Адсорбция

 

(3.5.18)

Здесь (3.5.19)

 

где С'рави. - содержание вещества в газовой фазе, равновесное  с количеством вещества, равным половине ??, в кгс/м3 (?? - количество вещества, максимально поглощаемое при данной температуре, в кгс/м3).

В третьей области  изотермы адсорбции величина поглощаемого адсорбентом вещества достигает предела и остается постоянной и не зависящей от содержания поглощаемого вещества в газовой фазе. В этом случае длительность адсорбции определяется по уравнению

 

(3.5.20)

 

3.6 Расчет адсорберов  непрерывного действия

 

Процесс адсорбции в  аппаратах непрерывного действия является установившимся и к нему применимы  общие уравнения массопередачи.

Если концентрации поглощаемого вещества находятся в пределах линейного  участка кривой изотермы адсорбции, то можно воспользоваться уравнением массопередачи, которое для данного случая выражается так

 

(3.6.1)

 

где G - количество поглощаемого адсорбентом вещества в кгс/сек;

Kv - коэффициент массопередачи в кгс/м3*сек*кгс/м3;

fc - площадь поперечного сечения движущегося адсорбента в м3;

?Сср. - средняя разность концентрации.

Эта величина определяется из выражения:

 

(3.6.2)

 

где ?С1- большая разность концентрации на одном конце слоя;

?С2 - меньшая разность концентрации на другом конце слоя.

Если концентрация поглощаемого вещества находится в пределах криволинейного участка изотермы адсорбции, высота слоя адсорбции может быть найдена по уравнениям, которые для данного случая могут быть выражены так:

 

L=hm м (3.6.3)

 

где h=V2/Kvfc - высота слоя, соответствующая одной единице переноса

V2 - объем газовой смеси, протекающей через адсорбер, в м3/сек);

 

(3.6.4)

 

m - число единиц переноса, которое находят графическим путем.

 

Заключение

 

Адсорбционные явления  чрезвычайно широко распространены в живой и неживой природе. Толщи горных пород и почвы  являются огромными колоннами с  адсорбентами, по которым перемещаются водные и газовые растворы. Легочная ткань подобна адсорбенту - носителю, на котором удерживается гемоглобин крови, обеспечивающий перенос кислорода в организм. Многие функции биологических мембран живой клетки связаны со свойствами их поверхности, так, например, общая площадь биологических мембран в организме человека достигает десятков тысяч квадратных метров. Даже такие наши чувства, как обоняние и вкус, зависят от адсорбции молекул соответствующих веществ в носовой полости и на языке.

Сегодня адсорбция составляет основу многих промышленных операций и научных исследований. Наиболее важные из них - очистка, выделение и разделение различных веществ, адсорбционная газовая и жидкостная хроматография.

Адсорбция является важной стадией гетерогенного катализа и коррозии. Исследования поверхности тесно связаны с развитием полупроводниковой техники, медицины, строительства и военного дела. Адсорбционные процессы играют ключевую роль при выборе стратегии защиты окружающей среды.

Адсорбционные методы исследования свойств поверхности позволяют количественно охарактеризовать происходящие при адсорбции межмолекулярные взаимодействия адсорбат-адсорбент и адсорбат-адсорбат, определить термодинамические характеристики адсорбционного равновесия (например, теплоту и энтропию адсорбции), а также исследовать геометрические параметры адсорбента (величину удельной поверхности, объем пор и распределение пор по размерам, характерные для данного материала).

Такие исследования необходимы для понимания факторов, управляющих  адсорбционными процессами и обеспечивающих возможность выбора и разработки эффективных адсорбентов с необходимыми для решения конкретных задач свойствами.

 

Список использованной литературы

 

1. Процессы и аппараты: учебник для студ. учреждений  сред. проф. образования / Д.А. Баранов, А.М. Кутепов. - 2-е изд., - М.: Издательский центр «Академия», 2005.

. Процессы и аппараты  химической технологии: Учебник  для вузов./ Дытнерский Ю.И. - Изд. 2-е. В 2-х кН. Часть 2. Массообменные  процессы и аппараты. - М.: Химия, 1995.

. Киселев А.В. Межмолекулярные взаимодействия в адсорбции и хроматографии. - М.: Высш. шк., 1986.

. Грег С., Синг К.  Адсорбция, удельная поверхность,  пористость. - М.: Мир, 1984.

. Российский химический  журнал. - 1995. - Т. 39 - №6.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. АБСОРБЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ

1.1 Основы процесса

1.2 Физическая и химическая абсорбция

1.3 Применение абсорбционной очистки

1.4 Недостатки и преимущества  абсорбционного метода очистки  газов

2. АДСОРБЦИОННЫЕ И ХЕМОСОРБЦИОННЫЕ  МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ

2.1 Основные понятия

2.2 Активные угли 

2.3 Силикагели 

2.4 Алюмогели 

2.5 Цеолиты 

2.6 Иониты 

ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ

Тема реферата «Абсорбционные, адсорбционные  и хемосорбционные методы очистки  отходящих газов» по дисциплине «Технология  очистки и утилизации газовых выбросов».

Абсорбционный метод реализует  процессы, происходящие между молекулами газов и жидкостей. Если отсутствует  взаимодействие между распыливающейся  жидкостью и орошаемым газом, то эффективность поглощения компонентов  из паровоздушной смеси определяется только равновесием пар-жидкость.

Адсорбционные методы используют для  очистки газов с невысоким  содержанием газообразных и парообразных примесей. В отличие от абсорбционных  методов они позволяют проводить  очистку газов при повышенных температурах.

Различают физическую и химическую адсорбцию (хемосорбцию).

 

1. АБСОРБЦИОННЫЕ МЕТОДЫ  ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ

 

1.1 Основы процесса

 

Абсорбция жидкостями применяется  в промышленности для извлечения из газов диоксида серы, сероводорода и других сернистых соединений, оксидов азота, паров кислот (НСI, HF, H₂SO₄), диоксида и оксида углерода, разнообразных органических соединений (фенол, формальдегид, летучие растворители).

Абсорбционный метод реализует  процессы, происходящие между молекулами газов и жидкостей. Если отсутствует взаимодействие между распыливающейся жидкостью и орошаемым газом, то эффективность поглощения компонентов из паровоздушной смеси определяется только равновесием пар-жидкость.

Скорость поглощения газа жидкостью  зависит от:

а) диффузии поглощаемых веществ из газового потока к поверхности соприкосновения с поглощающей жидкостью;

б) перехода газовой частицы к  поверхности жидкости;

в) диффузии абсорбированных веществ  в промывной жидкости, где устанавливается  равновесие;

г) химической реакции (если она имеет место).

Абсорбционная очистка применяется  как для извлечения ценных компонентов  из газового потока и возврата их снова  в технологический процесс для  повторного использования, так и  для поглощения из выбросных газов  вредных веществ с целью санитарной очистки газов. Обычно рационально использовать абсорбционную очистку, когда концентрация примесей в газовом потоке превышает 1%(об). В этом случае над раствором существует определенное равновесное давление поглощаемого компонента, и поглощение происходит лишь до тех пор, пока его парциальное давление в газовой фазе выше равновесного давления его над раствором. Полнота извлечения компонента из газа при этом достигается только при противотоке и подаче в абсорбер чистого поглотителя, не содержащего извлекаемого вещества.

 

1.2 Физическая и химическая  абсорбция

 

Принято различать физическую и  химическую абсорбцию (хемосорбцию). При  физической абсорбции молекулы удаляемого газа компонента не вступают в химическое взаимодействие с молекулами поглощающей жидкости. Однако процесс поглощения газов жидкостями разделяется на физическую и химическую абсорбцию условно. На самом деле это сложное физико-химическое явление.

В качестве абсорбента в принципе может быть использована любая жидкость, в которой извлекаемая из газового потока примесь достаточно растворима. Но для эффективного использования жидкий поглотитель должен обладать высокой поглощающей способностью, хорошей избирательностью по отношению к поглощаемому веществу, термохимической устойчивостью, малой летучестью, хорошей способностью к регенерации, небольшой вязкостью и невысокой стоимостью, а также не оказывать коррозионного действия на аппаратуру. Следует отметить, что универсальной жидкости, которая удовлетворяла бы всем приведенным требованиям не существует. В каждом отдельном случае подбирают абсорбент, который наиболее полно удовлетворяет ряду требований.

При физической абсорбции в качестве абсорбента чаще всего используют воду, а также органические растворители и минеральные масла, не реагирующие с извлекаемым из газа веществом. При химической абсорбции применяют водные растворы щелочей и химических окислителей (перманганата калия, гипохлорита натрия, броматов, перекиси водорода и других), а также водные растворы моно- и диэтаноламина, аммиака, карбоната натрия и калия, трикалийфосфата.

Одним из параметров, определяющих выбор  адсорбента, является способность примесей, содержащихся в отработанных газах, растворяться в данном абсорбенте.

1.3 Применение абсорбционной  очистки

 

Абсорбционная очистка - непрерывный и, как правило, циклический процесс, так как поглощение примесей обычно сопровождается регенерацией поглотительного раствора и его возвращением в начале цикла очистки. Применение абсорбционного метода очистки обусловлено высокой интенсивностью абсорбционных процессов, позволяющей создавать высокопроизводительные газоочистные установки, возможностью применения метода для очистки газов, содержащих и вредные газы, и пыль, и, наконец, наличием огромного опыта эксплуатации абсорбционного оборудования в различных технологических процессах и в первую очередь в химической технологии.

 

1.4 Недостатки и преимущества  абсорбционного метода очистки  газов

 

Абсорбционный метод очистки газов  не свободен от определенных недостатков, связанных, прежде всего, с громоздкостью оборудования. Этот метод достаточно капризен в эксплуатации и связан с большими затратами. К недостаткам абсорбционного метода следует отнести также образование твердых осадков, что затрудняет работу оборудования, и коррозионную активность многих жидких сред. Однако, не смотря на эти недостатки, абсорбционный метод еще широко применяется в практике газоочистки, так как он позволяет улавливать наряду с газами и твердые частицы, отличается простотой оборудования и открывает возможности для утилизации улавливаемых примесей

 

2. АДСОРБЦИОННЫЕ И  ХЕМОСОРБЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ  ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ

2.1 Основные понятия

 

Адсорбционные методы используют для  очистки газов с невысоким  содержанием газообразных и парообразных примесей. В отличие от абсорбционных  методов они позволяют проводить очистку газов при повышенных температурах.

Целевой компонент, находящийся в  подвергаемой очистке газовой фазе, называют адсорбтивом, этот же компонент  в адсорбированном состоянии  — адсорбатом.

Различают физическую и химическую адсорбцию (хемосорбцию). При физической адсорбции поглощаемые молекулы газов и паров удерживаются силами Ван-дер-Ваальса, при хемосорбции— химическими силами.

В качестве адсорбентов используют пористые материалы с высокоразвитой внутренней поверхностью. Последние могут иметь синтетическое или природное происхождение.

Внутренняя структура наиболее распространенных на практике промышленных адсорбентов характеризуется наличием 'различных размеров и форм пустот или пор, среди которых различают  макро-, переходные (мезо-) и микропоры. Суммарный объем последних в единице массы или объема адсорбента определяет в решении задач газоочистки как скорость (интенсивность) поглощения целевого компонента, так и адсорбционную способность (величину адсорбции) твердым поглотителем этого компонента.

Суммарный объем микропор обычно не превышает 0,5 см³/г. Их размеры условно ограничены величиной эффективного радиуса r_эф=1,5*10^-9 м и соизмеримы с r_эф адсорбируемых молекул. Характерной особенностью адсорбции в микропорах в этой связи является заполнение их объема адсорбируемыми молекулами.

Переходные поры характеризуются  величинами эффективных радиусов от 1,5*10^-9 до 2*10^-7 м. В отличие от микропор в них возможна слоевая моно- или полимолекулярная адсорбция, так как адсорбционные силы здесь не перекрывают всего объема пор ввиду небольших полей их действия. Завершение заполнения объема переходных пор происходит при определенных условиях по механизму капиллярной конденсации, вызываемой понижением давления пара адсорбируемого вещества над вогнутым под действием сил поверхностного натяжения мениском жидкости в порах (капиллярах). Отнесенная к единице массы удельная поверхность переходных пор промышленных адсорбентов обычно находится в интервале 10 — 400 м²/г.

Макропоры промышленных адсорбентов обладают размерами эффективных радиусов, превосходящими 2*10^-7м. Удельная поверхность этой разновидности пор обычно составляет лишь 0,5 -

2 м²/г, что предопределяет ничтожную величину адсорбции на их стенках. Капиллярная конденсация в этих порах отсутствует. Макро- и переходные поры выполняют роль транспортных путей, обеспечивающих при адсорбции доступ поглощаемых молекул в микропоры и эвакуацию адсорбата при регенерации адсорбента.

Основные типы промышленных адсорбентов  являются смешаннопористыми материалами, однако в соответствии с преобладающим в их структуре размером пор они могут подразделяться на микро-, переходно- и макропористые.

Пористые адсорбенты характеризуют  величинами истинной, кажущейся и  насыпной (гравиметрической) плотности. Истинная плотность ρ_и выражает массу единицы объема плотного (без пор) вещества адсорбента:

 

 

где G — масса адсорбента;

V₁ — объем адсорбента с учетом пор;

V₂ — объем пор.