Сорбционные процессы

Области применения. 
В настоящем разделе речь пойдет об 
безнагревных установках, предназначенных для получения кислорода из 
воздуха. Кислород – продукт большой химии и для его получения применяют 
разделение 
воздуха 
при 
низких 
температурах. 
Особенностью 
низкотемпературных процессов является сильная зависимость удельных 
энергозатрат 
от 
производительности. 
По 
мере 
понижения 
производительности габариты установок уменьшаются, возрастает их 
удельная поверхность (внешняя поверхность, приходящаяся на единицу 
объема), растут потери холода в окружающуюся среду и, как следствие, 
удельные затраты энергии. По этим причинам в промышленности стремятся 
сооружать крупные установки разделения воздуха. 
Между тем, круг потребителей сравнительно небольших количеств 
кислорода очень широк. Потребности таких потребителей удовлетворялись 
завозом баллонов с газообразным и танков с жидким кислородом. Это дорого 
и неудобно. Для малых и средних потребителей кислорода, расход кислорода 
у которых не превышает 15 тыс. м
3
/ч, и предназначены адсорбционные 
генераторы этого газа. Они производят кислород в точке его потребления. 
Главными их потребителей являются процессы очистки воды, прудовое 
разведение рыб (обогащение воды кислородом воды сокращает время 
вызревания 
мальков), 
медицина, 
авиация, 
газосварочные 
работы, 
производство озона и др. 
Адсорбенты и адсорбаты.
На адсорбентах – цеолитах, поверхность 
которых несет большой положительный заряд, молекулы азота 
адсорбируются лучше, чем молекулы кислорода. Этим, как мы неоднократно 
отмечали, они обязаны своему сравнительно высокому квадрупольному 
моменту. Поэтому при пропускании потока воздуха через слой цеолита в нем 
преимущественно поглощается азот, а кислород выходит в виде продукта. 
Величина адсорбции азота на цеолитах зависит от кремнеземового 
модуля, при понижении которого она возрастает. Поэтому, с точки зрения 
равновесной адсорбции, лучшими адсорбентами для получения кислорода 
являются цеолиты типа А: NаА и СаА. Однако скорость поглощения азота на 
цеолите NаА крайне низка и он не пригоден для использования в процессе 
получения кислорода. Цеолит СаА в качестве адсорбента рассматриваемого 
процесса 
применяется. 
Но 
по 
совокупности 
факторов,
в число которых входят величина равновесной активности и скорость 
адсорбции, в современной технике адсорбционного разделения воздуха 
преимущественноиспользуют цеолит NаХ.
К числу макрокомпонентов воздуха, наряду с азотом и кислородом, 
относится аргон. Он имеет сравнительно высокую молекулярную массу и на 
аполярных адсорбентах (например, активных углях) адсорбируется лучше 

---

143 
азота и кислорода. На цеолитах кислород, который имеет небольшой 
квадрупольный заряд, адсорбируется так же, как аргон. При полном 
поглощении азота из слоя цеолитов выходит смесь кислорода и аргона, в 
которой отношение кислород : аргон такое же, как в атмосферном воздухе 
(О
2
:Аr = 20,95:0,932). Следовательно, предельная чистота кислорода, 
произведенного в адсорбционных установках, составляет 95,7 %. (4,3 % 
приходится на аргон). Практически они производят кислород чистотою 90 –
95 %. 
При атмосферном давлении коэффициент Генри для азота равен 6 – 7, 
для кислорода 2,5 – 3. С повышением давления коэффициент Генри у азота 
убывает и почти не изменяется у кислорода. Таким образом, коэффициент