Равновесие и массопередача при адсорбции

Обозначим концентрацию адсорбтива в адсорбенте через х, а концентрацию адсорбтива в поглощаемом газе (жидкости) — через у. Тогда уравнение равновесия между концентрациями вещества в фазах в общем виде будет иметь вид

где х_р — концентрация адсорбтива в адсорбенте, равновесная с концентрацией адсорбтива в поглощаемой газовой (жидкой) фазе.

Конкретный вид функции зависит от свойства адсорбента и адсорбтива, а также от температуры и давления.

Различают периодическую и непрерывную адсорбцию. Рассмотрим периодический процесс, когда в слой адсорбента, не содержащий вначале адсорбтива, поступает и движется с идеальным вытеснением поток газа (жидкости) с некоторым начальным содержанием адсорбтива (поглощаемого вещества). Через некоторый промежуток времени на фронтальном участке слоя адсорбента, вследствие резкого падения движущей силы, поглощение адсорбтива практически прекращается и поток «проскакивает» через этот участок без изменения концентрации. Изменение фронта адсорбции во времени представлено на рис. 9.1.

Рис. 9.7. Изменение фронта адсорбции по длине неподвижного слоя 2.

во времени

Время работы слоя до насыщения фронтального участка называется периодом формирования фронта адсорбции.

По окончании первого периода т, формирования фронта адсорбции начинается второй период т₂ параллельного переноса стационарного фронта адсорбции с некоторой скоростью U.

Участок слоя адсорбента длиной 2₀, на котором происходит падение концентрации адсорбтива в потоке от начальнойу" до нулевой, называют работающим слоем, или зоной массопередачи.

Соответствующий ему период времени называется временем защитного действия.

где U — скорость перемещения фронта адсорбции; т₀ — период времени защитного действия.

Количество вещества М, поглощаемое в зоне массопередачи, невозможно рассчитать из уравнения массопередачи, так как поверхности контакта фаз практически неопределимы. Поэтому используют уравнения массопередачи, выраженное через объем V₀:

где K_yV—объемный коэффициент массопередачи; т — время прохождения фронта адсорбции по зоне массопередачи; Ду_ср — движущая сила процесса.

Объемный коэффициент массопередачи определяют из уравнения.

где и — объемные коэффициенты массоотдачи в газовой (жидкой) и твердой фазе соответственно.