Hình 1.11. Mô hình cột hấp phụ lgCs Hình 1.10: Sự phụ thuộclgCs vào lgCl lgCl tg M O Hình 1.9: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich Cl (mg/l) Cs(mg/g ) O 1. Vùng bão hòa chất hấp phụ 2. Vùng chuyển khối 3. Vùng chưa xảy ra sự hấp phụ. 1 2
Cho một dòng khí hay nước thải đi qua cột chứa chất hấp phụ. Sau một thời gian làm việc ngắn thì cột hấp phụ chia làm ba vùng:
Vùng 1 (ứng với đầu vào của nguồn xử lý): chất hấp phụ đã bão hoà chất bị hấp phụ và đang ở trạng thái cân bằng. Nồng độ của chất bị hấp phụ bằng nồng độ của nó ở lối vào.
Vùng 2: Tiếp theo là vùng mà nồng độ chất bị hấp phụ thay đổi từ giá trị nồng độ ban đầu đến 0 được gọi là vùng chuyển khối tức là vùng mà chất bị hấp phụ phải chuyển từ pha lỏng (khí) lên bề mặt chất hấp phụ.
Vùng 3: (vùng lối ra của cột hấp phụ): vùng mà tại đó sự hấp phụ chưa xảy ra, nồng độ chất bị hấp phụ bằng 0.
Khi thời gian thực hiện quá trình hấp phụ tăng lên thì vùng hấp phụ dịch chuyển theo chiều dài cột hấp phụ. Khi đỉnh của vùng chuyển khối chạm đến cuối cột thì bắt đầu xuất hiện chất bị hấp phụ ở lối ra. Tại thời điểm này thì cần dừng quá trình hấp phụ để nồng độ chất bị hấp phụ ở lối ra không vượt quá giới hạn cho phép. Cột hấp phụ sau đó cần phải được giải hấp để thực hiện lại quá trình hấp phụ tiếp theo. Nếu tiếp tục cho dòng dung dịch (hoặc khí thải) cần xử lý đi qua thì nồng độ của chất bị hấp phụ ở lối ra sẽ tăng dần cho đến khi nó đạt được nồng độ ở lối vào.
Chiều dài của vùng chuyển khối là một yếu tố quan trọng trong việc nghiên cứu quá trình hấp phụ động trên cột. Khi tỷ lệ chiều dài của cột hấp phụ với chiều dài của vùng chuyển khối giảm đi thì việc sử dụng cột hấp phụ cho một chu trình cũng giảm, và lượng chất hấp phụ cần thiết cho quá trình phải tăng lên.
Bảng 1.2 Một số yếu tố ảnh hưởng đến chiều dài vùng chuyển khối và cách làm hạn chế các hiệu ứng của chúng
Tác nhân Cách hạn chế
Tốc độ khuyếch tán hạn chế bên trong phần tử hấp phụ
1.Giảm khuyếch tán bên trong hạt chất hấp phụ bằng cách giảm cỡ hạt
2. Sử dụng chất hấp phụ có mạng lưới lỗ lớn nối với các lỗ nhỏ để dễ khuyếch tán
Sự giới hạn về diện tích bề mặt của hạt chất hấp phụ
1. Giảm cỡ hạt để tăng thêm diện tích trên một đơn vị khối lượng chất hấp phụ
2. Sử dụng các hạt có diện tích bề mặt lớn trên một đơn vị thể tích
Tốc độ dòng phân bố không đồng bộ khi chảy qua cột
1.Giảm thiểu các lỗ trống, đó là nguyên nhân gây nên dòng không đồng bộ trong cột
2. Điều khiển dòng cố định ở lối ra và lối vào cột Vùng chuyển khối đặc biệt dài hơn ở trường hợp dùng dòng chất lỏng so với dòng chất khí vì độ nhớt của chất lỏng cao hơn. Chính độ nhớt cao đã làm chậm quá trình chuyển khối trên bề mặt hạt rắn cũng như sự khuyếch tán của chất lỏng bên trong hạt.