základy procesního inženýrství - Vysoká škola báňská - Technická ...

Obsahuje-li nosná tekutina více složek, které se v loži
zachycují různě snadno, dá se adsorpce využít k dělení těchto
složek. Při proudění nosné tekutiny ložem, nasyceným směsí,
se složky směsi vyplavují různou rychlostí. Tímto způsobem,
nazývaným chromatografie, lze rozdělit i vícesložkové
směsi, čehož se využívá hlavně v chemické analýze.
Ve všech zmíněných procesech máme nějaký typ lože,
kterým kontinuálně proudí nosná tekutina a na loži se z ní
zachycuje jedna složka. Z hlediska této složky a z hlediska
lože jde o proces neustálený, který končí zanesením povrchu
lože. Sorpční kapacita (rovnovážné množství složky
zachytitelné v daném loži) závisí na její aktivitě v nosné
tekutině. Je tedy možno změnou teploty, tlaku anebo použitím
jiné proplachového plynu, rozpouštědla nebo vhodného
chemického činidla dospět k desorpci – složku vypudit a
3 Hydromechanické operace
jednak tím regenerovat lože, jednak je možno dostat uvolněnou složku v koncentrovanější nebo zcela
čisté formě. V některých případech je zachycovaná složka bezcenná a vrstva je levná – pak je
zanesené lože odpadem.
Adsorpce
Rovnovážné množství dané látky v daném loži – sorpční kapacita - závisí se koncentraci v nosné
tekutině dá vyjadřovat různým způsobem.
U adsorpce materiál lože nazýváme sorbent nebo adsorbent a jeho klíčovou kvantitativní vlastností
je údaj o sorpční rovnováze. Sorpční rovnováha závisí na povrchových vlastnostech lože, na teplotě a
na obsahu adsorptivu (zachycované látky) v tekutině. Pro danou teplotu je tato závislost vyjádřena
většinou nelineární závislostí, kterou fyzikální chemik popisuje s lepší či horší přiléhavostí vybranou
funkcí označovanou jako adsorpční izoterma.
Pro adsorpci plynů je nejznámější formou této funkce izoterma Langmuirova, o něco komplikovanější
ale i ohebnější je izoterma BET, případně i další. Toto jsou semiempirické vztahy, většinou založené na
nějaké zjednodušené fyzikální představě o ději; jejich konstanty tudíž mívají fyzikálně-chemický smysl.
Pro pohodlnost výpočtů se ale často volí populární izoterma Freundlichova (mocninová funkce bez
teoretického opodstatnění).
Vyjádření hlavních veličin v adsorpční izotermě se volí účelově. Obsah adsorptivu v kontinuální fázi
fyzikálně-chemicky charakterizujeme u plynů parciálním tlakem, relativním molárním (nebo
objemovým) zlomkem, u kapalin spíše molární koncentrací. Množství sorbované látky vyjadřujeme
např. v počtech molů adsorbátu (to jest adsorptivu, zachyceného na sorbentu), vztažených na jednotku
povrchové plochy sorbentu. V technické praxi se spíše přikláníme k údaji o sorpční kapacitě,
vyjádřeném jako hmotnost adsorbátu vztažená na jednotku hmotnosti sorbentu nebo dokonce na
jednotku objemu lože sorbentu. V technických úvahách to vyjadřujeme relativním hmotnostním
zlomkem X, to jest kolik kg látky je zachyceno na 1 kg sorbentu.
K přepočtům těchto veličin potřebujeme znát porozitu ε (poměr volného objemu lože k celkovému
objemu), hustotu částic sorbentu, případně i měrný povrch sorbentu (plocha aktivního povrchu
vztažená na jednotku hmotnosti).
Měrný povrch sorbentů s póry nanometrové velikosti (např. aktivní uhlí, zeolity) dosahuje až hodnot
10 6 m 2 /kg.
Při vysokých parciálních tlacích se můžeme dostat do situace, ve které už je sorbent zcela nasycen.
Potom můžeme stav nasycení vztahovat k této hodnotě, jak je ukázáno na obr.3.55. Na druhé straně je
i mnoho prakticky zajímavých situací, ve kterých parciální tlak složky je tak nízký, že lze
předpokládat přijatelnost lineární asymptoty.
Obecně můžeme adsorpční izotermu můžeme vyjádřit pro danou teplotu například jako rovnovážnou
funkci X=X * (Y) mezi X a relativním hmotnostním zlomkem Y adsorptivu v tekutině. (Pokud
sorbujeme z plynné směsi, volíme jako nezávisle proměnnou často parciální tlak p A adsorptivu místo
Y, ale jinak jsou úvahy obdobné.)
72
nasycení lože
100%
50%
0%
lineární
asymptota
asymptota
nasycení
0 2 parciální 4 6 tlak 8 10
sorbované složky
Obr. 3.55 Typický průběh Langmuirovy
izotermy