Теории адсорбции.

1. Физическая (потенциальная) теория, М. Поляни, 1914 г. (Брунауэр, Эммет, Теллер, Эйкен).

Над поверхностью твёрдого тела существует поле действия сил притяжения (адсорбционное поле), попадая в которое молекулы компонента притягиваются к поверхности с силой, пропорциональной потенциалу адсорбционного поля в данной точке и располагаются в нем многими слоями. Полимолекулярная теория адсорбции.

2. Теория объёмного заполнения микропор, академик М.М. Дубинин и его школа, 1947 г.

Адсорбционное поле существует во всём объеме микропор, что вызывает их объёмное заполнение в процессе адсорбции (развитие потенциальной теории).

3. Химическая теория, Дж. Дэнгмор, 1918г.

Предполагается возникновение химической связи между адсорбентом и адсорбтивом с образованием нестойкого комплексного соединения. Мономолекулярная теория адсорбции.

В пользу этой теории указывает тот факт, что адсорбция – экзотермический процесс (выделение тепла). Теплота адсорбции определяется опытным путём.

Равновесие в процессе адсорбции.

Обозначим: Х – концентрация адсорбтива в адсорбенте, кг/кг,

Y – концентрация адсорбтива в парогазовой смеси, кг/кг.

Равновесие адсорбции представляют в виде изотерм, которые могут иметь самую разнообразную форму, но все сводятся к трём основным типам, показанным на рис. 296.

Рис. 296. Изотермы адсорбции.

1 – прямолинейная, 2 – выпуклая, 3 – вогнутая.

Для адсорбции предпочтительна изотерма типа 2 (аналогия с абсорбцией).

На форму изотермы влияют факторы:

1. природа поглощаемого вещества (чем выше молекулярная масса, тем выше концентрация Х),

2. давление и температура (с увеличением температуры Х уменьшается),

3. примеси, конкурирующее вещество,

4. пыль, забивающая поры адсорбента (необходимость фильтрования газа).

Принципиальные схемы адсорбции

Различают адсорбцию:

1. с неподвижным зернистым адсорбентом,

2. с псевдоожиженным стационарным слоем адсорбента,

3. с движущимся зернистым адсорбентом.

Адсорбция с неподвижным зернистым адсорбентом.

Схема аппарата и распределение концентраций по высоте адсорбера представлены на рис.297.

Рис.297. Механизм адсорбции в слое неподвижного зернистого адсорбента.

Обозначения:

G – расход газовой фазы, кг/ч.

Н – высота слоя адсорбента, Н_нас – высота слоя насыщения, м.

f – сечение адсорбента, м².

W – фиктивная скорость газовой фазы, м/с.

У_н – начальная концентрация адсорбтива в газовой фазе.

У_с – концентрация адсорбтива в газовой фазе, которую ещё можно определить анализом.

Х_с – то же для твёрдой фазы.

- концентрация адсорбтива в адсорбенте (равновесная и насыщения).

- скорость перемещения фронта равных концентраций.

- коэффициент поглотительного действия слоя адсорбента.

- время полного насыщения слоя, высотой (), или потеря времени защитного действия слоя адсорбента.

ЗАДАЧА: для известной Н определить .

Надёжной методики расчёта не существует.

Наиболее общий подход состоит в следующем.

Рассматриваем дифференциальное уравнение конвективной диффузии (2-й закон Фика).

или

Рассматриваем изменение концентрации адсорбтива только вдоль оси Н

(162)

где - эффективный коэффициент продольной диффузии (учитывает молекулярную и эффективную диффузии и грануляцию фронта).

Решение уравнения (162) в общем виде ещё не найдено.