Сорбентами

Явление адсорбции заключается в поглощении паров, газов или рас-

творенных веществ поверхностью твердых поглотителей (адсорбентов).

Такими поглотителями могут быть активированный уголь, силикагель,

алюмогель, губчатая платина и др. Все эти вещества характеризуются ка-

пиллярно-пористой структурой, вследствие чего они обладают весьма раз-

витой внутренней поверхностью капилляров, достигающей нескольких сот

и даже тысяч квадратных метров на 1 кг массы вещества.

Механизм процесса осушения воздуха при прохождении через слой

адсорбента заключается в следующем. Известно, что когда смачивающая

жидкость частично заполняет капиллярный канал, мениск жидкости в ка-

пилляре приобретает вогнутую форму. Парциальное давление паров на во-

гнутой поверхности мениска меньше парциального давления паров над

плоской поверхностью жидкости. Поскольку парциальное давление водя-

ного пара в воздухе, окружающем капиллярное тело, выше, чем на вогну-

той поверхности мениска, то образующаяся разность потенциалов вызыва-

ет перенос пара из окружающего воздуха в капилляр. В капиллярном кана-

ле пар претерпевает фазовое превращение и переходит из газообразного

состояния в жидкое. Таким образом, при прохождении осушаемого возду-

ха через слой адсорбента происходит явление капиллярной конденсации,

обусловленное наличием в капиллярах некоторого количества жидкости,

необходимого для образования вогнутого мениска.

В технике кондиционирования воздуха широко применяется силика-

гель SiО2, представляющий собой зернистое стекловидное вещество, полу-

чаемое путем обработки жидкого стекла минеральной кислотой. Для осу-

шения воздуха обычно применяют силикагель с размерами зерен от 1 до

3 мм. Силикагель обладает высокой гидрофильностью. Его адсорбирую-

щая способность зависит от температуры осушаемого воздуха: с повыше-

нием температуры воздуха способность поглощения влаги силикагелем

уменьшается.

При длительном пребывании в воздухе, обладающем неизменяющи-

мися параметрами, силикагель приобретает равновесное с ним состояние,

характеризующееся определенным значением влагосодержания g, выра-

женным в г/кг сухого силикагеля.

При определенном влагосодержании воздуха равновесное состояние

силикагеля тем ниже, чем выше температура воздуха, поэтому применять

силикагель для осушения воздуха при температурах выше 35 °С нецелесо-

образно.

Для осушения воздуха также можно использовать алюмогель А1₂О₃.

Алюмогель рекомендуется применять для осушения воздуха с температу-

рой не выше 25 °С. Алюмогель имеет более низкую поглотительную спо-

собность как адсорбент по сравнению с силикагелем. Размеры зерен алю-

могеля колеблются от 1 до 3 мм. В связи с резким снижением адсорбцион-

ной способности алюмогеля с повышением температуры в толще его слоя

иногда прокладывают змеевики, по которым пропускают холодную воду,

охлаждающую алюмогель. Это мероприятие способствует повышению по-

глотительной способности слоя адсорбента в процессе его использования.

При адсорбции конденсация влаги в капиллярах сопровождается вы-

делением удельной теплоты испарения и удельной теплоты смачивания.

Полная удельная теплота адсорбции составляет 2930 кДж/кг, из которых около 420 кДж/кг составляет удельная теплота смачивания. Выделяющаяся теплота адсорбции повышает температуру как слоя адсорбента, так и осушаемого воздуха. Наибольшее повышение температуры адсорбента наблюдается в той его части, в которой в данный момент происходит поглощение влаги. При этом по мере смещения зоны адсорбции в том же направлении происходит и смещение зоны наиболее высокой температуры.

Применение твердых влагопоглощающих веществ позволяет полу-

чить почти абсолютно сухой воздух. Использование таких веществ для

осушения воздуха можно рекомендовать в тех случаях, когда целью обра-

ботки воздуха является его осушение и нагревание.

Если точка 1 (рис. 3.14) соответствует начальному состоянию возду-

ха, то проведя через нее луч процесса адсорбции до пересечения с линией

d 2 = const (заданного конечного влагосодержания), получим точку, пара-

метры которой определяют конечное состояние воздуха, выходящего из

адсорбера.

Слой адсорбента по достижении предельной влажности перестает

поглощать влагу из воздуха. Для восстановления адсорбирующей способ-

ности адсорбент подвергают активации, которая 4pюзаключается в продувке через него воздуха (или отфильтрованных дымовых газов), нагретого до температуры 180 – 240 °С.

Под воздействием высокой температуры влага, содержащаяся в ка-

пиллярах, испаряется и отводится вместе с газом или воздухом. В процессе

активации слой адсорбента нагревается до температуры 100 – 110 °С,

вследствие чего перед повторным использованием его охлаждают продув-

кой холодного воздуха. Продувка способствует также поддержанию в ад-

сорбенте минимального количества воды, обеспечивающего образование в

капиллярах вогнутого мениска, при наличии которого твердый поглоти-

тель приобретает способность адсорбировать водяной пар.