Сорбционные процессы

разделения 
в 
нефтепереработке и нефтехимии 
NaX 
13Х 
Осушка и очистка газов, разделение 
газов 
NaM 
Зеолон 
Осушка кислых газов 
смеси, нужно выбрать такое свойство, которое обеспечивает более высокую 
адсорбируемость вещества А в сравнении с веществом В. Далее нужно 
подобрать адсорбент, в котором это свойство способно реализовываться в 
наибольшей степени. Подбор адсорбента облегчит табл.1.2., в которой 
суммированы приведенные выше свойства отдельных адсорбентов. Знак + в 
этой таблице означает, что данный адсорбент применяется для разделения 
смеси по рассматриваемому типу взаимодействия. Знак – означает, что 
способность к разделению по этому свойству отсутствует. Знак +? Означает, 
что способность к разделению имеется, но не используется из-за наличия 
более эффективных или дешевых адсорбентов.
Таблица 1.2. 
Резюме свойств адсорбентов 

---

18 
Адсорбент Дисперсионные 
взаимодействия 
Специфические 
электростатические 
взаимодействия 
Специфические 
квадрупольные 
взаимодействия 
Способность 
к ситовому 
разделению 
Активные 
угли
+ 
- 
- 
+ 
Силикагели
+? 
+ 
- 
- 
Цеолиты 
+? 
+ 
+ 
+ 
В столбце «Дисперсионные взаимодействия» знак + (без вопроса) стоит 
только у активных углей. Все адсорбенты способны к дисперсионным 
взаимодействиям с адсорбатами, но, если разделение или очистка 
осуществляются по дисперсионному механизму, то в качестве адсорбента 
инженер - практик будет использовать угли. Они проще в применении и 
часто дешевле. В разделе «Способность к ситовому разделению» у углей 
стоит знак +, хотя только немногие угли проявляют способность к 
молекулярно-ситовому разделению.
Приведем примеры. Смесь ацетон-азот, требуется очистить азот 
(поглотить ацетон). В качестве адсорбента следует использовать активный 
уголь, так как различия в молекулярных массах (и, следовательно, в 
дисперсионных взаимодействиях) у ацетона и азота огромны. 
Вода – воздух, требуется удалить воду, т.е. осушить воздух. Адсорбентом 
будут силикагель или цеолит. Адсорбция воды идет по специфическому 
механизму. 
Вода – этиловый спирт. Для поглощения воды применяют один из типов 
цеолита. Цеолит по специфическому механизму поглощает воду, а 
выбранный тип цеолита обеспечивает недоступность внутреннего объема 
адсорбента для сравнительно крупных молекул спирта. 
Азот – кислород, требуется получить кислород. Молекула азота – 
сравнительно сильный квадруполь, кислорода – слабый. Адсорбент – цеолит, 
способный разделять вещества по различиям в квадрупольных моментах. 
Бутан – изо-бутан. Разделение осуществляют на цеолитах с таким 
размером пор, который не допускает проникновения в полости сравнительно 
крупных молекул изо-бутана. 
Таковы принципы предварительного выбора адсорбента. Окончательный 
выбор осуществляют на основе рассмотрения более широкого круга свойств 
и вопросов. 
1.2.3. Некоторые характеристики зернистого слоя
Адсорбенты обычно используют в виде зернистого слоя. Самые важные 
его характеристики таковы: 
порозность, эквивалентный диаметр прохода, 
насыпная плотность.
Порозность (ε) – доля свободного объема в зернистом слое, величина 
безразмерная. Ее значение обычно составляет ε = 0,4-0,5. Это очень 

---

19 
устойчивая характеристика неподвижного зернистого слоя, значение которой 
не зависит от того, используется ли адсорбент, катализатор или инертный 
материал. Оно слабо зависит от формы гранул (частиц) и, если отношение 
диаметра аппарата в 20 раз и более превышает диаметр гранул, то не 
зависит от диаметра гранул и аппарата. Единственная особенность 
зернистого слоя, которая оказывает сильное влияние на значение порозности, 
- это его моно- или, наоборот, полидисперсность. Порозность зернистого 
слоя, составленного из частиц разного размера, заметно ниже, чем слоя из 
одинаковых частиц. Она уменьшается из-за того, что мелкие частица 
располагаются в пространстве между частицами крупными.
Свежезагруженный слой адсорбента обычно состоит из одинаковых 
гранул. По мере эксплуатации гранулы истираются, дробятся. Слой 
становится полидисперсным: порозность уменьшается, а гидравлическое 
сопротивление аппарата возрастает. Иногда это служит главной причиной 
обновления адсорбента в аппарате. 
Эквивалентный диаметр прохода (d
e
, м) – линейная характеристика 
свободного объема, зависящая от диаметра образующих его гранул. 
Эквивалентный диаметр прохода определяет скорость потока в пространстве 
между гранулами. По определению: 
d
e
= 4ε /[f
s
(1 – ε)], (1.5.) 
где f
s 
– удельная внешняя поверхность гранул в зернистом слое, м
3
/м
3
.Для 
шарообразных гранул: d
e
= 2εd/3(1 – ε), где d – диаметр гранул. 
Насыпная плотность (ρ
ад
, г/см
3
) – масса адсорбента в единице объема 
зернистого слоя. Из-за наличия пористости внутри гранул и порозности 
самого слоя насыпная плотность адсорбентов невелика и лежит в пределах 
0,4 – 0,7 г/см
3
. Насыпная плотность обязательно указывается в документах 
заводов – изготовителей адсорбентов, сопровождающих поставку. Значения 
ρ
ад
, принимаемые в расчетах, для углей, силикагелей и цеолитов обычно 
таковы: 0,45; 0,55; 0,6 г/см
3
.