Сорбция (от лат. sorbeo — поглощаю) — поглощение твёрдым телом либо жидкостью различных веществ из окружающей среды. Поглощаемое вещество, находящееся в среде, называют сорбатом (сорбтивом), поглощающее твёрдое тело или жидкость — сорбентом.

По характеру поглощения сорбата сорбционные явления делятся на два типа: адсорбцию — концентрирование сорбата на поверхности раздела фаз или его поглощение поверхностным слоем сорбента и абсорбцию — объёмное поглощение, при котором сорбат распределяется по всему объёму сорбента.

В свою очередь, различают два типа адсорбции — физическую адсорбцию, при которой повышение концентрации сорбата на поверхности раздела фаз обусловлено неспецифическими (то есть не зависящие от природы вещества) силами Ван-дер-Ваальса и химическую адсорбцию (хемосорбцию), обусловленную протеканием химических реакций сорбата с веществом поверхности сорбента. Физическая адсорбция слабоспецифична, обратима и её тепловой эффект невелик (единицы кДж/моль). Хемосорбция избирательна, обычно необратима и её теплота составляет от десятков до сотен (хемосорбция кислорода на металлах) кДж/моль.

Если поглощение происходит только в поверхностном слое сорбента, т.е. происходит поверхностная сорбция, она называется адсорбцией.

Если же сорбат продиффундировал по всему объёму сорбента, т.е. если произошла объёмная сорбция, она называется абсорбцией.

По механизму протекания процесса сорбция подразделяется на:

физическую,
химическую.

При физической сорбции между сорбентом и сорбатом происходит только межмолекулярное взаимодействие, т.е. сцепление достаточно непрочное, и со временем начинается обратный процесс - процесс отдачи поглощённого вещества, и в конце концов устанавливается равенство скоростей обоих процессов:

Vадсорбции == Vдесорбции

При химической сорбции (хемосорбции) между сорбентом и сорбатом возникает химическое взаимодействие, в результате чего между ними образуется третье вещество, рис.2.

Рис.2

Химическая сорбция намного прочнее физической, десорбция самопроизвольно практически не происходит.

Ещё одно отличие между физической и химической сорбцией заключается в том, что при повышении температуры физическая сорбция уменьшается, а химическая увеличивается.

В чистом виде физическая и химическая сорбция встречаются редко, чаще всего сорбция включает элементы их обеих.

Адсорбция происходит на границе раздела следующих фаз:

твёрдое тело – газ;
твёрдое тело – раствор;
раствор – газ.

Адсорбция на границе твёрдое тело – газ:

Г – величина адсорбции

где

х – количество адсорбата , к моль
S – площадь адсорбента, м².

В случае, если площадь адсорбента измерить трудно, то площадь его поверхности заменяют его массой

В данном случае (поглощение газа твёрдым адсорбентом) адсорбция является функцией температуры и газового давления.

Г= f (T, P)

Адсорбция происходит при постоянной температуре (T = const). Величина адсорбции является функцией аргумента Р:

Г = f (P)

Это равенство имеет графическое выражение, рис.3, которое называется изотермой адсорбции.

Адсорбционная технология

Технология адсорбции основана на поглощении молекулярными ситами определенных веществ, за счет этого обеспечивается разделение воздушной смеси. Адсорбционная технология позволяет эффективно получать из атмосферного воздуха такие газы как азот и кислород.

Установки работают по принципу короткоцикловой безнагревной адсорбции (КЦА). На сегодняшний день получили распространение три метода организации циклического безнагревного процесса адсорбционного разделения воздуха: напорные — Pressure Swing Adsorbrion (PSA), вакуумные — Vacuum Swing Adsorbtion (VSA) и смешанные — Vacuum Pressure Swing Adsorbtion (VPSA).

Для напорных схем — Pressure Swing Adsorbrion (PSA) — азот (кислород) извлекают при давлении выше атмосферного, а стадия регенерации адсорбента протекает при атмосферном давлении. В вакуумных схемах — Vacuum Swing Adsorbtion (VSA) — азот (кислород) получают при атмосференом давлении, регенерация проводится при отрицательном давлении. Работа смешанных схем — Vacuum Pressure Swing Adsorbtion (VPSA) — сочетает изменение давления от положительного до отрицательного.

При прохождении воздуха через один из 2 попеременно работающих адсорберов, заполненных адсорбентом — угольно-молекулярным ситом (УМС) происходит преимущественная адсорбция кислорода на УМС и, при этом, газовая среда обогащается азотом. При насыщении УМС кислородом воздух направляется в другой адсорбер, в отработанном адсорбере давление снижается до атмосферного и он продувается частью продукционного азота, при этом из УМС удаляется адсорбированный кислород и свойства УМС восстанавливаются. Разделение воздуха адсорбционным методом реализуется при температурах +10…+40 °С.