Сорбционные процессы

адсорбером с неподвижным слоем зернистого адсорбента. 
Различают два вида аппаратов с неподвижным зернистым слоем: 
аксиальный
и 
радиальный.
В первом из них потоки двигаются параллельно
оси аппарата, во втором – перпендикулярно ей. Аксиальный адсорбер с 
неподвижным слоем адсорбента называют 
вертикальным
, если отношение 
L/D, где L – высота слоя адсорбента, D – диаметр аппарата, больше единицы. 
Если это отношение равно или меньше единицы, аппарат называют 
горизонтальным. 
На рис.2.1 а и б приведены конструктивные схемы 
аксиальных адсорберов. Вертикальный аппарат из-за более равномерного 
распределения потока по сечению обеспечивает более высокую степень 
очистки, но он обладает сравнительно высоким гидравлическим 
сопротивлением. В горизонтальном адсорбере сопротивление невелико, но 
распределение потока по сечению часто неудовлетворительное и степень 
очистки сравнительно невелика. Радиальный адсорбер (см. рис. 2.1. в) можно 
рассматривать как вариант горизонтального аппарата с улучшенным 
распределением потока. 

---

66 
Если подвод (отвод) тепла осуществляют через «стенку», то возникает 
следующая разновидность адсорбера с неподвижным зернистым слоем – 
адсорбер-теплообменник.
Его конструктивная схема приведена на рис.2.1 г. 
Наконец, зернистый слой может быть приведен в медленное движение 
в направлении сверху-вниз – навстречу очищаемому потоку. Такой аппарат 
носит название 
адсорбера с движущимся слоем зернистого адсорбента.
Аппараты такой конструкции применяют тогда, когда необходима частая 
выгрузка адсорбента, например, из-за его дезактивации. Конструктивная 
схема адсорбера этого типа приведена на рис.2.1 д. 
Все аппараты с неподвижными и движущимися слоями адсорбента 
работают в режиме, близком к режиму идеального вытеснению потока. Этой 
своей особенностью они обязаны небольшим размерам гранул адсорбента, 
создающим глубокое секционирование слоя. 
Второй распространенный тип адсорбера – это емкость с мешалкой, в 
которую загружен гранулированный, дробленный или порошкообразный 
адсорбент. Аппараты этого типа будем называть 
емкостными адсорберами
(см. рис 2.1 е.). В них реализуется режим, близкий к режиму идеального 
смешения.
В адсорбере с
псевдоожиженным слоем адсорбента 
(см.рис.2.1 ж) 
реализуется режим идеального смешения по газу и идеального вытеснения 
по твердой фазе. Аппараты этого типа применяют при очень больших (10
5
– 
10
6
м
3
/ч) расходах очищаемого газового потока. 
а 
б 
в 
г 

---

67 
д 
е 
ж 
Рис.2.1..Конструктивные схемы адсорберов: а – вертикальный адсорбер 
с неподвижным слоем адсорбента, б – горизонтальный адсорбер, в – 
радиальный адсорбер, г – адсорбер-теплообменник, д – адсорбер с 
движущимся слоем адсорбента, е – адсорбер емкостного типа, ж – адсорбер с 
псевдоожиженным слоем адсорбента; сплошные линии – направление 
движения потока, пунктирные – направление движения адсорбента (если оно 
имеет место).
Сопоставим возможности двух основных адсорберов: аппарата с 
неподвижным зернистым слоем и емкостного адсорбера. Для первого из них 
будем использовать выражение для предельной возможности ПВ
с
, 
которое 
было записано в первой части в виде уравнения (1.23): 
ПВ
c
= W/U
c
= (X*
0
+ C
o
)/C
o
(1.23)
Материальный баланс адсорбата в непроточном емкостном адсорбере 
идеального смешения записывается так: 
V
a
∂C/∂t + G∂X/∂t = 0
(2.1) 
где V
а
- объем жидкой фазы в адсорбере, G – объем адсорбента. Уравнение 
решается при начальном условии: t = 0, С = Со, Х = 0 и преобразуется к виду: 
V
a
(Co – C) = GX*(C)
V
a
/G = X*(C)/(Co –C)
(2.2) 
Для проточного адсорбера идеального смешения в уравнение (2.2) следует 
подставлять расходы жидкости и адсорбента. Уравнения (1.23) и (2.2) в 
сущности говорят об одном и том же: они определяют объем жидкости, 

---

68 
очищаемый единичным объемом адсорбента. Следовательно, на основе этих 
уравнений можно сопоставлять адсорберы, которым они отвечают. 
Количество адсорбента, расходуемого для очистки единицы потока 
обратно пропорционально предельной возможности (уравнение 1.23) или 
норме расхода жидкой фазы (левая часть уравнения (2.2)). Следовательно, 
отношение расхода сорбента в адсорбере неподвижного слоя к расходу его в 
емкостном аппарате равно: 
M = V
a
/(G.ПВ
c 
) = X*(C).Co/[(Co – C).(X*o +Co)] = X*(C)/X*o 
(2.3) 
где M – отношение расходов адсорбента в адсорберах рассматриваемых 
типов. Конечная форма уравнения получена в предположении, что Сo >> C, 
X*o >> Cо. Эти допущения обычно выполняются. Очевидно, что Х*(С)< X*o 
и относительный расход адсорбента в неподвижном слое меньше, чем в 
емкостном адсорбере. Адсорбер с неподвижным слоем является более 
интенсивным типом аппарата в сравнении с адсорбером емкостным. 
В уравнение (1.23) конечная величина адсорбции и конечная 
концентрация адсорбата в объемной фазе не входят. Это означает, что 
глубина очистки в неподвижном слое в идеальной ситуации, которой 
отвечает уравнение (1.23), неограниченно высока (С→0). В аппарате 
емкостного типа С≠0, что отвечает меньшей эффективности аппарата. 
Таким образом, адсорбер с неподвижным слоем адсорбента по всем 
показателям является более совершенным аппаратом, чем емкостной 
адсорбер. Возникает вопрос, почему же емкостные аппараты продолжают 
применяться в промышленности? Ответ на этот вопрос лежит в том факте, 
что в емкостных аппаратах легче организовать непрерывный процесс. Оба 
компонента могут постоянно поступать в емкость и постоянно выводиться из 
нее. В неподвижном слое операции ввода-вывода адсорбента решаются более 
сложно. Наше сопоставление можно резюмировать так: емкостные аппараты 
применяют для грубой очистки жидких сред, аппараты с неподвижным слоем 
– для тонкой очистки и жидкостей, и газов.