Сорбция және адсорбция

Сорбция және адсорбция Сорбция процесі – бір ортаның – сұйықтың немесе қатты дененің басқа ортаның – заттардың, газдардың немесе басқа сұйықтықтардың сіңірілуі. Қоршаған ортаны сіңіретін зат – сорбент. Сорбент сіңіретін зат, газ немесе сұйықтық сорбат немесе сорбат деп аталады. Сорбция құбылысы кейбір орталардың басқалардың сіңіру механизміне байланысты адсорбция, абсорбция, хемосорбция және капиллярлық конденсация болып бөлінеді. Адсорбция мен абсорбция бір заттың екінші затта таралуына байланысты ерекшеленеді. Сіңу кезінде заттың сіңуі және таралуы сұйық абсорбенттің бүкіл көлемінде жүреді. Адсорбцияда қатты, сұйық немесе газ тәріздес сорбат адсорбенттің интерфейсінде (қатты немесе сұйықтың бетінде) жиналады. Физикалық адсорбция бөлінеді, онда адсорбент бетінде заттардың жиналуы заттардың табиғатына тәуелді емес спецификалық емес молекулааралық күштердің әсерінен болады. Хемосорбция (немесе химиялық адсорбция) – сорбент пен сіңірілген зат арасында химиялық өзгерістер болатын сорбциялық процесс. Сұйықтықта еріген заттардың қатты сорбент бетіндегі адсорбциясы шекарадағы молекулааралық күштердің айырмашылығына байланысты болады. Адсорбция кезінде молекулалар арасындағы әсерлесудің екі түрін ажыратады: еріген заттың молекулалары адсорбент бетінің молекулаларымен немесе атомдарымен әрекеттеседі; еріген заттың молекулалары гидратация процесінде сумен әрекеттеседі. Адсорбент бетіндегі заттың соңғы ұстау күші жоғарыда келтірілген молекула аралық әрекеттесу күштерінің айырмасының қосындысы болып табылады. Еріген зат молекулаларының гидратация энергиясының жоғарылауымен заттың ерітіндіден адсорбциясы әлсірейді, өйткені бұл жағдайда еріген заттың молекулалары күшті қарсылықты бастан кешіреді. Статикалық және динамикалық сорбция туралы түсініктер Статикалық сорбцияда газ немесе сұйық түріндегі сіңірілген зат стационарлық сорбентпен жанасады немесе араласады. Статикалық сорбция араластырғыш құрылғылары бар жабдықта жүзеге асырылады. Динамикалық сорбцияда сорбент қабаты арқылы сіңірілген жылжымалы сұйық немесе газ тәрізді фаза өтеді. Динамикалық сорбция сұйық қабаты бар аппараттарда және әртүрлі типтегі сүзгілерде жүзеге асырылады. Сорбция түріне қарай сорбенттің статикалық және динамикалық белсенділігін ажыратуға болады. Сорбенттің статикалық белсенділігі деп тепе-теңдікке жеткен кезде сорбенттің масса бірлігіне шаққандағы сіңірілген заттың мөлшерін айтады. Тепе-теңдікке жету жағдайлары сұйықтың тұрақты температурасы және заттың бастапқы концентрациясы болып табылады. Сорбенттің динамикалық белсенділігі не сіңірілген заттың өтуінің басынан бастап оның серпілісіне дейін, яғни сорбент қабатынан шығуға дейінгі уақыт ретінде, не көлем немесе масса бірлігіне сіңірілген заттың шекті мөлшері ретінде анықталады. сорбенттің сорбент қабаты арқылы сіңірілген заттың серпілісіне дейін. Өнеркәсіптік типтегі адсорберлерде сорбенттің динамикалық белсенділігі 45-90% аралығында болады. Нақты жағдайларда сорбция процестері динамикалық түрге сәйкес жүреді, өйткені бұл өндіріс процесін автоматтандыру және оның үздіксіздігі үшін қолайлы. Сорбент сіңірген зат мөлшері мен ерітіндіде тепе-теңдік сәтінде қалған зат арасындағы байланыс таралу заңына бағынады. Адсорбция процесінің жылдамдығына әсер ететін сипаттамалар: сорбат концентрациясы; еріген заттың табиғаты мен химиялық құрылымын; су температурасы; адсорбенттің түрі мен қасиеттері. Адсорбция процесі үш кезеңнен тұрады: ерітіндінің құрамындағы заттардың адсорбент түйірлерінің бетіне (сыртқы диффузия аймағына) өтуі; адсорбция процесі; адсорбент түйіршіктерінің ішіндегі заттардың тасымалдануы (интрадиффузия аймағына қарай). Сыртқы және ішкі диффузия Адсорбция жоғары жылдамдықпен жүреді және адсорбция сатысы процестің жылдамдығын шектемейді деп есептеледі. Сондықтан сыртқы немесе ішкі диффузия шектеуші кезең ретінде қарастырылады. Процесс диффузияның екі сатысымен де шектелетін жағдайлар болуы мүмкін. Сыртқы диффузия аймағында заттың масса алмасу жылдамдығы ағынның турбуленттігінің шамасына, яғни сұйықтық ағынының жылдамдығына байланысты. Интрадиффузия аймағындағы масса алмасудың қарқындылығы көп жағдайда адсорбенттің сипаттамаларына - оның түріне, кеуектерінің өлшеміне, түйіршіктерінің пішіні мен өлшеміне, сіңірілетін зат молекулаларының мөлшеріне және массалық өткізгіштік коэффициентіне байланысты. Ағынды суларды адсорбция арқылы тазарту оңтайлы жылдамдықпен жүретін жағдайларды анықтауға болады. Адсорбцияның гидродинамикалық режимі ішкі диффузия аймағында шектелуі керек. Интрадиффузия аймағының кедергісі қажетті құрылымды адсорбентті таңдағанда және оның түйіршіктерінің мөлшерінің азаюымен төмендейді. Адсорбент дәнінің жылдамдығы мен диаметрінің шамалас параметрлері сәйкесінше 1,8 м/сағ және dz= 2,5 мм деп қабылданады. Егер дәннің диаметрі dz ұсынылғаннан аз болса, процесс сыртқы диффузия аймағында, егер ол үлкен болса, интрадиффузия аймағында шектеледі.