Тема 5 АДСОРБЦИЯ План 2 часа 1 Физические

Зарегистрируйтесь, чтобы просмотреть полный документ!

Тема 5 АДСОРБЦИЯ План (2 часа) 1. Физические основы процесса адсорбции 2. Теория адсорбции 3. Устройство адсорберов 4. Типы адсорберов 5. Расчет адсорберов Якуб Лидия Николаевна к. ф. -м. н. , доцент Процессы и аппараты. Тема 5.

1. Физические основы процесса адсорбции • Адсорбция представляет собой процесс поглощения газов, паров или жидкостей поверхностью пористых твердых тел — адсорбентов. • Процессы адсорбции являются избирательными и обратимыми. • Это значит, что каждый поглотитель обладает способностью поглощать лишь определенные вещества и не поглощает другие вещества, содержащиеся в газовой смеси или растворе. • Поглощенное вещество всегда может быть выделено из поглотителя путем десорбции — процесса, обратного адсорбции. 2/1/2018 Процессы и аппараты. Тема 5. 2

Физические основы процесса адсорбции • Адсорбенты отличаются весьма высокой пористостью, вследствие чего их поверхность очень велика. • Наиболее распространенными адсорбентами являются активированный уголь и гель кремневой кислоты (силикагель). • В некоторых случаях в качестве адсорбентов используют глины, активированные серной кислотой. • Адсорбенты применяются в виде зерен размером 2— 8 мм или в пылевидном состоянии (размер частицы 50— 200 мк). • Процессы адсорбции протекают в неподвижном или перемещающемся слое зернистого адсорбента, или в кипящем (псевдоожиженном) слое. • Адсорбция в слое движущегося адсорбента и особенно в кипящем слое протекает значительно интенсивнее, чем в неподвижном слое 2/1/2018 Процессы и аппараты. Тема 5. 3

Физические основы процесса адсорбции • Благодаря огромной удельной поверхности адсорбентов (поверхность на единицу объема) при адсорбции возможны очень большие скорости поглощения и полное поглощение компонентов. • Поэтому адсорбция является эффективным способом разделения «бедных» смесей, содержащих незначительное количество поглощаемых веществ, а также смесей, состоящих из компонентов, очень близких друг к другу по химическим и физическим свойствам • Поэтому адсорбция является эффективным способом разделения «бедных» смесей, содержащих незначительное количество поглощаемых веществ 2/1/2018 Процессы и аппараты. Тема 5. 4

2. Теория адсорбции • При адсорбции молекулы газа или пара концентрируются на поверхности адсорбента под влиянием молекулярных сил притяжения. • Этот процесс часто сопровождается химическим взаимодействием, а также конденсацией пара в капиллярных порах твердого адсорбента. • Общепризнанной теории адсорбции еще нет. • Предложенные теории можно разделить на: физическую и химическую. • Физическая - (потенциальная теория) или теория сгущенного слоя. • Согласно этой теории взаимодействие атомов на поверхности твердого тела с адсорбируемыми молекулами обусловлено Ван–дер–Ваальсовскими силами. 2/1/2018 Процессы и аппараты. Тема 5. 5

Теория адсорбции • Химическая теория адсорбции – допускает существование только мономолекулярного слоя на поверхности твердого тела. • Адсорбционные силы носят химический характер и действуют на очень коротком расстоянии, не превышающем величины диаметра молекул. • Независимо от характера сил, вызывающих адсорбцию, при достаточном времени соприкосновения фаз наступает адсорбционное равновесие. • Устанавливается определенная зависимость между концентрацией адсорбированного вещества X (в кг/кг адсорбента) и его концентрацией Y в фазе, соприкасающейся с адсорбентом: 2/1/2018 Процессы и аппараты. Тема 5. 6

Теория адсорбции • • где Y- равновесная концентрация, кг/кг инертной части парогазовой смеси или раствора; А и n – коэффициенты, определяемые опытным путем. Зависимость соответствует определенной температуре и изображается кривой, которая носит название изотермы адсорбции. Концентрация адсорбируемого вещества в смеси при постоянной температуре пропорциональна его давлению. Уравнение можно записать так: где P – равновесное давление поглощаемого вещества. 2/1/2018 Процессы и аппараты. Тема 5. 7

Теория адсорбции 2/1/2018 Процессы и аппараты. Тема 5. 8

Теория адсорбции • Основными факторами, влияющими на протекание процесса адсорбции, являются: • свойства адсорбента, температура, давление, • свойства поглощаемых веществ, состав фазы, из которой они адсорбируются. • Адсорбция ускоряется при понижении температуры или при повышении давления. • Те же факторы влияют в обратном направлении на процесс десорбции, проводимый обычно после адсорбции. • Десорбция ускоряется с повышением температуры адсорбента и снижением давления над ним, а также при пропускании через адсорбент паров, вытесняющих поглощенное вещество. 2/1/2018 Процессы и аппараты. Тема 5. 9

3. Устройство адсорберов • Для проведения процессов адсорбции применяются адсорберы следующих типов: – с неподвижным зернистым адсорбентом; – с движущимся зернистым адсорбентом; – с кипящим (псевдоожиженным) слоем мелкозернистого адсорбента. • Адсорберы с неподвижным зернистым адсорбентом представляют собой полые вертикальные или горизонтальные сосуды, в которых размещен слой зернистого адсорбента. 2/1/2018 Процессы и аппараты. Тема 5. 10

Устройство адсорберов • Адсорбер вертикальный 2/1/2018 Процессы и аппараты. Тема 5. 11

Устройство адсорберов • Адсорбер горизонтальный 2/1/2018 Процессы и аппараты. Тема 5. 12

Устройство адсорберов • Адсорбер вертикальный с кольцевым слоем адсорбента 2/1/2018 Процессы и аппараты. Тема 5. 13

Устройство адсорберов • 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 вещества из адсорбента в аппарат подается перегретый водяной пар (или другой вытесняющий агент), который движется в направлении, обратном движению газа. • Паровая смесь (паров воды и извлекаемого компонента) удаляется из аппарата и поступает на разделение в отстойник непрерывного действия или в ректификационную колонну. 2/1/2018 Процессы и аппараты. Тема 5. 14

Устройство адсорберов • После десорбции сквозь слой адсорбента пропускают для его сушки горячий воздух, который входит через паровой штуцер и удаляется через тот же штуцер, что и паровая смесь. • Высушенный адсорбент охлаждается холодным воздухом, движущимся по тому же пути, что и водяной пар, после чего цикл поглощения повторяется снова. • Для адсорбции из жидкой фазы используют обычные фильтрпрессы, рамы которых заполняют зернистым адсорбентом. 2/1/2018 Процессы и аппараты. Тема 5. 15

4. Типы адсорберов 4. 1. Адсорберы с движущимся зернистым адсорбентом • Эти адсорберы представляют собой колонны, в которых зернистый адсорбент движется самотеком сверху вниз, либо перемещается при помощи специальных транспортных устройств (шнеки, элеваторы). • В зоне 1 адсорбент поглощает более тяжеылые компоненты газовой смеси, наиболее легкие, непоглощенные газы (верхняя, или легкая фракция) удаляются из верхней части зоны 1. 2/1/2018 Процессы и аппараты. Тема 5. 16

4. 1. Адсорберы с движущимся зернистым адсорбентом • После десорбции сквозь слой адсорбента пропускают для его сушки горячий воздух, который входит через паровой штуцер и удаляется через тот же штуцер, что и паровая смесь. • Высушенный адсорбент охлаждается холодным воздухом, движущимся по тому же пути, что и водяной пар, после чего цикл поглощения повторяется снова. • Для адсорбции из жидкой фазы используют обычные фильтрпрессы, рамы которых заполняют зернистым адсорбентом. 2/1/2018 Процессы и аппараты. Тема 5. 17

4. 1. Адсорберы с движущимся зернистым адсорбентом • Далее адсорбент проходит промежуточную зону II и поступает в зону десорбции III, где движется по трубкам теплообменника - десорбера 4, в межтрубном пространстве которого конденсируется греющий пар. • Одновременно в трубки теплообменникадесорбера подают перегретый острый пар для отдувки из адсорбента поглощенных тяжелых компонентов • Наиболее тяжелые компоненты (нижняя, или тяжелая фракция) удаляются из верхней части зоны III. • Часть десорбированных более легких компонентов в виде парогазовой смеси проходит в промежуточную (ректификационную) зону II. 2/1/2018 Процессы и аппараты. Тема 5. 18

4. 1. Адсорберы с движущимся зернистым адсорбентом • Парогазовая смесь вытесняет из адсорбента часть поглощенных компонентов. • Эти вытесненные компоненты отводятся из зоны II в качестве промежуточной фракции. • Регенерированный в зоне III нагретый адсорбент проходит через разгрузочное устройство 5, и через гидравлический затвор 6. • Далее адсорбент через клапан 7 поступает в сборник 8, куда газодувной 9 подается транспортирующий газ. По трубегазоподъемнику 10 адсорбент подается током газа в бункер I и затем в холодильника 2, где охлаждается, и снова поступает в адсорбционную зону I. Процессы и аппараты. Тема 5. 2/1/2018 19

4. 2. Адсорберы с кипящим (псевдоожжиженым) слоем адсорбента • При проведении адсорбции в кипящем (псевдоожиженном) слое адсорбента гидравлическое сопротивление слоя является весьма малым, поэтому можно создавать скорости газового потока. • Благодаря сочетанию высоких скоростей газа с очень развитой поверхностью фазового контакта можно значительно интенсифицировать процесс адсорбции. • При интенсивном перемешивании частиц в кипящем слое в нем проходит быстрое выравнивание температур предотвращается опасность перегрева адсорбера 2/1/2018 Процессы и аппараты. Тема 5. 20

Адсорберы с кипящим (псевдоожжиженым) слоем адсорбента Одноступенчатый адсорбер с кипящим слоем. 1 –корпус 2 – распределительная решетка 3 – кипящий слой адсорбента 4 – труба для выхода адсорбента. 2/1/2018 Процессы и аппараты. Тема 5. 21

Адсорберы с кипящим (псевдоожжиженым) слоем адсорбента • При соприкосновении газового потока на выходе из кипящего слоя с отработанными насыщенными частицами адсорбента может происходить частичная десорбция поглощенного вещества и адсорбента. • При интенсивном перемешивании в кипящем слое происходит сильное истирание твердых частиц адсорбента. • Для проведения описанного процесса необходимо применять адсорбенты, обладающие достаточной механической прочностью. 2/1/2018 Процессы и аппараты. Тема 5. 22

5. Расчет адсорберов Адсорберы с неподвижным зернистым адсорбентом. • Продолжительность Т полного цикла в адсорбере с неподвижным зернистым слоем адсорбента складывается из времени собственно адсорбции t, времени десорбции tд, в течение которого через адсорбент продувают вытесняющий агент, и времени сушки и охлаждения адсорбента тс. 2/1/2018 Процессы и аппараты. Тема 5. 23

Расчет адсорберов • Приближенно продолжительность адсорбции можно определить, исходя из средней концентрации X 1 адсорбированного вещества в начальный момент времени и концентрации X 2 этого вещества в конечный момент. • Если масса адсорбента Gc, то количество поглощенного за один цикл вещества составит: S –площадь сечения, w 0 – скорость парогазовой смеси. 2/1/2018 Процессы и аппараты. Тема 5. 24

Благодарю за внимание 2/1/2018 Процессы и аппараты. Тема 5. 25

Скачать презентацию Тема 5 АДСОРБЦИЯ План 2 часа 1 Физические

Лекция 5 -(2)-ПиА.ppt

Количество слайдов: 25