Курсовая работа: Адсорбер периодического действия с неподвижным зернистым слоем адсорбента. Технологическая схема для улавливания паров этилового спирта из воздуха
Для оценки процесса используется величина, называемая удельной адсорбцией (α) – это количество вещества в молях, поглощенное 1 см2 поверхности адсорбента при достижении равновесия в данных условиях. Определяется по формуле:
,
где α – удельная адсорбция, моль/см2 ;
n – число молей адсорбата;
S – поверхность адсорбента, см2 .
Так как очень сложно определить площадь адсорбента, то вместо поверхности используется его масса, т.е.
,
где m – масса адсорбата, г;
С0 – начальная концентрация адсорбтива в растворе, моль/л;
Ср – равновесная концентрация адсорбтива в растворе после адсорбции;
V – объем, м3 /л.
В тех случаях когда адсорбат находится в газообразной форме, то его концентрацию можно вычислить:
где Рi – парциальное давление извлекаемого компонента.
С увеличением температуры газовая адсорбция при постоянном давлении уменьшается, а при уменьшении температуры газовая адсорбция увеличивается. В отличии от газовой адсорбции при адсорбции из растворов повышение температуры наоборот вызывает усиление адсорбции растворенного вещества.
Сам процесс протекает за счет понижения поверхностного натяжения на границе раздела фаз. Поверхностное натяжение растворов зависит от природы растворителя и от температуры протекания процесса. Растворенные вещества или понижают поверхностное натяжение растворителя, и в таком случае их называют поверхностно-активными веществами (ПАВ), или повышают поверхностное натяжение, и в таком случае их называют поверхностно-инактивными веществами , или не влияют на величину поверхностного натяжения растворителя. В водных растворах поверхностно-активны полярные органические соединения (спирты, кислоты, амины, фенолы). Поверхностно-инактивные большинство сильных электролитов. ПАВ делятся на две группы:
1) истинно растворимые в воде – представляют собой дифильные молекулы с короткими углеводородными радикалами;
2) мицеллярные коллоиды - представляют собой дифильные молекулы с длинным углеводородным радикалом, малорастворимые в воде.
Разность концентраций растворенного вещества в поверхностном слое внутри объема раствора называют поверхностным избытком этого вещества и обозначают греческой буквой Г («гамма»). ПАВ положительно адсорбируются в поверхностном слое и, следовательно, для них Г>0, так кА приводит к уменьшению поверхностного натяжения. Напротив, поверхностно-инактивные вещества адсорбируются отрицательно, т.е. их концентрация в поверхностном слое меньше, чем в объеме раствора (Г<0). При этом поверхностное натяжение несколько возрастает в результате того, что в растворах сильных электролитов поверхностные молекулы воды втягиваются внутрь раствора с большей силой, чем в чистой воде. В насыщенных молекулярных поверхностных слоях молекулы ПАВ правильно ориентированны своей полярной группой к полярной фазе (например, воде), а неполярным углеводородным радикалом – к неполярной фазе (например, воздух), образуя подобие частокола.
Адсорбционные процессы описываются уравнениями, которые связывают (α), концентрацию вещества (С) в жидкой или газообразной фазе и давление (Р) в газообразной фазе.
На изотерме можно выделить три участка в области малых концентраций адсорбата на поверхности адсорбента (I) – количество адсорбционного вещества растет пропорционально его концентрации или давлении. В этой области удельная адсорбция (α) описывается уравнением генри:
или 
,
где 
- предельное количество адсорбата; 
- постоянные адсорбции
Степень заполнения поверхности адсорбента находится по формуле:
При дальнейшем увеличении концентрации (давления) количество адсорбированного вещества увеличивается, но в меньшей степени (участок II).При достаточно высоких концентрациях (давления) количество адсорбированного вещества не изменяется с повышением концентрации, и кривая становится параллельной оси абсцисс (участок III), что соответствует насыщению поверхности адсорбента молекулами адсорбируемого вещества.
Изотерма адсорбции газообразных веществ при высоких давлениях представлена на рисунке 1.
Рис. 1 - Изотерма адсорбции при высоких давлениях