Deoarece adsorbanții utilizate solide poroase cu o suprafață specifică durere-xOy, în mod normal, pot fi atribuite unei unități de masă de material. Adsorbanți sunt de diferite diametre kanaly- pori capilari care pot fi împărțite în mod condiționat în macropori (mai mare de 2 × 10 -4 mm), a porilor de tranziție (6 x 10 -6 -2 x 10 -4 mm), micropori (2 x 10 - 6 -6 x 10-6 mm). Natura procesului de adsorbție este determinată de dimensiunea porilor.
Suprafața specifică a macroporelor este relativ mică, deci o cantitate neglijabilă de materie este adsorbită pe pereții lor. Macroporii joacă rolul de canale de transport numai pentru moleculele adsorbite.
Pe suprafața porilor de tranziție, ale căror dimensiuni, de obicei, depășesc considerabil dimensiunile moleculelor adsorbite, în timpul procesului de adsorbție se formează straturi de substanță absorbită. Este posibil să se formeze straturi cu grosimea unei molecule (adsorbție monomoleculară) și în mai multe molecule (adsorbție polimoleculară).
Dimensiunile micropore abordează dimensiunile moleculelor adsorbite și adsorbția în micropori conduc la umplerea volumului lor. În consecință, presupunerea formării straturilor de substanță absorbită pe suprafața microporelor nu are niciun sens fizic. De obicei, microporele sunt intersectate de pori macro și tranzitorii, ceea ce reduce calea care este absorbită de moleculele adsorbite și conduce la o accelerare a adsorbției.
În porii mari cu un diametru mai mare de 2,10-4 mm și pori mici comparabili cu diametrul moleculelor substanței care este absorbit, fenomenul de condensare capilară este absent.
Adsorbanții se caracterizează prin absorbția lor. sau adsorbție. capacitatea determinată de concentrația adsorbantului într-o unitate de masă sau volum a adsorbantului.
Capacitatea de absorbție a adsorbantului în raport cu această substanță depinde de temperatura și presiunea la care se realizează adsorbția și de concentrația absorbită a substanței. Capacitatea de absorbție a adsorbantului, care este maximul posibil în condițiile date, se numește în mod condiționat activitatea sa de echilibru.
În industrie, cărbuni activi și adsorbanți minerali (silica gel, zeoliți etc.), precum și rășini sintetice schimbătoare de ioni (schimbători de ioni) sunt utilizați în principal ca absorbanți.
Cărți active. Carbonul foarte active obținute prin distilarea uscată a diferitelor materiale carbonice (lemn, os, etc.) și activează cărbunele obținut pentru a crește porozitatea. Activarea se realizează calcinarea cărbunelui la temperaturi ≤ 900 ° C, și în alte moduri, de exemplu prin îndepărtarea din porii gudron de cărbune și alte produse rezultate din distilarea uscată prin solvenții extrași-vanija organici, oxidarea cu aer și altele. Pentru a îmbunătăți activitatea de cărbune de multe ori inainte carbonizare adjuvanți administrați (soluții de clorură de zinc, acizi, slit-lochey și colab.).
Suprafața specifică a cărbunelui activ variază de la 600 la 1700 m 2 / g. Dimensiunea granulelor unor grade standard de carbon activ pentru adsorbția gazelor și a vaporilor este de 1-5 mm (cărbune BAU) și 1,5-2,7 mm (cărbune SCT). Densitatea vrac a cărbunelui din aceste grade este egală cu 260 și respectiv 420 g / l. Utilizarea cărbunelui de un fel sau altul depinde de tipul de adsorbție în care sunt utilizate (absorbția gazului, recuperarea solvenților volatili etc.).
Cărțile active absorb vaporii organici mai bine decât apa, dar cu creșterea conținutului de umiditate în cărbuni activi, abilitatea lor de a absorbi vaporii organici scade. Acestea sunt utilizate, de obicei, pentru recuperarea solvenților volatili. Dezavantajul cărbunelui activ este inflamabilitatea acestuia.
gelurile de silice. Acești adsorbanți sunt produsele de deshidratare a gelului de acid silicic obținut prin tratarea unei soluții de silicat de sodiu (sticlă solubilă) cu acizi minerali sau soluții acide ale sărurilor lor. Suprafața specifică a gelurilor de silice variază de la 400 la 770 m 2 / g. Dimensiunea granulelor variază între 0,2 și 7 mm. densitatea în vrac este de 400-800 g / l.
Silicagelii sunt utilizați în principal pentru uscarea gazelor. Capacitatea de absorbție a gelurilor de silice în ceea ce privește vaporii organici scade puternic în prezența umidității. Avantajul gelurilor de silice este incombustibilitatea lor și rezistența mecanică mai mare decât cea a cărbunelui activ.
Zeoliți. Acești adsorbanți sunt minerale naturale sau sintetice, care sunt aluminosilicați apoși ai cationilor elementelor primului și celui de-al doilea grup al sistemului periodic. Mende-lei. Ca adsorbanți industriali, zeoliții sintetici (sintetici) sunt utilizați în principal. Relativ recent, s-au obținut zeoliți care au o structură de pori foarte omogenă, dimensiunile cărora sunt proporționale cu dimensiunile moleculelor adsorbite. Acești zeoliți prezintă o acțiune a sitei moleculare, care constă în capacitatea lor de a nu absorbi molecule a căror diametru este mai mare decât diametrul porilor. Unii zeoliți naturali, de exemplu, natrolit, posedă, de asemenea, proprietăți ale sitei moleculare. Acțiunea moleculară a zeolitilor este adesea utilizată în practica industrială pentru separarea anumitor substanțe, de exemplu hidrocarburi normale și izoparaffinice.
Zeoliții sunt foarte absorbabili în ceea ce privește apa și sunt adsorbanți foarte eficienți pentru uscarea și curățarea gazelor și a lichidelor, în special pentru uscarea profundă a gazelor care conțin cantități mici de umiditate. Dimensiunea granulelor de zeoliți este de 2 până la 5 mm.
schimbatoare de ioni. Acești adsorbanți sunt substanțe anorganice și organice naturale și sintetice. De ionits naturale includ zeoliți, minerale argiloase, minerale și alți cărbuni. Schimbători de ioni sintetice condensate sunt zeoliți și site moleculare (zeoliti având o structură cristalină regulată), rășini schimbătoare de ioni, minerale activate și substanțe organice, etc ..
schimbători de ioni sunt practic insolubile în apă și în sol obișnuit-celeration și au ioni mobili, capabili să fie schimbată cu o cantitate echivalentă de ioni (cu o taxă de același semn) al soluției de electrolit cu care este contactat absorbantului.
schimbători de ioni care conțin grupe active acide și, și schimbând soluția de electrolit cu anioni mobile numite schimbători de anioni și rășini schimbătoare de ioni cu grupări reactive de bază și fac schimb de cationi mobile - schimbătorii de cationi. Există, de asemenea, schimbători de ioni amfoteri capabile de cationi și schimbătoare de anioni în același timp.
Reacțiile tipice ale schimbului de ioni:
1. Reacție de schimb anionic
unde R este o moleculă de schimb ionic legată la un ion mobil.
2. Reacția schimbului de cationi
în ambele ecuații sunt izolate formulele substanțelor care constituie faza solidă.
Mecanismul schimbului de ioni se datorează structurii și proprietăților schimbătorului de ioni. Astfel, de exemplu, ioniții cu zăbrele de cristal conțin în colțurile lor ioni deținute de forțe electrostatice; sub acțiunea acestor forțe, și mai ales schimbul de ioni are loc. Proprietățile mai multor schimbători de ioni sunt legate de capacitatea lor de a se umfla în soluții apoase; umflarea este, de obicei, însoțită de o creștere semnificativă a presiunii.
Rășinile schimbătoare de rășină au o capacitate mare de schimb, selectivitate la ionii individuali, stabilitate chimică și rezistență mecanică. Prin urmare, ele sunt acum cele mai comune schimbătoare de ioni, înlocuind practic ioniții de alte tipuri în condiții industriale.
Prin schimbarea compoziției grupurilor active în sinteza rășinilor schimbătoare de ioni, este posibil să se obțină ioni cu proprietăți foarte diferite.
Extracția materiei adsorbite din absorbantul solid (de-sorbție) este o componentă necesară a tuturor proceselor de adsorbție desfășurate într-un ciclu închis. Costul desorbției are o mare influență asupra economiei globale de realizare a proceselor de separare și purificare a substanțelor prin metode de adsorbție.
Printre principalele metode de desorbție (regenerarea adsorbantului) se numără:
- deplasarea componentelor absorbite din adsorbant cu ajutorul unor agenți care au o capacitate de adsorbție mai mare decât componentele absorbite;
- evaporarea componentelor absorbite cu o volatilitate relativ mare prin încălzirea patului adsorbant.
În unele cazuri, pentru îndepărtarea din adsorbant rășinoase și alte produse rezultate din reacțiile secundare, purificarea finală a adsorbantului se realizează prin arderea acestor com-(regenerare oxidativă piesele originale adsorbantului).
Alegerea acestei sau acelei metode de desorbție se face pe baza considerentelor tehnice și economice și de multe ori metodele de mai sus sunt utilizate în combinație cu celelalte.
În practică, procedeele de desorbție sunt realizate de obicei prin trecerea unei vapori sau a unui gaz care nu conține adsorbant prin patul adsorbant după terminarea procesului direct (adsorbție). Pentru a crește rata de recuperare, desorbția se realizează cel mai adesea la temperaturi ridicate, de exemplu prin trecerea unui agent de stripare preîncălzit prin patul adsorbant.
Ca agenți de desorbție, se utilizează vapori acvatici saturați sau supraîncălziți, vapori de substanțe organice, precum și gaze inerte. După procesul de desorbție, patul adsorbant este în general supus uscării și răcirii.
Desorbția cu vapori de apă fierbinte este cel mai adesea folosită în procesul de recuperare a solvenților volatili în acel cărbune activ. În acest caz, cea mai mare parte a substanței absorbite este eliberată din absorbant la începutul desorbției. Pe măsură ce se apropie sfârșitul procesului, viteza sa scade semnificativ, iar debitul de abur pe unitate de produs desorbit crește puternic. Prin urmare, din considerentele tehnice și economice, substanța adsorbită nu este extrasă complet din absorbant, lăsând o anumită cantitate în adsorbant.
O parte din vaporii de apă, denumită abur de încălzire, este consumată în timpul desorbției pentru încălzirea întregului sistem, desorbția substanțelor absorbite din cărbune și compensarea pierderilor termice în mediul înconjurător. Aburul de încălzire este complet condensat în adsorbant. Unele părți din abur sunt cheltuite pentru a compensa căldura negativă de umezire a cărbunelui cu apă și, de asemenea, se condensează complet în adsorbant.
Substanțele desorbite din cărbune sunt suflate din stratul de carbon printr-o vapori dinamici care, fără condensare, părăsește adsorbantul într-un amestec cu vapori de substanțe desorbite.
Se calculează costurile de încălzire a aburului și a aburului, care compensează încălzirea. Debitul aburii dinamice depinde de condițiile procesului și este determinat cu o fiabilitate suficientă numai printr-o metodă experimentală. Prin calcule aproximative, consumul dinamic al aburilor poate fi luat în medie 3-4 kg pe 1 kg de substanță desorbită.
Regenerarea zeoliților se realizează cel mai adesea prin suflarea unui gaz uscat încălzit prin patul adsorbant, iar îndepărtarea substanțelor absorbite din zeoliți este de obicei mai dificilă decât cea a cărbunelui activ.
Procesele de desorbție, ca procesele de adsorbție adecvate, sunt efectuate nu numai în straturile staționare, dar și în straturile în mișcare și de fierbere ale adsorbantului.