Равновесие при адсорбции и материальный баланс

Количество вещества, адсорбированное единицей массы или объема данного поглотителя при достижении состояния равновесия зависит от температуры и концентрации поглощаемого вещества в парогазовой смеси или растворе. Соответственно зависимость между равновесными концентрациями фаз при адсорбции имеет вид

, (3-26)

или при постоянной температуре

, (3-27)

где: - относительная концентрация адсорбтива в адсорбенте, равновесная с концентрацией адсорбтива в газовой или жидкой фазе, кг адсорбтива/кг адсорбента;

- относительная концентрация адсорбтива, кг/кг носителя газовой смеси или раствора.

Концентрация поглощаемого компонента может быть заменена его парциальным давлением растворов парогазовой смеси, тогда: .

Представленные две зависимости представляют собой выраженные в самом общем виде уравнения линии равновесия при адсорбции, или изотермы адсорбции.

Несмотря на сложность и своеобразие процесса, основные закономерности для процесса адсорбции имеют сходство с закономерностями абсорбционного процесса. Так, для адсорбции будет справедливо, как и для абсорбции уравнение материального баланса:

, (3-28)

где: - начальное содержание сорбтива, отнесенное к единице веса сорбента; - конечное содержание сорбтива, по окончании цикла работы аппарата.

Следует иметь в виду, что при проведении процесса адсорбции адсорбент находится чаще всего в неподвижном состоянии, а газ профильтровывается через слой адсорбента. В этом уравнении под следует понимать не часовой расход адсорбента, а количество его, которое загружено в аппарат.

В последнее время стали применять адсорберы непрерывного действия, в которых адсорбент движется навстречу газовой смеси. В этом случае уравнение вполне идентично уравнению материального баланса процесса абсорбции.

Количество адсорбированного вещества за время может быть по аналогии с процессом абсорбции найдено из уравнения

, (3-29)

где - коэффициент адсорбции; -поверхность адсорбента, м²; - движущая сила выражаемая разностью концентраций.

Величину коэффициента адсорбции рассчитывают, используя известное уравнение критериальной зависимости между диффузионными критериями Нуссельта и Прандтля:

. (3-30)

Величину коэффициента и показателей степеней и определяют экспериментально. Так при поглощении паров активированным углем при ориентировочных расчетах можно принять:

. (3-31)

Из уравнения (3-29) можно определить необходимую поверхность адсорбента и расход адсорбента. Далее рассчитываются размеры аппарата, для которого была подобрана требуемая поверхность массообмена.