| Дәріс 12. Адсорбция.
Дәріс жоспары.
1. Жалпы түсінік. Адсорбенттердің түрлері.
2. Адсорбциядағы тепе-тендік.
3. Адсорберлердің түрлері.
Газ қоспаларынан газды (буды) немесе ертіндіден еріген затты кеуекті қатты заттармен (адсорбентпен) сіңіру процесі адсорбция деп аталады. Сіңірілетің зат адсорбат деп аталады. Адсорбция процесі сұрыптаушылығы және қайтымдылығымен ерекшеленеді. Әрбір сіңіргіш қатты зат белгілі бір заттарды сіңіріп, ал қалғандарын сіңірмейтің (немесе өте аз мөлшерде сіңіреді) қасиетке ие болуы оның сұрыптаушылығын анықтайды. Сіңірілген зат барлық уақытта десорбция процесі арқылы сіңіргіштен ажыратылып алыну қасиеті оның қайтымдылығын анықтайды.
Адсорбция процесі өндірісте газдарды құрғатуда және тазалауда, ерітінділерді тазалауда және мөлдірлендіруде, булы немесе газды қоспаларды ажыратуда (мысалы, ауадағы ұшқыш еріткіштерді немесе газдарды) және т.б. кеңінен қолданылады.
Адсорбция екі түрлі болады: физикалық және химиялық (хемосорбция).
Физикалық адсорбция адсорбат және адсорбент молекулаларының арасындағы Ван-дер-Ваальс күші әсерінен өзара тартылуы нәтижесінде өтеді де, химиялық әрекеттеспейді.
Химиялық адсорбцияда сіңірілетің зат молекулалары арасында химиялық байланыс болады.
Булар сіңірілгенде адсорбент кеуектері будың конденсатымен (сұйықпен) толтырылады (капилярлық конденсация).
Адсорбент ретінде заттың массасының бірлігінде үлкен меншікті бетке ие болатын кеуекті қатты заттар пайдалынады. Адсорбенттердің кеуектерінің (капиллярлық каналдарының) диаметрі бойынша макрокеуектер (d210-4 мм), өтпелі кеуектер (d = 610-6 210-4 мм) және микрокеуектер (d 6 10-6 мм) болып бөлінеді. Адсорбция процесі кеуектер өлшемдерімен анықталады.
Макрокеуектердің меңшікті беті аз, сондықтан олардың қабырғасына өте аз зат сіңіріледі. Олар сіңірілетің молекулалар үшін тасымалдау канал ролін атқарады.
Өтпелі кеуектердің өлшемдері сіңірілетің молекулалар өлшемдерінен үлкен болады және адсорбция процесінде заттың қабаттары пайда болады. Қабаттың қалындығы бір молекулаға (мономолекулалық алсорбция) бірнеше молекулаға (полимолекулалық адсорбция) тең болуы мүмкін.
Микрокеуектердің өлшемдері сіңірілетің заттың молекуласына жақын болады және адсобцияда олардың көлемі толтырылады. Осының салдарынан микрокеуектердің бетіңде сіңірілген заттың қабаты болады деген болжамның физикалық мәні болмайды.
Адсорбенттер олардың масса немесе көлем бірлігіндегі адсорбаттың концентрациясымен анықталатын, сіңіргіштік қабілетімен (активтігімен) сипатталады.
Сіңіргіштік қабілеті температураға, қысымға және сіңірілетін заттын концентрациясына байланысты болады.
Адсорбенттер статикалық және динамикалық сіңіргіштігпен сипатталады.
Біраз уақыт жұмыс істегеннен кейін адсорбент сіңірілетін затты толығымен сіңіре алмайды. Сондықтан адсорбент қабатынан сіңірілетін заттың өтуі байқала бастайды. Осы сәттен бастап сіңірілетің заттың аппараттан шығатын газды қоспадағы концентрациясы тепе-тендік орныққанға дейін көбейеді.
Адсорбция басталғаннан сіңірілетін заттын өтуіне дейінгі уақыт аралығында адсорбенттің масса (немесе көлем) бірлігімен сіңірілген заттың мөлшері, оның динамикалық сіңіргіштігін анықтайды.
Адсорбция басталғаннан тепе-тендік орныққанға дейнгі уақыт аралығығында адсорбенттің масса (немесе көлем) бірлігімен сіңірілген заттың мөлшері, оның статикалық сіңіргіштігін анықтайды.
Динамикалық сіңіргірштік барлық уақыт статикалық сіңіргіштен аз болады, сондықтан адсорбент мөлшері динамикалық сіңіргіштігі бойынша анықталады.
Өндірісте кеңінен қолданылатын адсорбенттер:
Силикагель – кремний қышқылының гелі. Меншікті беті – 400770 м2/г. Түйіршіктер өлшемі 0,27 мм; үйінді тығыздығы - 100800 кг/м3. Силикагель негізінен газдарды құрғату үшін қолданылады. Артықшылығы: жанбайтындығы, механикалық беріктігі.
Активті көмір – құрамында көмірі бар заттар (қазынды көмір, ағаш, сүйектер және т.б.) құрғақ айдау жолымен алынады. Меншікті беті – 6001700 м2/г. Түйіршіктер өлшемі 15 мм; үйінді тығыздығы - 350450 кг/м3 . Әрекетті көмірлер органикалық заттарды жақсы сіңіреді. Кемшілігі: жанғыштығы, сондықтан жоғары температураларда пайдалануға болмайды.
Цеолит. Адсорбент ретінде негізінен синтетикалық цеолиттер қолданылады. Цеолиттердің кеуктері жүқа оның қимасы млекула өлшеміне жақын болады; кеуктердің өлшемі біркелкі. Цеолиттердің суды сіңіргіштік қабілеті жоғары, сондықтан, газдарды және сұйықтарды құрғатуда, тазалауға қолданылады. Түйіршіктер өлшемі - 25 мм.
Адсорбция процестерің өткізуге арналған адсорберлердің төмендегі түрлері болады:
1) адсорбент қабаты қозғалмайтын;
2) адсорбент қабаты қозғалмалы (жылжымалы);
3) адсорбент қабаты жалған сұйылған.
Адсорбент қабаты қозғалмайтын адсорберлердің құрылымы қарапайым болып, мерзімді әрекетте жұмыс істейді.
Мұндай аппараттар мерзімді әрекетте жұмыс істейді және процес төрт сатыдан құралады:
Адсорбция;
Десорбция (адсорбентті су буымен регенерациялау);
Адсорбентті құрғату (ыстық ауамен);
Адсорбентті суыту (суық ауамен).
Үздіксіз әрекетті қондырғы кемінде екі аппараттан құралады: Біреуінде адсорбция, ал еіншісінде десорбция өткізіледі. Аппараттарды ауыстырып қосу автоматтандырылған.
Өзін-өзі тексеру сұрақтары
1. Адсорбция процесі дегеніміз не? 2. Адсорбция процесінің қозғаушы күші не? 3 Адсорбциялау аппараттарының жіктелуін түсіндір. Адсорбциялық аппаратының конструкциясы қандай?
Ұсынылатын әдебиет: 4.1.1. 233-269 бет
4.1.1. Ә. Ақбердиев, М.М. Молдабеков Химиялық технологияның негізгі процестері және аппараттары. 1 бөлім. Алматы. 1993 ж., 302 бет
Достарыңызбен бөлісу: | 
