Загальна характеристика, принцип роботи адсорберів

Перспективним методом очищення газів від газо- й пароподібних за-
бруднень є адсорбція - тобто процес розділення, що грунтується на влас-
тивості деяких твердих тіл вибірково поглинати газоподібні компоненти з
газової суміші. Молекули забруднювального газу або пари, що є в газовій
суміші, сорбуються на поверхні або в порах твердого тіла.

Адсорбційний метод очищення газових викидів доцільно використо-
вувати коли необхідного ефекту не можна досягти іншими методами. Цей
метод доцільний також коли концентрація домішок, що видаляються з газу-
носія, дуже мала та необхідна гарантія рекуперації домішок, оскільки вони
мають значну вартість. Явище адсорбції обумовлене наявністю сил притя-
гування між молекулами адсорбент та адсорбативу на межі розподілу фаз,
що дотикаються. Процес переходу молекул адсорбативу з газуносія на поверхневий шар адсорбенту відбувається в тому випадку, коли сили притягування адсорбенту перевищують сили притягу вання, що діють на адсорбативзі сторони молекул газуносія. Молекули адсорбованої речовини при переході на поверхню адсорбенту зменшують його енергію. Внаслідок цього відбувається виділення теплоти. Залежно від сили притягу вання адсорбенту адсорбція може бути фізична або хімічна. Теплота фізичної адсорбції складає до 60 КДж/мол., а хімічної - від 20 до 400 КДж/мол.

При фізичній адсорбції взаємодія молекул з поверхнею адсорбенту
визначається порівняно слабкими дисперсійними, індукційними та орієн-
таційними силами. При цьому адсорбовані молекули не вступають з моле-
кулами адсорбенту в хімічну взаємодію та зберігають свою індивідуаль-
ність. Для фізичної адсорбції характерна висока швидкість, незначна міц-
ність зв'язку між поверхнею адсорбенту й адсорбативом та мала теплота
адсорбції. При підвищенні температури кількість фізично адсорбованої ре-
човини зменшується, а підвищення тиску призводить до збільшення вели-
чини адсорбції.

Висока швидкість фізичної адсорбції та властивість адсор-
бентів до регенерації дозволяють проводити процес циклічно в умовах
зворотності, тобто з ротацією стадій поглинання та виділення компонента,
що добувається. Перевагою фізичної адсорбції є зворотність процесу. При
зниженні тиску адсорбенту в газовій суміші або при підвищенні темпера-
тури адсорбовані молекули легко десорбують без зміни хімічного складу, а
регенерований адсорбент може використовуватися багаторазово.

В основі хімічної адсорбції лежить хімічна взаємодія між адсорбентом та речовиною, що адсорбується. Діючі при цьому сили значно більші, ніж при фізичній адсорбції. Через значну теплоту адсорбції (до 400 кДж/моль) енергія зв'язку хемосорбних молекул сильно відрізняється
від енергії зв'язку цих самих молекул в потоці газу. Відповідно, енергія,
яка необхідна для того, щоб хемосорбована молекула прореагувала з моле-
кулою іншого сорту, може бути суттєво меншою, ніж енергія, що необхід-
на для реакції цих молекул в газовій фазі. В зв'язку з цим адсорбована на
поверхні твердого тіла молекула легко вступає в хімічну реакцію з іншими
молекулами. Молекули адсорбативу, що вступили в хімічну взаємодію,
добре утримуються на поверхні та в порах адсорбент\^г. При хімічній адсо-
рбції її швидкість за низьких температур мала, але збільшується з ростом
температури.

Фізична та хімічна адсорбція часто сприяють одна одній. При очи-
щенні газів від газо- й пароподібних забруднень найбільш поширена фізи-
чна адсорбція. Характер протікання процесу абсорбції може бути періоди-
чним або безперервним. Періодичні процеси відбуваються при нерухомо-
му шарі адсорбента, а безперервні при рухомому чи киплячому шарі.

Всі тверді речовини з розвинутою поверхнею є потенціальними ад-
сорбентами. Для очищення газів використовують адсорбери з добре розви-
нутою внутрішньою поверхнею, утворення якої досягається в процесі їх
синтезу або в результаті спеціальної обробки.

Адсорбенти повинні відповідати таким вимогам: мати значну дина-
мічну ємність, велику питому поверхню, вибірковість адсорбції, термічну
й механічну стійкість до регенерації, бути простим в виготовленні та де-
шевим. Для адсорбційного очищення газів використовують активоване ву-
гілля, силікагелі, цеоліти, глинисті мінерали, пористе скло тощо.

Основні властивості адсорбентів - це адсорбативна ємність (активність); пориста структура адсорбенту, що характеризується поверхнею
сорбенту, об'ємом та розміром пор; вибірковість адсорбенту.

Для інтенсифікації адсорбційних процесів з очищення газів від лазо-
й пароподібних забруднень використовують оптимальні гідродинамічні
режими очищення адсорбентів, нові типи адсорбентів та адсорбційних
апаратів. Оптимальними гідродинамічними умовами є такі, що забезпечу-
ють значні швидкості фільтрації очищуваного газу через адсорбент та ве-
ликий ступінь очищення газу при малому гідравлічному опорі шару. Під-
вищення швидкості руху приводить до інтенсифікації процесу масопере-
дачі, але при цьому суттєво збільшується гідравлічний опір та енергетичні
затрати на транспортування газів.

Перспективним напрямком інтенсифікації адсорбційних процесів є
використання кристалів цеолітів в вигляді тонких порошків без в'яжучого.
В якості поглинача при цьому використовуються суспензії, які складають-
ся із рідининосія та цеоліту. Як рідина-носій можуть бути органічні та не-
органічні розчини.

Конструктивні особливості адсорберів визначаються їх розмірами,
об'ємом адсорбенту, характером роботи, часом захисної дії, гідравлічним
опором.