Сорбционные процессы

Слово "сорбция" пришло к нам из латыни. Соответствующий ему латинский глагол означает "поглощать". Сорбционные процессы - это физико-химические процессы поглощения газов и жидкостей или растворенных в жидкости веществ твердыми телами или другими жидкостями. Десорбцияобратный процесс выделения поглощенных газообразных или жидких веществ.

Различают два основных типа сорбционных процессов: абсорбцию и адсорбцию. При абсорбции поглощаемое вещество улавливается всем объемом поглотителя, при адсорбции - только поверхностью. Частный случай адсорбции - хемосорбция, когда одновременно протекают физический процесс сорбции и химическая реакция между молекулами сорбируемого вещества и сорбента (сорбирующего вещества).

Хотя используются и твердые абсорбенты, в химической промышленности чаще возникает задача поглощения газов или паров жидкими абсорбентами, причем очень часто из газовой смеси необходимо поглотить только один компонент. В аппаратах для поглощения газов - абсорберах - нужно увеличить поверхность контакта между жидкостью и газом, чтобы ускорить поглощение. Для этого можно разбить газовый поток на мельчайшие пузыри и пропускать газ через слой жидкости. Можно поступить наоборот- разбрызгать жидкость или заставить ее стекать в виде тонкой пленки по поверхности вертикально стоящих трубок навстречу поступающему по ним газу. Все эти приемы используют в промышленных абсорберах. Такие аппараты применяются, например, в производстве серной кислоты для поглощения оксида серы (VI) SO₃ концентрированной серной кислотой. Аппараты эти столь велики, что называются поглотительными башнями. Кислота стекает сверху по насадке, а навстречу ей поднимается газ. В газовой смеси всего 7% оксида серы (VI), но только он поглощается кислотой.

Адсорбенты находят широкое применение в очистке газов и жидкостей от примесей. Они бывают жидкими и твердыми (чаще твердыми). Способность удерживать на поверхности молекулы газов и жидкостей - адсорбировать их - зависит от свойств твердого тела, размеров его частиц, а также наличия на поверхности мельчайших пор и капилляров. По этим признакам и подбирают адсорбенты. Обычно их используют в виде порошков, и это понятно - суммарная поверхность у порошка намного больше, чем у крупных кусков вещества. У классических адсорбентов - активированного угля, силикагеля (пористая белая масса, по составу диоксид кремния SiO₂), цеолитов (минералов, близких к полевым шпатам) - поверхность порошка массой 1 г (удельная поверхность) составляет 500-1000 м².

На левом рисунке дана упрощенная схема абсорбера: газовый поток пропускают через жидкий абсорбент. Непоглощенные компоненты газовой смеси удаляются из аппарата, а насыщенный абсорбент вытекает снизу по трубопроводу. На правом рисунке - в адсорбере газовая смесь, пройдя через слой пористого адсорбента, удаляется из аппарата. После насыщения адсорбента его слой прогревается паром (подается справа), и пары извлеченных веществ отводятся на конденсацию (слева)

Природные и синтетические адсорбенты широко используют в научных исследованиях, в медицине, в хроматографии, при получении твердых катализаторов и т.д.

Процессы хемосорбции отличаются от остальных сорбционных процессов тем, что из-за одновременного протекания реакций сорбируемое вещество претерпевает химическое изменение и его уже нельзя десорбировать, т. е. выделить в свободном виде при нагревании сорбента.