Основные аспекты проектирования адсорбционных установок.

При разработках адсорбционных систем следует учитывать очень многие факторы. Для правильного выбора адсорбента особенно важно иметь в виду адсорбционные равновесия, тепловые эффекты и динамические свойства адсорбционного слоя.

Равновесие, тепловые эффекты.

Предельные величины адсорбционной емкости, селективности и регенери-руемости в большинстве случаев определяются условиями равновесия. При экспериментальном определении величин этих трех характеристик эффективности адсорбента, необходимых для его правильного выбора, очень полезно понимание роли равновесных взаимоотношений.

Как уже говорилось, значения адсорбционной емкости сильно зависят от концентрации и температуры, поэтому в большинстве случаев их представля-ют в виде изотерм. Причем существует множество изотермических уравне-ний, так что выбор нужных требует использования определенных ограниче-ний.

Селективность определяется результатом многокомпонентных равновесий, которые можно охарактеризовать с помощью ряда матеметических формул, содержащих различные переменные. Однако для расчетов особенно удобно использовать формулу

селективность для вещества i по отношению к веществу j, а хi и xj - мольные доли этих веществ соответственно в жидкой и адсорбированной фазах. Первый параметр легко измерить, а вот определить второй гораздо труднее. Альтернативное уравнение, являющееся приблизи-тельным эквивалентом предыдущего, имеет следующий вид:

собой коэффициенты из закона Генри для компонен-тов i и j. Такое равенство более предпочтительно, поскольку оно не меняется для заданного значения температуры и его проще использовать в расчетах.

Что касается регенерируемости, то ответ на вопрос о том, какими форму-лами верно описываются конкретные равновесные взаимоотношения, зависит от используемого метода регенерации. Например, для адсорбционных циклов с переменной температурой параметры можно получить, исходя из изотермы, соответствующей стадии адсорбции, и изотермы стадии регенерации. Сравне-ние этих двух изотерм позволяет оценить изменение адсорбционной емкости. При химических методах регенерации (например, при вытеснении или элюировании) либо при расчетах для циклов с переменным давлением используют-ся те данные об адсорбционной емкости, которые приемлемы для этих методов.

П оказателем того, какого повышения температуры можно ожидать вслед-ствие протекания адсорбционных процессов в адиабатических условиях, явля-ется величина теплоты адсорбции. Она же служит мерой энергии, необходимой для регенерации в газовой или паровой фазе. Следует отметить, что пред-почтительны низкие значения этой величины.

Теплоту адсорбции можно выразить с помощью нескольких различных способов. Для наших целей удобнее использовать изостерическую теплоту ад-сорбции, поскольку она пригодна для описания процессов при непрерывном пропускании входного газового потока (или потока газа-носителя) через ряд адсорбционных слоев. При заданной адсорбционной емкости она выражается формулой

постоянная, а p и n - общие давление и адсорбционная емкость в случае пропускания чистого газа ( которые часто используются при определениях тепловых эффектов ) или парциальное давление и компонентная ад-сорбционная емкость при очистке смесей. Это выражение аналогично формуле, определяющей теплоту испарения, кроме того, оно отражает слабую зависимость от температуры.

То, как адсорбируемое вещество взаимодействует с адсорбентом, иллюстрируется зависимостью изотермической теплоты адсорбции от адсорбционной емкости. Плавное снижение кривой свидетельствует о том, что адсорбция ве-лика при низких концентрациях, возможно, благодаря неоднородности по-верхности, на которой первыми заполняются самые восприимчивые к адсорбционным взаимодействиям участки, что, по-видимому, затрудняет регенера-цию. Постепенное увеличение значений, напротив, указывает на вероятную легкость регенерации, особенно при низкой величине теплоты адсорбции. Если же наклон этого графика постоянен, то теплота адсорбции не влияет на процесс.