Введення
Найбільш поширений масообмінних процес, здійснюваний в апаратах з нерухомим шаром твердої фази, - адсорбція. Такого роду процеси є нестаціонарними і періодичними. При цьому концентрації в твердому матеріалі і в газі (або в рідині), що знаходяться всередині апарату, змінюються в часі. Процес триває до тих пір, поки кінцева концентрація в середовищі, що проходить через шар твердої фази (сорбенту), не перевищить деякого граничного значення (концентрація проскока), після чого сорбент піддають регенерації (зазвичай десорбцією).
Основними промисловими адсорбентами є пористі тіла, що володіють великим обсягом мікропор. Властивості адсорбентів визначаються природою матеріалу, з якого вони виготовлені, та пористої внутрішньою структурою.
У промислових адсорбентах основна кількість поглиненої речовини сорбируется на стінках мікропор (r lt; 10-9 м). Роль перехідних пор (10-9 lt; r lt; 10-7 м) і макропор (r gt; 10-7 м) в основному зводиться до транспортування адсорбируемого речовини до мікропорами.
Адсорбенти характеризуються своєю поглотительной, або адсорбційною здатністю, обумовленою максимально можливої ??концентрацією адсорбтива в одиниці маси або об'єму адсорбенту. Величина поглинальної здатності залежить від типу адсорбенту, його пористої структури, природи поглощаемого речовини, його концентрації, температури, а для газів і парів від їх парціального тиску. Максимально можливу за даних умов поглинальну здатність адсорбенту умовно називають рівноважної активністю.
За хімічним складом всі адсорбенти можна розділити на вуглецеві і Невуглецеві. До вуглецевим адсорбенту відносяться активні (активовані) вугілля, вуглецеві волокнисті матеріали, а також деякі види твердого палива. Невуглецеві адсорбенти включають в себе силикагели, активний оксид алюмінію, алюмогели, цеоліти і глинисті породи.
Активні вугілля, що складаються з безлічі безладно розташованих мікрокристалів графіту, зазвичай використовують для поглинання органічних речовин у процесах очищення і поділу рідин і газів (пари). Ці адсорбенти отримують сухою перегонкою ряду вуглецевмісних речовин (деревини, кам'яного вугілля, кісток тварин, кісточок плодів та ін.) З метою видалення летких. Після цього вугілля активують, наприклад прожарюють його при температурі 850-900 ° С, що призводить до звільнення пір від смолистих речовин і утворення нових мікропор. Активацію проводять також екстрагуванням смол з пор органічними розчинниками, окисленням киснем повітря та ін. Більш однорідна структура вугілля виходить при їх активації хімічними методами: шляхом їх обробки гарячими розчинами солей (наприклад, сульфатами, нітратами та ін.) Або мінеральними кислотами (сірчаної, азотної та ін.).
Питома поверхня активних вугілля дуже висока і становить 6 · 105 17 · 105 м2/кг, а їх насипна щільність 200-900 кг/м3. Активні вугілля застосовують у вигляді часток неправильної форми розміром 1-7 мм, циліндрів діаметром 2-3 мм і висотою 4-6 мм і порошку з розміром частинок менше 0,15 мм. Останній вид активних вугілля застосовують для розділення розчинів.
До основних недоліків активних вугілля відносяться їх горючість і невисока механічна міцність.
Силікагель - зневоднений гель кремнієвої кислоти (Si02 · nН20) - використовують для адсорбції полярних сполук. Його застосовують у процесах осушення газів і рідин, при поділі органічних речовин в газовій фазі і в хроматографії. Силікагель отримують обробкою розчину силікату натрію (розчинне скло) сірчаною кислотою (іноді хлороводню) або розчинами солей, що мають кислу реакцію. Утворився гель промивають водою і сушать до кінцевої вологості 5-7%, так як при такій вологості силікагель володіє найбільшою адсорбційної здатністю. Питома поверхня силікагелю складає 4-105 - 7,7-105 м2/кг, насипна щільність - 400-800 кг/м3. Розмір часток неправильної форми змінюється в досить широкому інтервалі від 0,2 до 7 мм, а гранульованих (сферичної або овальної форми) -від 2 до 7 мм.
До достоїнств силикагелей відносяться їх негорючість і велика механічна міцність, ніж у активних вугілля. Недоліком силикагелей в порівнянні з активованим вугіллям є, крім їх більш низькою питомою поверхні, різке зниження поглинальної здатності по відношенню до парам органічних речовин у присутності вологи.
За сорбційним властивостями до силікагель близько примикають алюмогели, одержувані термічною обробкою гідроксиду алюмінію [А1 (ОН) 3] при температурах 600-1000 ° С. Пори отриманого сорбенту (92% А203) мають діаметр 1-3 нм, питому поверхню 2 · 105 - 4 · 105 м/кг; насипна щільність такого сорбенту 1600 кг/м3. Алюмогелі використовують для осушення газів, очищення водних розчинів і мінеральних масел, застосовують в якості каталізаторів та ї...
