. При адсорбции молекулы газа или пара удерживаются адсорбционными силами. Эти силы могут быть ионными, дисперсионными и другими ещё недостаточно изученными силами Адсорбция молекул на поверхности твердых материалов сопровождается выделением теплоты. Поэтому о прочности связи сорбированных молекул с поверхностью можно судить по теплотам адсорбции.

Адсорбционные силы по сравнению с химическими являются достаточно слабыми, но их действие распространяется на несколько сорбированных молекулярных слоёв. С повышением температуры кинетическая энергия адсорбированных молекул возрастает, и адсорбционные силы оказываются не в состоянии удерживать сорбированные молекулы на поверхности адсорбента. Поэтому при повышенных температурах происходит десорбция, поверхность адсорбента освобождается от сорбированного вещества.

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.

2. 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.

3. 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.

Рис.3.1. Адсорбер

• 1 - патрубок подачи ПВС;

Дата добавления: 2014-01-11