Adszorpció Szilárd anyagok felületén történő komponensmegkötés (oldatokból és gázelegyekből) Szilárd felületen történő „sűrítés”

Az előadások a következő témára: "Adszorpció Szilárd anyagok felületén történő komponensmegkötés (oldatokból és gázelegyekből) Szilárd felületen történő „sűrítés”"— Előadás másolata:

1 Adszorpció Szilárd anyagok felületén történő komponensmegkötés (oldatokból és gázelegyekből) Szilárd felületen történő „sűrítés”

2

3 A kötőerők Kémiai~ Fizikai~ Van der Waals-féle kötőerők Kémiai kötőerők Kondenzációs hő reakcióhő Könnyebb deszorpció nehezebb deszorpció (reverzibilis) (irreverzibilis)

4 Az adszorpciónak kedvez:
az adszorbeálandó komponens nagy móltömege (kondenzációra való hajlam) - a magas kritikus hőmérséklet - a magas nyomás

5 A „jó” adszorbens Szelektív Nagy fajlagos felületű és Az adszorbens belső pórusai! „szelektivitás” = Ez teszi lehetővé a szétválasztást ( „tisztítást” )

6 Milyen a gyakorlat számára „jó” adszorbens
- szelektív Célunk a szétválasztás, „tisztítás” ! Az adott adszorbens tömeggel minél több „szennyeződést” szeretnénk megkötni - nagy fajlagos felület - nagy kapacitás (xDIN ) Az ágy nyomásvesztesége ( ΔpÁGY ) alacsony legyen - εTÖLTET nagy legyen Legyen jól (sok ciklusban) regenerálható xMARADÓ minél kisebb Kopásálló, szilárd, hőálló, stb. Olcsó

7 ? Az adszorpció ( statikus ) egyensúlyának leírása: „Az anyagpár”
Adott a megkötendő gázkomponens koncentrációja (parciális nyomása: pi) Adott: az adszorbens ? Az adszorbens által megkötött „mennyiség” = x, X: „telítettség, töltés, kapacitás”

8 Adszorpciós (statikus) egyensúlyi összefüggések, diagramokon:
izobárok izotermák izosztérák Parciális nyomás(pi) Egyensúlyi telítettség: X t1=állandó t [oC] X t2=állandó pi = állandó

9 Adszorpciós egyensúlyi izotermák:
Növekvő „t” Az adszorpciót döntő mértékben befolyásolja a megkötendő komponens és az adszorbens => az adszorpció „anyagpár függő” is. Adott,( „egy”) anyagpár

10 Az adszorpció (dinamikus ) egyensúlya
xDINAMIKUS adszorbens Az egyensúly beállására nincs elegendő idő (diffúziós gátlás, hőfelszabadulás, folyamatos üzem) => XDIN < XEGYENSÚLYI

11 Dinamikus adszorpció:
Az egyensúlyi (statikus) állapot elérésének akadálya: -A diffúzió sebessége véges -A hőfelszabadulás (hőelvezetés) nehezíti az izoterm állapot megközelítését Általában: A gyakorlatban értéke > (Tökéletlen regenerálás miatt)

12 Az adszorpció berendezése:
A tisztítandó gázelegy adszorber adszorbens Egy adszorbens szemcse vizsgálata

13 Határréteg 1.Anyagátmenet a határrétegen 2.Diffúzió a szemcse pórusaiban 3.Adszorpció (megkötődés),hőfelszabadulás Az adszorpció exoterm folyamat! 4.-5.Hőáram a gázfázis irányába

14 2.Anyagátmenet a szemcse pórusaiban
=> A diffúzió függ a pórusátmérőtől => az adszorpció is függ az adszorbens pórusméret eloszlásától

15 Az adszorbens felület „véges”:

16 xvég xkezdeti 3.Adszorpció (megkötődés), hőfelszabadulás
x: fajlagos adszorpció (kapacitás, telítettség, töltés) [g (adszorbeált tömeg) / g(adszorbens tömeg) ] Q: < az adszorptívum (egyensúlyi) koncentrációja, vagy parciális nyomása, a gázelegyben

17

18 GÁZ => a szemcse hőmérséklete nővekedik hőleadása a gáz felé Adszorpció =>hőfelszabadulás A felület telítődött => Adszorpció nincs =>hőfelszabadulás nincs => a szemcse hőmérséklete a gáz hőmérséklete felé tart

19 A tisztítandó gázelegy
adszorber Az adszorpciós ágy jellemzése: L Adszorbens ágy (töltet) 1. A hőmérséklet változása az ágy hossza mentén (L) 2. Koncentráció változás az ágy hossza mentén

20 1.Hőmérséklet lefutás (t) az adszorber működése közben (τ), ágy hossza mentén (L).( a folyamat adiabatikus ) tBE t L Adszorpciós zóna τ1 τ τ2 τ3 tKI

21 2. Koncentráció változás az ágy hossza mentén (Szakaszos adszorpció)
Használatlan adszorber hossz (HAH) H Gáz konc. Aktív zóna Telítődött réteg(H) Tömegarány!

22 τi+1 τi A (szakaszos) adszorpciós ciklus „vége”: Az „áttörés”
Használatlan réteg Aktív réteg Telítődött réteg

23 V[m3] Az áttörés értelmezése diagramon: Áttörés
A szakaszos adszorpció vége, a regenerálás kezdete

24 „Molekulasziták” : Me+(AlO2)x .(SiO2)y .mH2O
Egyforma, molekuláris méretű pórusok ( rácsüregek ) A kis méretű molekulák adszorbeálódnak

25 Kapilláris kondenzáció: kondenzáció a telítési nyomásnál kisebb nyomás esetén! A pórusokban folyadékfázis jelenik meg. Az adszorpcióra kedvező, a deszorpcióra nem. => hiszterézis Pórus

26 Az adszorpció előnyei:
-Kis koncentrációban jelenlevő komponensek megkötésére is alkalmas -Energiaigénye kicsi ( környezeti hőmérsékleten üzemel) -Hőérzékeny anyagok leválasztására is használható - Folyadékok és gázok esetén is alkalmazható

27 hátrányai: -Az adszorbens telítődése miatt szakaszos művelet -A regenerálási ciklusok száma korlátozott (porlódás, „öregedés” ) -A regenerálás újabb környezetvédelmi gondot okozhat -Az elhasználódott adszorber-tömeg elhelyezése -A gáz előtisztítását igényli

28 Alkalmazása rendkívül gyakori:
VOC megkötés Véggáztisztítás ( H2S, SOX ), szagtalanítás víztisztítás fémgőz leválasztás csírátlanítás katalízis

29

30

31

32

33 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

34 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 )

35 Az adszorbens ágy nyomásesése:
Gáz átáramlás rendezetlen halmazon lamináris áramlás esetén: (Carman-Kozeny)

36 Gáz (gőz) elegy A szennyező pl. benzin Adszorpció Deszorpció

37

38

39

40

41

42

43