A kötőerők
Adszorpció Szilárd anyagok felületén történő komponensmegkötés (oldatokból és gázelegyekből) Szilárd felületen történő „sűrítés”
Kémiai~
Fizikai~ Van der Waals-féle kötőerők
Kémiai kötőerők
Kondenzációs hő
reakcióhő nehezebb deszorpció
Könnyebb deszorpció (reverzibilis)
(irreverzibilis)
A „jó” adszorbens
Az adszorpciónak kedvez: -az adszorbeálandó komponens
Nagy fajlagos felületű
és
Szelektív
nagy móltömege (kondenzációra való hajlam) - a magas kritikus hőmérséklet - a magas nyomás
Az adszorbens belső pórusai!
„szelektivitás” =
Ez teszi lehetővé a szétválasztást ( „tisztítást” )
Milyen a gyakorlat számára „jó” adszorbens - szelektív - nagy fajlagos felület - nagy kapacitás (xDIN ) - εTÖLTET nagy legyen xMARADÓ minél kisebb
Az adszorpció ( statikus ) egyensúlyának leírása: „Az anyagpár”
Célunk a szétválasztás, „tisztítás” ! Az adott adszorbens tömeggel minél több „szennyeződést” szeretnénk megkötni Az ágy nyomásvesztesége ( ∆pÁGY )
Adott a megkötendő gázkomponens koncentrációja (parciális nyomása: pi)
Adott: az adszorbens
alacsony legyen Legyen jól (sok ciklusban) regenerálható
?
Az adszorbens által megkötött „mennyiség” X: „telítettség, töltés, kapacitás”
Kopásálló, szilárd, hőálló, stb.
⎛
Olcsó
= x,
[x] = ⎜⎜ m ⎝
3
ADSZORBEÁLT _ GÁZ
kg ADSZORBENS
,
kg ADSZORBEÁLT _ GÁZ kg ADSZORBENS
⎞ ,% ⎟ ⎟ ⎠
1
Adszorpciós (statikus) egyensúlyi összefüggések, diagramokon: izobárok
izotermák
Adszorpciós egyensúlyi izotermák:
izosztérák
ndó álla ndó álla = t2
X
„t”
=
t 1=
öv ek vő
pi d an áll ó
Egyensúlyi telítettség: X
N
Az adszorpciót döntő mértékben befolyásolja a megkötendő komponens és az adszorbens => az adszorpció „anyagpár függő” is.
t [oC]
Parciális nyomás(pi)
Adott,( „egy”) anyagpár
Az adszorpció (dinamikus ) egyensúlya
Dinamikus adszorpció: Az egyensúlyi (statikus) állapot elérésének akadálya: -A diffúzió sebessége véges -A hőfelszabadulás (hőelvezetés) nehezíti az izoterm állapot megközelítését Általában:
adszorbens
xDINAMIKUS
Az egyensúly beállására nincs elegendő idő (diffúziós gátlás, hőfelszabadulás, folyamatos üzem)
⎡ xDIN ⎤ ⎢ x ⎥ ≅ 0,6...0,9 ⎣ ST ⎦
A gyakorlatban
=> XDIN < XEGYENSÚLYI
Az adszorpció berendezése:
A tisztítandó gázelegy
xDIN
értéke >
xKIHASZNÁLHATÓ
(Tökéletlen regenerálás miatt)
eg rét tár a H
1.Anyagátmenet a határrétegen 2.Diffúzió a szemcse pórusaiban
adszorber
3.Adszorpció (megkötődés),hőfelszabadulás adszorbens
Az adszorpció exoterm folyamat! 4.-5.Hőáram a gázfázis irányába
Egy adszorbens szemcse vizsgálata
2
2.Anyagátmenet a szemcse pórusaiban Az adszorbens felület „véges”:
⎡ Megkötött _ mennyiség ⎤ ⎢ Adszorbens _ tömeg ⎥ ⎣ ⎦
=> A diffúzió függ a pórusátmérőtől => az adszorpció is függ az adszorbens pórusméret eloszlásától
3.Adszorpció (megkötődés), hőfelszabadulás
xvég xkezdeti
x: fajlagos adszorpció (kapacitás, telítettség, töltés) [g (adszorbeált tömeg) / g(adszorbens tömeg) ]
GÁZ
Q: < az adszorptívum (egyensúlyi) koncentrációja, vagy parciális nyomása, a gázelegyben
A tisztítandó gázelegy Adszorpció =>hőfelszabadulás => a szemcse hőmérséklete nővekedik hőleadása a gáz felé A felület telítődött
=> Adszorpció nincs
=>hőfelszabadulás nincs => a szemcse hőmérséklete a gáz hőmérséklete felé tart
adszorber Az adszorpciós ágy jellemzése: Adszorbens ágy (töltet)
1. A hőmérséklet L változása az ágy hossza mentén (L)
2. Koncentráció változás az ágy hossza mentén
3
1.Hőmérséklet lefutás (t) az adszorber működése közben
2. Koncentráció változás az ágy hossza mentén (Szakaszos adszorpció)
(τ), ágy hossza mentén (L).( a folyamat adiabatikus )
Használatlan adszorber hossz (HAH)
tBE L Adszorpciós zóna
X REGENERÁLT
YKI
H
YKI
τ1 Aktív zóna
τ2
τ
τ3
Telítődött réteg(H)
Gáz konc.
t tBE
YBE ⎡ inert [kg ]⎤ YBE G& T ⎢ ⎡ adszorbeál ódó [kg ]⎤ ⎣ sec ⎥⎦ YBE ⎢ ⎥
tKI
⎣ inert _ gáz [kg ] ⎦
A (szakaszos) adszorpciós ciklus „vége”: Az „áttörés”
YKI 〈YMEGENGEDETT
Tömegarány!
Az áttörés értelmezése diagramon:
τi+1
τi
Használatlan réteg ≅ 0
X EGYENSÚLYI
YKI 〉YMEGENGEDETT
YKI
Aktív réteg
YKI ( MEGENGEDET T ) Áttörés
V[m3]
Telítődött réteg A szakaszos adszorpció vége, a regenerálás kezdete
YKI
YMEGENGEDETT
„Molekulasziták” : Me+(AlO2)x .(SiO2)y .mH2O Egyforma, molekuláris méretű pórusok ( rácsüregek )
YKI
Kapilláris kondenzáció: kondenzáció a telítési nyomásnál kisebb nyomás esetén! A pórusokban folyadékfázis jelenik meg. Az adszorpcióra kedvező, a deszorpcióra nem. => hiszterézis Pórus
A kis méretű molekulák adszorbeálódnak
p2 − p1 =
2σ rPÓRUS
4
Az adszorpció előnyei: hátrányai: -Kis koncentrációban jelenlevő komponensek megkötésére is alkalmas
-Az adszorbens telítődése miatt szakaszos művelet
-Energiaigénye kicsi ( környezeti hőmérsékleten üzemel)
-A regenerálási ciklusok száma korlátozott (porlódás, „öregedés” )
-Hőérzékeny anyagok leválasztására is használható
-A regenerálás újabb környezetvédelmi gondot okozhat
- Folyadékok és gázok esetén is alkalmazható
-Az elhasználódott adszorber-tömeg elhelyezése -A gáz előtisztítását igényli
Alkalmazása rendkívül gyakori: VOC megkötés Véggáztisztítás ( H2S, SOX ), szagtalanítás víztisztítás fémgőz leválasztás csírátlanítás katalízis
5
Deszorpció A szilárd anyag, ( adszorbens ) felületéről történő megkötött komponens eltávolítása. Megvalósítási lehetőségei: 1 .A telített réteg felhevítése meleg levegővel, vízgőzzel….a megkötőképesség csökken ( Egyensúly, Le Chatlier _ Braun ) 2. Nyomáscsökkentéssel: 3. Öblítőgázas: Az elnyelt komponenst nem tartalmazó gázzal való átfúvatás. 4.Csereadszorpció: A megkötött komponens kiszorítása az adszorbensen jobban kötődő komponenssel
Regenerálás: A telített adszorbens üzemképes ( adszorpcióra képes ) állapotba hozása.
Reaktiválás: A használat során lecsökkent aktivitású adszorbens aktivitásának helyreállítása. ( Nem üzemi feladat, pl. aktív szén, 900 oC, O2 szegény környezet )
Gáz (gőz) elegy A szennyező pl. benzin
Adszorpció Deszorpció
6
7
