Кинетика процесса адсорбции

Скорость адсорбции в общем виде определяется уравнением массопередачи

K – коэффициент массопередачи, C и C* – рабочая и равновесная концентрация.

Адсорбция складывается из следующих стадий:

1. Внешняя диффузия, т.е. диффузия молекул вещества из объёма к внешней поверхности абсорбента через окружающую плёнку.
2. Внутренняя диффузия, т.е. диффузия молекул вещества от внешней поверхности по порам к его эффективной адсорбирующей поверхности
3. Сорбция вещества на сорбирующей поверхности.

Последняя стадия – сорбция – считается почти мгновенной и не влияет на общую скорость процесса.

В случае адсорбции коэффициент массопередачи:

β_г – коэффициент массопередачи в газовой фазе (жидкой), β_т – коэффициент внутреннего массопереноса.

Коэффициент массопередачи при внешней диффузии β_г учитывай перенос вещества к поверхности адсорбента в результате молекулярной и конвективной диффузии. На этот процесс существенное влияние оказывает гидравлический режим в жидкой или газовой фазе.

Вопрос об относительном влияния внешней и внутренней диффузии в каждом конкретном случае требует специального изучения. Как правило, при адсорбции крупнопористым адсорбентом сравнительно небольших молекул основное влияние оказывает внешняя диффузия. При использовании мелкопористых абсорбентов при абсорбции крупных по размеру молекул лимитирует скорость процесса внутренняя диффузия. Замечено также, что при первой стадии адсорбции лимитирующей стадией является внешняя диффузия, а при насыщении – внутренняя.

Наибольшее применение в промышленности получили адсорбционные установки периодического действия, состоящие из нескольких одинаковых аппаратов, любой из которых может отключаться в любой момент для регенерации. Рабочий цикл каждого аппарата состоит из трёх стадий:

1. Насыщение адсорбента

2. Десорбция поглощенного вещества

3. Охлаждение адсорбента

Адсорберы периодического действия представляют собой вер­тикальные или горизонтальные ци­линдры, снабженные решетками, на которых располагается адсорбент. В аппаратах предусмотрены штуцеры для входа и выхода исходной и очищенной смеси, а также десорби­рующего газа или водяного пара. Однако в аппаратах периодического действия адсорбент используется не полностью.

Этот недостаток исключен в адсорберах непрерывного действия с движущимся или «кипящим» слоем адсорбента. Последний непрерывно поступает сверху вниз навстречу потоку разделяемой смеси, проходит десорбер, затем поступает в бункер, а оттуда через холодильник возвращается в адсорбер.