Сорбция это в химии кратко

Необходимым условием повышения концентрации на межфазовой границе является задержка ча­стиц сорбата в течение некоторого времени на по­верхности сорбента, прежде чем они возвратятся в объемную фазу. При этом сорбция может происходить на любой пограничной поверхности: твердое тело — газ, твердое тело — пар, твердое тело — жидкость, твердое тело — твердое тело, жидкость — газ, жидкость — пар, жидкость — жидкость, жидкость — твердое тело.

2. Особенности физической и химической сорбции. Концентрирование в статических и динамических условиях

Силы притяжения со стороны поверхности сорбента могут быть физическими и химическими. Соответственно они обусловливают либо физическую, либо химическую адсорбцию.

Обычно под физической сорбцией понимают поглощение молекул поверхностью за счет слабых когезионных сил. Причиной адсорбции являются неспецифические (то есть не зависящие от природы вещества) Ван-дер-Ваальсовы силы. Считают, что при физической адсорбции структура и свойства молекул изменяются настолько незначительно, что последние сохраняют свою индивиду­альность.

Физическая адсорбция является обратимым процессом, условие равновесия определяется равными скоростями адсорбции молекул адсорбтива P на вакантных местах поверхности адсорбента S * и десорбции — освобождения адсорбата из связанного состояния S − P:

Под химической адсорбцией (хемосорбцией)понимают поглощение молекул за счет сильных и сугубо специфических химических сил, при котором изменяется электронное состояние, строение и свойства как адсорбирующихся молекул, так и адсорбента.

Время и теплота химической адсорбции значительно выше, чем при физической ад­сорбции.

Принципиальное отличие хемосорбции от физической адсорбции заключается в том, что в результате образования более прочных связей хемосорбированное вещество с трудом удаляется с поверхности адсорбента, причем десорбция может сопровождаться химическими превращениями. Например: при адсорбции кислорода на поверхности угля образуется настолько прочная связь, что при десорбции в газовую фазу выделяются оксиды СО и СО₂.

Для разгра­ничения химической и физической адсорбции, наряду с названными выше основными объективными критерия­ми, пользуются рядом экспериментальных критериев — термодинамических, кинетических, топографических и др. Назовем основные.

1. Теплота адсорбции. Различие в силах взаимодей­ствия, в прочности связей адсорбента с адсорбатом при физической и химической адсорбции проявляется в их не­одинаковых тепловых эффектах (теплота адсорбции — q). Силы химической связи обычно сильнее, чем физи­ческие силы притяжения. Поэтому теплоты химической адсорбции должны быть высокими, близкими по порядку величин к тепловым эффектам химических реакций (41,8 — 418 кДж/моль), а теплоты физической адсорб­ции—низкими и близкими к теплотам конденсации. В большинстве случаев они не превышают нескольких кДж/моль.

2. Различие в силах взаимодействия обусловливает также специфичность химической адсорбции и неспеци­фичностьфизической адсорбции. При подходящих усло­виях (температура, давление) физическая адсорбция наблюдается для любого вещества на любой поверхности, тогда как химическая адсорбция возможна лишь при наличии определенного сродства между поверхностью адсорбента и адсорбируемым веществом.

3. С необходимостью для протекания химической адсорбции определенного сродства между, адсорбентом и адсорбатом связаны и такие ее особенности, как избирательность, ориентация адсорбата к поверхности, многообразие форм. Действительно, если поверхность имеет сложную химическую природу (например, промоти-рованный катализатор), возможна химическая адсорб­ция разных веществ на различных ее участках. Менее явно это проявляется в случае физической адсорбции.

При химической адсорбции, особенно сложных моле­кул, обычно возникает их определённая ориентация к по­верхности. Ориентация при физической адсорбции выра­жена в меньшей степени и обусловлена в основном элек­тростатическим притяжением или отталкиванием поляр­ных молекул.

4. Химическая сорбция всегда локализована, т. е. протекает на определенных участках поверхности (актив­ных центрах), отличающихся наибольшим химическим сродством по отношению к адсорбату. Физическая адсорбция обычно протекает на всей поверхности, равномерно нарастая и, таким образом, нелокализована.

5. Зависимость от кристаллической структуры. Для осуществления химической адсорбции необходимо соб­людение принципа структурного соответствия, т. е. бли­зость основных параметров кристаллической решетки и геометрических размеров адсорбируемых молекул. Фи­зическая адсорбция в меньшей мере зависит от кри­сталлической структуры твердого тела, но весьма чув­ствительна к его пористости.

6. Скорость и энергия активации адсорбции. Физи­ческая адсорбция, как и конденсация, не требует для сво­его осуществления никаких энергетических затрат (энер­гии активации) и поэтому должна протекать при любой температуре быстро, с той же скоростью, с какой адсорбат достигает поверхности адсорбента, т. е. практичес­ки мгновенно. Химическая адсорбция, при которой зачастую образуются двумерные химические соединения, может потребовать энергию активации, близкую к энер­гии активации химической реакции. При этом она будет протекать медленно, заметно ускоряясь только выше оп­ределенной минимальной температуры.

7. Условия протекания адсорбции. Физическая ад­сорбция, подобно конденсации, наиболее заметно долж­на протекать при невысоких температурах (около или ниже температуры кипения адсорбата) и давлениях, не очень малых по сравнению с давлением насыщенного пара адсорбата. (Критерий этот, как и другие вышепере­численные, не всегда строго соблюдается). Химическая адсорбция может осуществляться при низких и высоких температурах, чаще при более высоких, при малых и боль­ших давлениях.

8. Количество адсорбированного вещества. Длина связи при химической адсорбции близка к соответствую­щей длине связи в обычных химических соединениях. Поэтому для химического насыщения поверхности доста­точно образования слоя в одну молекулу. Таким образом, пределом химической адсорбции является монослойад­сорбата. Радиус действия физических сил гораздо больше, нежели химических.

9. Обратимость относительно Р и Т. Если оба типа адсорбции при определенных экспериментальных услови­ях существуют одновременно, то их можно разделить на основании различной обратимости относительно Р и Т. Откачка системы при комнатной температуре в боль­шинстве случаев приводит к полному удалению физи­чески адсорбированных молекул и практически не за­трагивает хемосорбированные частицы. Последние уда­ляются с большим трудом. При этом часто вещество десорбируется химически измененным.

Сорбция может происходить в статических или в динамических условиях.

Сорбцию называют статической, когда поглощаемое вещество (сорбтив), находящееся в газообразной или жидкой фазе, приведено в контакт с неподвижным сорбентом или перемешивается с ним.

Динамической сорбцию называют в том случае, когда поглощаемое вещество находится в подвижной жидкой или газообразной фазе, которая фильтруется через слои сорбента.

В соответствии с этим различают статическую и динамическую активность сорбента.

Статическая активность сорбента характеризуется количеством поглощенного вещества на единицу массы сорбента к моменту достижения равновесия в определенных условиях (постоянных температуре жидкости и начальной концентрации вещества).

Динамическая активность сорбента характеризуется временем от начала пропускания сорбата до его проскока, т.е. до появления за слоем сорбента, или максимальным количеством вещества, поглощенного единицей объема или массы сорбента до момента появления сорбируемого вещества через слой сорбента.

Динамическая активность в промышленных адсорберах составляет 45-90 %. На практике сорбционные процессы осуществляют, как правило, в динамических условиях, т.к. это обеспечивает непрерывность технологического процесса и возможность его автоматизации. Между количеством вещества, адсорбированного сорбентом и оставшегося в растворе, в разбавленных растворах наступает равновесие, подчиняющееся закону распределения.

Для количественной характеристики свойств сорбентов применяют следующие величины: полная, динамическая и рабочая (статическая) обменная емкость.

Полная обменная емкость (ПОЕ) определяется числом функциональных групп, способных к ионному обмену, в единице массы воздушно-сухого или набухшего сорбента и выражается в мг-экв/г или мг-экв/л. Она является постоянной величиной, которую указывают в паспорте ионита, и не зависит от концентрации или природы обменивающегося иона. ПОЕ может изменяться (уменьшаться) из-за термического, химического или радиационного воздействия. В реальных условиях эксплуатации ПОЕ уменьшается со временем вследствие старения матрицы ионита, необратимого поглощения ионов-отравителей (органики, железа и т. п.), которые блокируют функциональные группы.

Статическая (равновесная) обменная емкость (СОЕ)зависит от концентрации ионов в воде, рН и отношения объемов ионита и раствора при измерениях. Необходима для проведения расчетов технологических процессов.

Со– начальная концентрация элемента, моль/л;

Сравн– концентрация элемента в момент равновесия, моль/л;

V – объем пропускаемой пробы, л;

m – масса сорбента, г

Динамическая обменная емкость (ДОЕ) – важнейший показатель впроцессах водоподготовки. В реальных условиях многократного применения ионита в цикле сорбции-регенерации обменная емкость используется не полностью, а лишь частично.

Со – начальная концентрация элемента, моль/л;

V пр – объем пробы, пропущенный через ионит до появления ионов в фильтрате (т.е. до проскока), л;

m – масса сорбента, г

Полная динамическая обменная емкость (ПДОЕ)рассчитывается суммированием количеств поглощенного элемента из каждой порции пропущенного раствора:

Vф – общий объем раствора, пропущенный через сорбент до уравнивания концентраций ионов в фильтрате и исходном растворе, л;

Со– исходная концентрация элемента, моль/л;

Vn– объем порции фильтрата после появления ионов (проскока), л;

Сn– концентрация раствора в порции фильтрата после проскока, моль/л;

m – масса сорбента, г

Сорбция (от лат. sorbeo — поглощаю) — поглощение твёрдым телом либо жидкостью различных веществ из окружающей среды. Поглощаемое вещество, находящееся в среде, называют сорбатом (сорбтивом), поглощающее твёрдое тело или жидкость — сорбентом.

По характеру поглощения сорбата сорбционные явления делятся на два типа: адсорбцию — концентрирование сорбата на поверхности раздела фаз или его поглощение поверхностным слоем сорбента и абсорбцию — объёмное поглощение, при котором сорбат распределяется по всему объёму сорбента.

В свою очередь, различают два типа адсорбции — физическую адсорбцию, при которой повышение концентрации сорбата на поверхности раздела фаз обусловлено неспецифическими (то есть не зависящие от природы вещества) силами Ван-дер-Ваальса и химическую адсорбцию (хемосорбцию), обусловленную протеканием химических реакций сорбата с веществом поверхности сорбента. Физическая адсорбция слабоспецифична, обратима и её тепловой эффект невелик (единицы кДж/моль). Хемосорбция избирательна, обычно необратима и её теплота составляет от десятков до сотен (хемосорбция кислорода на металлах) кДж/моль.

Абсорбция

Лабораторный абсорбер. 1a): впуск CO₂; 1b):впуск H₂O; 2): выпуск; 3): абсорбционная колонна; 4): наполнитель.

Абсорбция в химии — физический или химический феномен или процесс, при котором атомы, молекулы или ионы входят в какоё-либо объёмное состояние — газ, жидкость или твёрдое тело. Это процесс, отличный от адсорбции, поскольку молекулы, подвергающиеся абсорбции, забираются по объёму, а не по поверхности (как происходит в случае с адсорбцией). Более общий термин — сорбция, который охватывает процессы абсорбции, адсорбции и ионного обмена. Абсорбция, в основном — это процесс, при котором что-то присоединяет другую субстанцию. [1]

Если абсорбция является физическим процессом, не сопровождаемым другими физическими или химическими процессами, она обычно подчиняется закону распределения Нернста:

> = \text = K_" width="" height="" />

Объём постоянной K_N зависит от температуры и называется коэффициентом распределения. Это равенство верно при условии, что концентрации не слишком велики и если молекулы "х" не меняют свою форму в любом другом из двух состояний. Если такая молекула подвергается ассоциации или диссоциации, тогда это равенство всё так же описывает равновесие между "х" в обоих состояниях, но только для той же формы — концентрации всех оставшихся форм должны быть рассчитаны с учетом всех остальных равновесий. [1]

В случае газовой абсорбции можно рассчитать концентрацию используя например Закон идеального газа, c = p/RT. В качестве альтернативы можно использовать парциальное давление вместо концентраций.

Во многих технологически важных процессах, химическая абсорбция используется вместо физического процесса, например абсорбция углекислого газа гидроксидом натрия — такие процессы не следуют закону распределения Нернста.

Для некоторых примеров этого эффекта можно рассмотреть экстракцию, при которой можно извлечь компонент из одной жидкой фазы раствора и перенести в другую без химической реакции. Примеры таких растворов — благородные газы и оксид осмия. [1]

СО́РБЦИЯ (от лат. sorbeo – по­гло­щать), 1) фи­зи­ко-хи­мич. про­цесс, в ре­зуль­та­те ко­то­ро­го про­ис­хо­дит по­гло­ще­ние твёр­дым те­лом или жид­ко­стью разл. ве­ществ из га­зо­вой фа­зы или жид­ко­го рас­тво­ра. По­гло­щаю­щее те­ло на­зы­ва­ет­ся сор­бен­том, по­гло­щае­мое – сор­бти­вом, по­гло­щён­ное – сор­ба­том. Раз­ли­ча­ют по­гло­ще­ние всем объ­ё­мом жид­ко­го сор­бен­та ( аб­сорб­ция ) ли­бо твёр­до­го те­ла или рас­пла­ва ( окк­лю­зия ), а так­же по­верх­но­ст­ным сло­ем сор­бен­та ( ад­сорб­ция ). С., обу­слов­лен­ная взаи­мо­дей­ст­ви­ем хи­мич. ти­па ме­ж­ду по­верх­но­стью твёр­до­го сор­бен­та и сор­бти­вом, на­зы­ва­ет­ся хе­мо­сорб­ци­ей . При С. па­ров твёр­ды­ми ве­ще­ст­ва­ми час­то про­ис­хо­дит ка­пил­ляр­ная кон­ден­са­ция (см. в ст. Ка­пил­ляр­ные яв­ле­ния ). Обыч­но про­те­ка­ет од­но­вре­мен­но неск. сорб­ци­он­ных про­цес­сов. Важ­ней­шие твёр­дые сор­бен­ты , при­ме­няе­мые в тех­ни­ке, – ак­ти­ви­ро­ван­ный уголь , си­ли­ка­гель , це­о­ли­ты , ио­ни­ты . С. ле­жит в ос­но­ве мн. при­род­ных и био­ло­гич. про­цес­сов, ис­поль­зу­ет­ся в гид­ро­ме­тал­лур­гии, хи­мич., неф­те­хи­мич., пи­ще­вой, фар­ма­цев­ти­че­ской и др. от­рас­лях пром-сти, для очи­ст­ки пром. вы­бро­сов и сточ­ных вод, при во­до­под­го­тов­ке, а так­же в ме­ди­ци­не (напр., спе­ци­фич. об­ласть при­ме­не­ния ио­ни­тов – эф­фе­рент­ная те­ра­пия).

Л.О. Штриплинг, Ф.П. Туренко
Основы очистки сточных вод и переработки твердых отходов
Учебное пособие – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2005. – 192 с.

5. Физико-химические процессы очистки сточных вод

5.3. Сорбция

Сорбция – это процесс поглощения одного вещества из окружающей среды другим веществом, твердым телом или жидкостью. Поглощающее тело называется сорбентом, а поглощаемое – сорбатом. В зависимости от механизма сорбции различают адсорбцию, абсорбцию, хемосорбцию и капиллярную конденсацию. Поглощение вещества всей массой жидкого сорбента называется абсорбция, а поверхностным слоем твердого или жидкого сорбента – адсорбция. Сорбция, сопровождающаяся химическим взаимодействием сорбента с поглощаемым веществом, называется хемосорбцией.

Сорбция представляет собой один из наиболее эффективных методов глубокой очистки от растворенных органических веществ сточных вод предприятий целлюлозно-бумажной, химической, нефтехимической, текстильной и других отраслей промышленности. Сорбционная очистка может применяться самостоятельно и совместно с биологической, как метод предварительной и глубокой очистки. Преимуществами этого метода являются возможность поглощения веществ из многокомпонентных смесей и высокая степень очистки, особенно слабо концентрированных сточных вод.

Сорбционные методы весьма эффективны для извлечения из сточных вод ценных растворенных веществ с их последующей утилизацией и использования очищенных сточных вод в системе оборотного водоснабжения промышленных предприятий. Адсорбция растворенных веществ — результат перехода молекулы растворенного вещества из раствора на поверхность твердого сорбента под действием силового поля поверхности. При этом наблюдаются два вида сил межмолекулярного взаимодействия:

— молекул растворенного вещества с молекулами (или атомами) поверхности сорбента;

— молекул растворенного вещества с молекулами воды в растворе (гидратация).

Разность этих двух сил межмолекулярного взаимодействия и есть та сила, с какой удерживается извлеченное из раствора вещество на поверхности сорбента. Чем больше энергия гидратации молекул растворенного вещества, тем большее противодействие испытывают эти молекулы при переходе на поверхность сорбента и тем слабее адсорбируется вещество из раствора.

Сорбционная очистка сточных вод наиболее рациональна, если в них содержатся преимущественно ароматические соединения, не электролиты или слабые электролиты, красители, непредельные соединения или гидрофобные (например, содержащие хлор или нитрогруппы) алифатические соединения. При содержании в сточных водах только неорганических соединений, а также низких одноатомных спиртов этот метод не применим.

В качестве сорбентов применяют различные искусственные и пористые природные материалы: золу, коксовую мелочь, торф, силикагели, алюмогели, активные гели и др. Эффективными и наиболее универсальными сорбентами являются активированные угли различных марок.

Минеральные сорбенты используют мало, т.к. энергия взаимодействия их с молекулами воды велика – иногда превышает энергию адсорбции. Пористость этих углей составляет 60-75 %, а удельная площадь поверхности 400-900 м 2 на единицу веса сорбента. Адсорбционные свойства активированных углей в значительной мере зависит от структуры пор, их величины, распределения по размерам. В зависимости от преобладающего размера пор активированные угли делятся на крупно- и мелкопористые, и смешанные. Поры по своему размеру подразделяются на три вида:

— макропоры – 0,1-2 мкм;

— переходные – 0,004-0,1 мкм;

— микропоры – 0,004 мкм.

Важно, чтобы угли обладали малой каталитической активностью по отношению к реакциям окисления, конденсации и др., т.к. некоторые органические вещества, находящиеся в сточных водах, способны окисляться и осмоляться. Эти процессы ускоряются катализаторами. Осмелившиеся вещества забивают поры адсорбента, что затрудняет его низкотемпературную регенерацию. Наконец, они должны иметь низкую стоимость, не уменьшать адсорбционную емкость после регенерации и обеспечивать большое число циклов работы.

Сырьем для активных углей может быть практически любой углеродсодержащий материал: уголь, древесина, полимеры, отходы пищевой, целлюлозно-бумажной и других отраслей промышленности. В табл. 1.2 представлены характеристики активированных углей.

Емкость микропор, см 3 /г

Основной размер зерен, мм

2 ; а_д – динамическая активность сорбента, кг/м 3 .

Процесс адсорбционной очистки сточной воды ведут при интенсивном перемешивании адсорбента с водой, при фильтровании воды через слой адсорбента или в псевдоожиженном слое на установках периодического и непрерывного действия. При смешивании адсорбента с водой используют активный уголь в виде частиц 0,1 мм и меньше. Процесс проводят в одну или несколько ступеней.

Обычно сорбционная установка представляет собой несколько параллельно работающих секций, состоящих из 3-5 последовательно расположенных фильтров. При достижении предельного насыщения головной фильтр отключается на регенерацию, а обрабатываемая вода подается на следующий фильтр. После регенерации головной фильтр включается в схему очистки уже в качестве последней ступени.

Статическая одноступенчатая адсорбция нашла применение в тех случаях, когда адсорбент очень дешев или является отходом производства. Более эффективно (при меньшем расходе адсорбента) процесс протекает при использовании многоступенчатой установки. При этом в первую ступень вводят столько адсорбента, сколько необходимо для снижения концентрации загрязнений от С_н до С_к, затем адсорбент отделяют отстаиванием или фильтрованием, а сточную воду направляют на вторую ступень, куда вводят свежий адсорбент.

Процесс сорбции в статических условиях осуществляется путем интенсивного перемешивания обрабатываемой воды с сорбентом в течение определенного времени и последующего отделения сорбента от воды отстаиванием или фильтрованием. При последовательном введении (рис. 1.33) новых порций сорбента в очищаемую воду можно очистить ее от загрязняющих веществ до любой концентрации. В основе расчета таких адсорбционных аппаратов с перемешивающими устройствами лежит уравнение материального баланса

где m – количество сорбента, кг, Q – количество обрабатываемых сточных вод, м 3 .

Решая это уравнение относительно m и учитывая зависимость (1.8), можно записать

Если процесс сорбции осуществляется по одноступенчатой схеме, то концентрация сорбата в сточной воде

Для расчета сорбционных установок необходимо иметь изотерму сорбции, знать константу адсорбции и задаваться требуемой степенью очистки, иначе говоря, величиной сорбата в обрабатываемой сточной воде.

Рис. 1.33. Схема сорбции с последовательным введением сорбента:

1, 2 – подача соответственно сточной воды и сорбента; 3 – резервуары с перемешивающим устройством; 4 – отстойники для отделения отработанного сорбента от сточной воды; 5 – выпуск обработанной сточной воды; 6 – выпуск отработанного сорбента

Если расчет величин ведется для технологической схемы с последовательным введением сорбента, то при двухступенчатой очистке

где С_2к – концентрация сорбата после второй ступени, кг/м 3 ; m₂ – количество вводимого сорбента, кг.

При числе ступеней n концентрацию сорбента после очистки определяют по формуле

Дозу сорбента, вводимого в каждую ступень m_n, подсчитывают по уравнению:

Общее количество сорбента m = n · m_n.

При проектировании сорбционных установок с противоточным введением сорбента концентрацию вещества в обработанной сточной воде после n ступеней находят по выражению

Здесь k_адс ≈ 0,7 — 0,8 – коэффициент распределения.

Расход сорбента, вводимого при использовании противоточной технологической схемы только в последнюю ступень установки, определяют по уравнению:

где

Число ступеней устанавливают по зависимости n = К – 1, где

Противоточные сорбционные установки (рис. 1.34) применяют значительно шире благодаря более экономичному расходованию сорбента.

Рис. 1.34. Схема сорбционной установки с противоточным введением сорбента:

1 – подача сточной воды; 2 – резервуар с перемешивающим устройством; 3 – отстойники для отделения отработанного сорбента от сточной воды; 4 – подача сорбента; 5 – выпуск отработанной сточной воды; 6 – резервуар для сбора сорбента; 7 – насосы для перекачки сорбента; 8 – выпуск отработанного сорбента

В динамических условиях процесс очистки проводят при фильтровании сточной воды через слой адсорбента. Скорость фильтрования зависит от концентрации растворенных веществ и колеблется от 2-4 до 5-6 м/ч через 1 м поперечного сечения колонны. Вода в колонне движется снизу вверх, заполняя все ее сечение. Адсорбент применяют в виде частиц размерами 1,5-5 мм. При более мелких зернах возрастает сопротивление фильтрованию жидкости. Уголь укладывают на слой гравия, уложенного на решетке. Во избежание забивки адсорбента сточная вода не должна содержать твердых взвешенных примесей.

В одной колонне при неподвижном слое сорбента процесс очистки ведут периодически до проскока, а затем адсорбент выгружают и регенерируют. При непрерывном процессе используют несколько колонн (рис. 1.35). По такой схеме две колонны работают последовательно, а третья отключена на регенерацию. При проскоке в средней колонне на регенерацию отключают первую.

Рис. 1.35. Схема сорбционной установки непрерывного действия:

I – подача сточной воды; II – отвод очищенной воды; III – подача пара;

1 – усреднитель; 2 – насос; 3 – фильтр; 4 – колонна; 5 – емкость

Скорость перемещения работающего слоя

где – скорость воды в колонне; a_ад – динамическая емкость адсорбента.

Длина работающего слоя

где μ – количество поглощенного вещества; S – площадь поперечного сечения слоя; β – коэффициент массопередачи; С_ср – средняя движущая сила адсорбции.

При небольших концентрациях загрязнений в сточной воде средняя движущая сила процесса может быть вычислена как средняя логарифмическая из движущих сил на концах адсорбера.

При относительно высоком содержании в сточной воде мелкодиспергированных взвешенных частиц, заиливающих сорбентов, а также в случае, если равновесие устанавливается медленно, рационально применять процесс с псевдоожиженным слоем сорбента. Псевдоожижение слоя возникает при повышение скорости потока сточной воды, проходящей снизу вверх, до такой величины, при которой зерна увеличившегося в объеме слоя начинают интенсивно и беспорядочно перемещаться в объеме слоя, сохраняющего постоянную для данной скорости высоту. Важнейшими показателями работы установки с псевдоожиженным слоем сорбента является относительная пористость

где W_сорб – объем частиц сорбента, образующих псевдоожиженный слой; W_п.сл – объем псевдоожиженного слоя.

В настоящее время применяют цилиндрические одноярусные адсорберы (рис. 1.36). Такой аппарат представляет собой колонну высотой около 4 м. Верхняя часть ее соединена с царгой, имеющей диаметр, в 2-2,5 раза больше диаметра основной колонны. В зависимости от диаметра колонны коническое днище имеет центральный угол 30°-60°. Непосредственно под коническим днищем устанавливается распределительная решетка с отверстиями 5-10 мм и шагом отверстий около 10 мм, на которую загружается активированный уголь с размером частиц 0,25-1 мм и преимущественным содержанием фракции 0,5-0,75 мм. Высота неподвижного слоя составляет 2,5-2,7 м.

Рис. 1.36. Цилиндрический одноярусный адсорбер:

1 – подача воды; 2 – цилиндрическая колонна; 3 – центральная труба с диффузором; 4 – царга; 5 – подача сорбента; 6 – выпуск обработанной сточной воды; 7 – сгуститель сорбента; 8 – выпуск отработанного сорбента;

9 – распределительная решетка

В нижнюю часть аппарата через центральную трубу, заканчивающуюся диффузором под решеткой, либо через боковой патрубок тройника, подсоединенного к конусному днищу, поступает сточная вода со скоростью, обеспечивающей относительное расширение слоя 1,5-1,6.Уголь равномерно подается в аппарат из бункера с автоматическим дозатором. Сорбент в виде 5-20 % суспензии поступает в верхнюю расширенную часть той же центральной трубы, по которой в колонну адсорбера подается сточная вода. В трубе эта вода смешивается с углем. Образовавшаяся суспензия поступает через диффузор под решетку, продавливается через ее отверстия и задерживается части псевдоожиженного слоя угля, который находится в колонне. Обработанная сточная вода отводится в кольцевой желоб верхней части царги.

Важнейшей стадией процесса адсорбционной очистки является регенерация активного угля. Адсорбированные вещества из угля извлекают десорбцией насыщенным или перегретым водяным паром либо нагретым инертным газом. Температура перегретого пара при этом (при избыточном давлении 0,3-0,6 МПа) равна 200-300°С, а инертных газов – 120-140 °С. Расход пара при отгонке легколетучих веществ равен 2,5-3 кг на 1 кг отгоняемого вещества, для высококипящих – в 5-10 раз больше. После десорбции пары конденсируют, и вещество извлекают из конденсата. Для регенерации углей может быть использована и экстракция (жидкофазная десорбция) органическими низкокипящими и легко перегоняющимися с водяным паром растворителями. При регенерации органическими растворителями (метанолом, бензолом, толуолом, дихлорэтаном и др.) процесс проводят при нагревании или без нагревания. По окончании десорбции остатки растворителей из угля удаляют острым паром или инертным газом. Для десорбции адсорбированных слабых органических электролитов их переводят в диссоциированную форму. При этом ионы переходят в раствор, заключенный в порах угля, откуда их вымывают горячей водой, раствором кислот (для удаления органических оснований) или раствором щелочей (для удаления кислот).

В некоторых случаях перед регенерацией адсорбированное вещество путем химического превращения переводят в другое вещество, которое легче извлекается из адсорбента. В том случае, когда адсорбированные вещества не представляют ценности, проводят деструктивную регенерацию химическими реагентами (окислением хлором, озоном или термическим путем). Термическую регенерацию проводят в печах различной конструкции при температуре 700-800 °С в бескислородной среде. Регенерацию ведут смесью продуктов горения газа или жидкого топлива и водяного пара. Она связана с потерей части адсорбента (15-20 %). Разрабатываются биологические методы регенерации углей, при которых адсорбированные вещества биохимически окисляются. Этот способ регенерации значительно удлиняет срок использования сорбента.

Сорбционная очистка может быть регенеративной, когда извлеченные вещества утилизируются, или деструктивной, когда извлеченные вещества уничтожаются. В зависимости от вида сорбционной очистки применяются различные методы регенерации сорбента или его уничтожения.

Для извлечения сорбированных веществ могут быть использованы:

— экстрагирование органическим растворителем;

— изменение степени диссоциации слабого электролита в равновесном растворе;

— отгонка адсорбированного вещества с водяным паром;

— испарение адсорбированного вещества током инертного газообразного теплоносителя.

В отдельных случаях осуществляют химическое превращение сорбированных веществ с последующей десорбцией.

Легколетучие органические вещества (бензол, нитробензол, толуол, этиловый спирт) десорбируют воздухом, инертными газами, перегретым паром. При этом температура воздуха должна быть 120-140 0 С, перегретого пара – 200-300 0 С, а дымовых или инертных газов 300-500 0 С. Расход пара на отгонку легколетучих веществ из активированного угля составляет 3-12 кг на 1 кг сорбированного вещества. В качестве десорбентов могут быть использованы низкокипящие легко перегоняющиеся с водяным паром органические растворители: бензол, бутилацетат, дихлорэтан, толуол и другие. Процесс десорбции осуществляется при нагревании или на холоде, затем растворитель отгоняется из сорбента острым водяным паром или теплоносителями.

При деструктивной очистке обычно применяют термические или окислительные методы. При применении термического метода следует учитывать потери сорбента (потери активированного угля составляют 5-10 %). Из затрат на сорбционную очистку 30-35 % составляют расходы на активированный уголь.

Читайте также:

  
• Олимпийские игры в берлине 1936 нарастание напряжения кратко
  
• Классическая и неклассическая теория познания кратко
  
• Сакубитрил механизм действия кратко
  
• Механические часы это кратко
  
• Убийство кубе в минске кратко