Промышленная очистка газов - Страус В.
Скачать (прямая ссылка):
Dy
Dn = ~<2 {1 — ехр(—2ги/ЗЛ)} (III.55)
^Де г — средний радиус пор; и — средняя скорость молекул (уравнение III.3); Z — внутренняя пористость твердых гранул.
157
Процесс адсорбции сопровождается выделением тепла. В случае чисто физической адсорбции выделяемое тепло равно теплоте конденсации. При химической адсорбции количество выделяющегося тепла больше. Удаление молекул с поверхности требует подвода тепла к поверхности для «выбивания» (испарения) молекул-В случае хемосорбции это может означать, что вместе с десорбирующимися молекулами могут быть удалены некоторые атомы твердого тела, что ведет к изменению природы поверхности. Это может привести к уменьшению или увеличению адсорбционной способности.
Уравнение (III.53) показывает, каким образом перенос молекул из объема газа зависит от размеров и формы молекул, пустот между гранулами и движущей силой. Последняя функция представляет собой разницу между концентрациями удаляемой примеси в. объеме газа и на поверхности твердого тела, которая в свою очередь зависит от достигнутой степени насыщения.
Уравнение (III.54) показывает зависимость коэффициента мае-сопереноса от скорости газа, а также от свойств газа-носителя к коэффициента диффузии адсорбируемого газа, тогда как коэффициент диффузии в порах [уравнение (III.55)] является в основном функцией внутренней пористости % и общего коэффициента диффузии. Чтобы определить, какая стадия — первая или вторая — влияет на скорость всего процесса, необходимо знание свойств всей системы, что возможно только в редких случаях. Поэтому практически нельзя избежать эмпирических методов проектирования. Здесь будут рассмотрены наиболее распространенные адсорбенты и газы» для очистки которых они используются, а также типы установок. Адсорбенты могут быть разделены на три группы: неполярные твердые вещества, где происходит в основном физическая адсорбция; {
полярные твердые вещества, где происходит химическая адсорбч ция без изменения химической структуры молекул газа и поверх-jl ности адсорбента; J
поверхности с чисто химической адсорбцией, которые десорбируют молекулы газа после химической реакции—-либо каталитиче-* ской, когда поверхность не претерпевает изменений, либо некаталитической с атомами адсорбента, причем требуется их замещение. <
Неполярные адсорбенты. Уголь
Единственным материалом в группе неполярных твердых ве-і ществ, имеющим промышленное значение, является уголь, состоящий практически полностью из нейтральных атомов одного вида Я имеющий поверхность с равномерным распределением зарядов на молекулярном уровне без градиента потенциалов. На такой поверхности не наблюдается преимущественная фиксация полярных молекул по сравнению с неполярными, поэтому углерод оказывается очень эффективным материалом для адсорбции неполярных орга-
158
этических молекул, особенно при температурах, близких к их точке кипения. Даже в присутствии ,паров ©оды в ,потоке газа будет происходить предпочтительная адсорбция органических молекул, поскольку полярные молекулы воды притягиваются гораздо сильнее друг к другу, чем к неполярной поверхности угля.
Таким образом, большие органические молекулы абсорбируются очень легко, меньшего размера органические и большого неорганические молекулы — менее легко, а неорганические молекулы весьма малого размера — еще хуже, молекулы газов с очень низкой температурой кипения («постоянные газы») адсорбируются очень плохо. Ниже [56] приведена классификация веществ в зависимости от легкости адсорбции на активированном угле (кора кокосовых орехов):
I группа веществ характеризуется высокой сорбируемостью (1 фунт угля поглощает в количестве до 50% своей массы);
II группа веществ — удовлетворительной сорбируемостью (поглощение -10-25%);
III группа веществ — слабой сорбируемостью;
IV группа веществ — низкой сорбируемостью.
В качестве примера можно привести следующие весьма распространенные вещества: к I группе относятся, например, уксусная кислота, спирты, бензол и толуол, этнлацетат, а также сигаретный дым, выхлопные- автомобильные газы и др.; ко II группе — ацетон, акролеин, хлор, сероводород, растворители, а также пары анестезирующих веществ и др.; к III группе—ацетальдегид и формальдегид, пропан и бутан, амины и др.; к IV группе — оксиды углерода, этилен и др.
Активированный уголь (часто называемый древесным углем, поскольку его получают из дерева) образуется при пирогенном разложении (пиролизе) подходящих сортов каменного угля или дерева в специальных ретортах. Сырьем могут быть также лигниты, битуминозные угли и скорлупа орехов. Один из самых чистых углей получают из Eucalyptus Marginata (Австралийская джарра); он отличается очень низким содержанием минеральных ,примесей. Промышленные активированные угли хорошего качества с очень большой эффективной поверхностью получают из скорлупы кокосовых орехов, обугленной при температуре около 1150 °С и затем активированной путем обработки водяным паром при 600 °С.
Основными параметрами, определяющими адсорбционную активность угля, являются площадь доступной поверхности и диаметр пор, определяющие возможность для адсорбируемых молекул достичь микроструктуры. Наиболее точным методом определения площади поверхности является метод адсорбции газа (метод БЭТ).
