4 Процес адсорбції

4.1 Призначення і суть процесу

Процес адсорбції служить для розділення суміші газів або рідин на окремі компоненти за допомогою твердої речовини – адсорбенту.

Суть процесу полягає в тому, що суміш газів або рідин пропускають через шар адсорбенту і при цьому один із компонентів поглинається, а інші не поглинаються. В якості адсорбенту використовують наступні тверді речовини: активоване дерев’яне вугілля, силікагель, деякі сорти відбілюючи глин, активований оксид алюмінію, аморфні синтетичні алюмосилікати і кристалічні синтетичні алюмосилікати – цеоліти.

За рахунок високої пористості адсорбенти мають високу питому поверхню і велику активність.

Розглянемо суть процесу адсорбції на прикладі алюмосилікатів. Загальна формула алюмосилікатів

Основні складові і в середині адсорбенту є нейтральними, так як заряд катіонів алюмінію і кремнію компенсуються зарядами аніонів кисню.

Катіони Al і Si, які знаходяться на поверхні адсорбенту, не повністю нейтралізуються аніонами кисню і мають вільні валентності. За рахунок цього навколо поверхні адсорбенту утворюється слабке електричне поле. Під дією електричного поля молекули компонента, що поглинається поляризуються і утворюють диполі. Диполі негативним кінцем приєднуються до поверхні адсорбенту і утворюють з ним проміжні хімічні сполуки. Молекули компонента, який не поглинається, не поляризується і вони проходять через адсорбент без змін.

Для вилучення поглинутого компонента існують три методи десорбції:

- нагрівання поверхні адсорбенту;

- пропускання через нього нагрітої водяної пари;

- пропускання через нього рідини, яка має більшу адсорбційну здатність.

1 - поверхня адсорбенту; 2 - катіони алюмінію і кремнію, що знаходяться всередині абсорбенту; 3 - аніони кисню; 4 - катіони алюмінію і кремнію з вільними валентностями, що знаходяться на поверхні адсорбенту; 5 - молекули компоненту, що поглинається адсорбентом; 6 - молекули компонента, який не поглинається адсорбентом.

Рисунок 4.1 – До суті процесу адсорбції

4.2 Використання адсорбції в нафтогазовій промисло-вості

Процес адсорбції використовують:

- для осушення і очищення природних та супутніх нафтових газів від механічних домішок і кислих сполук;

- для підвищення октанового числа бензинів шляхом вилучення нормальних парафінових вуглеводнів;

- для покращення кольору і зниження коксуємості змащу-вальних олив шляхом вилучення з них асфальтносмолистих речовин і полі циклічних ароматичних вуглеводнів;

- для зниження температури застигання реактивних і дизельних палив шляхом вилучення з них твердих парафіно-вих вуглеводнів.

- для визначення хімічного складу природних газів і палив методом хроматографії.

4.3 Робота системи адсорбер-десорбер періодичної дії

Попередньо охолоджена газова суміш подається в нижню частину адсорбера першої ступені А-1. В ньому в нерухомому

стані на опорній решітці 4 знаходиться адсорбент у вигляді гранул. Для запобігання виносу адсорбенту з апарату потоком газової суміші він зверху закривається граничною решіткою 2. В адсорбері А-1 вихідна газова суміш, яка подається по лінії І контактує з поверхнею адсорбенту. При проходженні через шар адсорбенту один із компонентів суміші поглинається адсорбентом, інші компоненти газової суміші виводяться зверху адсорбера А-1 по лінії ІІ.

Подача вихідної газової суміші в адсорбер А-1 проводиться до тих пір поки в суміші, яка виводиться зверху апарату, не появляться сліди компоненту, що вилучається. Це фіксується газоаналізатором. Після появи слідів вилученого компоненту в суміші адсорбер А-1 закривають і вихідну газову суміш направляють в адсорбер А-2. В адсорбері А-1 проводиться десорбція десорбатом, який подається по лінії ІІІ, а пізніше охолодження поверхні адсорбенту холодоагентом, який подається по лінії V. В якості десорбату використовують гарячі димові гази або водяна пара. В якості охолоджуючого агента використовують або вихідну охолоджену суміш, або інертні гази.

Загальний час адсорбції рівний сумі часу десорбції і охолодження:

.

Вивід десорбату і вилученого компоненту з апарату проводиться по лінії IV, охолоджуючий агент з апарату теж виводиться по лінії IV. Після проведення охолодження адсорбенту адсорбер А-1 знову переключають на подачу вихідної суміші. В адсорбері А-2 проводяться процеси десорбції і охолодження адсорбенту.

А-1 – адсорбер першої ступені; А-2 – адсорбер другої ступені; 1 – корпус адсорбера; 2 – гранична решітка; 3 – абсорбент;

4 – опорна решітка.

Рисунок 4.2 – Схема системи адсорбер-десорбер періодич-ної дії