Адсорбер — устройство для поглощения веществ¶

Адсорбер — устройство или материал, в котором за счёт адсорбции происходит извлечение компонентов из газовой или жидкой среды. Адсорберы применяются в промышленности, лабораторной практике, системах жизнеобеспечения и охране окружающей среды для осушения газов, очистки от примесей, извлечения ценных веществ и обезвреживания вредных выбросов.

¶Принцип работы

Адсорбер работает на принципе адсорбции — концентрирования вещества (адсорбата) на поверхности твёрдого тела (адсорбента) за счёт межмолекулярного взаимодействия. Адсорбция бывает физической (молекулярные силы Ван-дер-Ваальса, обратимый процесс) и химической (образование химических связей, называется хемосорбцией). В промышленных адсорберах преимущественно используется физическая адсорбция, поскольку она легко обратима и позволяет регенерировать адсорбент.

Основные параметры, определяющие эффективность адсорбера:

• Емкость адсорбции — количество вещества, которое адсорбент способен удержать на единицу массы;
• Селективность — способность избирательно поглощать один компонент из смеси;
• Кинетика — скорость установления сорбционного равновесия;
• Регенерируемость — возможность восстановления адсорбента многократным использованием.

¶Устройство и конструкция

Промышленные адсорберы представляют собой вертикальные цилиндрические ёмкости, заполненные слоем адсорбента. Газовая или жидкая среда пропускается через этот слой, при этом адсорбируемый компонент удерживается на поверхности адсорбента. Конструкция включает распределительные устройства для равномерного подвода потока, опорные решётки для удержания загрузки и системы подогрева или охлаждения при необходимости.

По способу циклического действия различают адсорберы непрерывного и периодического (барабанного) действия. Периодические адсорбера работают в несколько фаз: адсорбция, регенерация (десорбция) и сушка. Для обеспечения непрерывности процесса адсорберы работают парами или группами: пока один находится в рабочем цикле, второй регенерируется. Регенерация проводится нагревом с пропариванием, снижением давления (вакуумная десорбция) или продувкой инертным газом.

¶Адсорбенты

В качестве адсорбентов используются материалы с развитой пористой структурой и большой удельной поверхностью:

Цеолиты (молекулярные сита) обладают строго определённым размером пор, что позволяет разделять молекулы по геометрическим размерам — например, отделять воду от других компонентов газовой смеси.

¶Классификация

По назначению адсорберы подразделяются на:

• Осушители — удаление влаги из сжатого воздуха, природного газа, хладагентов;
• Очистители — удаление сероводорода, оксидов серы, ртутных паров, летучих органических соединений;
• Извлекатели — восстановление ценных компонентов (растворителей, металлов) из отходящих потоков;
• Защитные — обезвреживание токсичных выбросов в атмосферу.

По виду обрабатываемой среды адсорберы делятся на газовые и жидкостные. Газовые адсорберы наиболее распространены: они используются в нефтегазовой, химической, пищевой промышленности, в системах вентиляции и кондиционирования.

¶Применение

В нефтегазовой отрасли адсорберы применяются для осушения природного газа перед транспортировкой, что предотвращает образование гидратов и коррозию трубопроводов. В химической промышленности они используются для извлечения растворителей из отходящих газов и разделения углеводородных смесей.

В медицине и системах жизнеобеспечения космических аппаратов адсорбенты в адсорберах поглощают углекислый газ и влагу. В быту адсорберы применяются в противогазах, осушителях воздуха, упаковках товаров.

В России производством промышленных адсорберов и адсорбентов занимаются предприятия нефтехимического и химического машиностроения; активированные угли и цеолиты выпускаются отечественными заводами, в том числе для систем очистки сточных вод и газоочистки.

¶Регенерация и обслуживание

Использованный адсорбент подлежит регенерации — восстановлению адсорбционной ёмкости. Наиболее распространённый способ — термическая регенерация, при которой адсорбент нагревают до 200–350 °C с продувкой инертным газом или паром. Для молекулярных сит применяют также вакуумную и комбинированную регенерацию. Срок службы адсорбента определяется механической прочностью зёрен и стабильностью пористой структуры; при потере ёмкости более 15–20 % адсорбент заменяют.

Источники:

• Дубинин М. М. «Адсорбция и адсорбенты»
• Фомин Н. А. «Адсорбционная очистка газов»
• Берк Л. «Адсорбция» (пер. с англ.)
• Каганер М. Г. «Очистка и осушение газов адсорбцией»
• ГОСТ Р 54934-2022 «Воздух сжатый. Методы контроля качества»