4.6.6. Сорбція
Сорбцією називається процес поглинання певним тілом газів, пари або розчинених речовин з навколишнього середовища. Тіло, що поглинає речовину, називають сорбентом. Типові для сорбції процеси — абсорбція і адсорбція.
195
Абсорбція — поглинання речовини, що супроводжується наступною її дифузією в глибину тіла і утворенням розчину. Поглинаючу речовину у цьому процесі називають абсорбентом. Нею звичайно є рідина.
Адсорбція — це поглинання речовини поверхнею твердого поглинача — адсорбента.
Якщо під час сорбції відбувається хімічна взаємодія між речовиною, що поглинається, і сорбентом, то такий процес називають хемосорбцією. Якщо ж поглинання супроводжується конденсацією пари в порах поглинача, таке явище називають молекулярною конденсацією.
Процес сорбції зворотний. Виділення речовин під час зворотного процесу називають десорбцією.
Сорбційні процеси дуже поширені у виробництві спирту, цукру, крохмалю, вина, ядерного палива.
Абсорбцію застосовують у виробництві цукру (для очищання соку і сиропу), крохмалю (для одержання екстрагенту—розчину сірчистої кислоти), у консервному виробництві (для одержання розчинів, що забезпечують зберігання плодів і овочів), вина, спирту та інших продуктів. В усіх зазначених випадках абсорбентом є вода.
У процесі абсорбції беруть участь дві фази: газоподібна — суміш компонента, який поглинається, з інертним носієм і рідка — абсорбент, що вибірково поглинає компонент, який переходить у рідкий розчин. До границі розділення фаз і від границі розділення вглиб абсорбента речовина, що поглинається, переноситься за допомогою конвективної дифузії, оскільки за виробничих умов обидві фази звичайно рухливі.
Підвищення швидкості руху фаз збільшує швидкість перенесення речовини у кожній з фаз, внаслідок чого зростає загальна швидкість абсорбції. Швидкість абсорбції прямо пропорційна також площі контакту фаз і тиску, оскільки із зростанням тиску розчинність газів у рідині також зростає. Підвищення температури знижує швидкість абсорбції, оскільки погіршується розчинність газів у рідині.
Рівновага в процесі абсорбції. Рушійною силою процесу абсорбції є різниця концентрацій речовин, що поглинається, у газі у і в розчині х. Процес припиниться, якщо концентрації зрівноважаться або коли парціальний тиск газу, шо поглинається, нал
розчином досягне значення рівноважного .
196
Основним законом, що характеризує рівновагу в системі газ-рідина, є закон Генрі, за яким при незмінній температурі розчинність газу в рідині прямо пропорційна парціальному тиску р цього газу над розчином
(4.46)
Де х — концентрація в абсорбенті газу, що поглинається,
кмолъ/кмолъ;
— коефіцієнт пропорційності (за Генрі).
Парціальний тиск газу в суміші виражається залежністю
(4.47)
де у— концентрація в газовій суміші газу, що поглинається, кмолъ/кмолъ;
Р — загальний тиск у суміші. З рівнянь (4.46) і (4.47) витікає
(4.48)
Де — константа фазової рівноваги.
Рис. 4.35. Крива абсорбційної рівноваги
Рис. 4.36. Схема протитечійного абчорбційного апарата
У загальному випадку залежність між концентраціями у і х графічно виражається кривою лінією (4), яку називають
197
кривою рівноваги. Будують її за звичай за експериментальними даними.
Матеріальний баланс абсорбції. У разі безперервного процесу в апараті, протитечія створює найбільшу середню рушійну силу (рис. 4.35). Концентрація в газі компонента, що поглинається, змінюється від а у рідкій фазі—від кмоль/кмоль.
Витрати інертного газу G і абсорбента L (кмоль/с) у процесі не змінюються. Якщо під час абсорбції не втрачається і речовина, яку поглинають, то кількість цієї речовини, що входить в абсорбер з газом і абсорбентом
дорівнюватиме кількості речовини, яка виходить з апарата з газом
і абсорбентом
або
(4.49)
З рівняння (4.49) витікає
(4.49)
Абсорцію здійснюють в насадочних та тарілчастих колонах. Тарілчасті колони дорожчі від насадочних, гідравлічний опір в них вищий, а ефективність розподілу вища.
У більшості процесів всіх технологій має місце адсорбція з розчинів. Наприклад, у цукровому, лікеро-горілчаному, спиртовому, крохмале-патоковому виробництвах адсорбцію використовують для очищення і знебарвлювання продуктів або для очищання води, що надходить у виробництво, або вже використаної. У спиртовому і лікеро-горілчаному виробництвах адсорбцію застосовують для уловлювання пари і зменшення її витрат.
Адсорбція розподіляється на фізичну, хемосорбцію, капілярну конденсацію. Загальним для всіх видів адсорбції лишається те, що її зумовлюють сили тяжіння між атомами і молекулами. Кількість речовини, поглинутої масовою або об'ємною одиницею поглинача залежить від природи його і речовини, яка поглинається, її концентрації в парогазовій суміші або розчині, що оточують адсорбент, температури і, в разі поглинання з газоподібного середовища, тиску.
Процес адсорбції, як і будь-який інший масообмінний процес, перебігає в напрямі встановлення рівноваги між фазами. При незмінній температурі для даної пари адсорбент-адсорбтив за
198
рівноважних умов має місце точно визначена залежність концен-
трації адсорбтиву в адсорбенті від концентрації в навколиш-
ньому газі (розчині) С
Цю залежність, що виражає статику процесу, називають рівнянням ізотерми адсорбції. У найзагальнішому випадку рівноважна концентрація тим вища, чим більшими будуть молекулярна маса газу, що поглинається, тиск у парогазовій фазі і нижчою температура.
У процесі адсорбції звичайно виділяється значна кількість теплоти, і, якщо її не відводити, температура шару адсорбента підвищиться, що негативно позначиться на його активності.
Процес адсорбції зворотний. У виробничих умовах зворотний процес (десорбція) нерозривно зв'язаний з прямим процесом. Процесу десорбції активно сприяє підвищення температури і зниження тиску в середовищі, що оточує адсорбент.
До адсорбентів промислових адсорберів належать: активоване вугілля (деревне, кам'яне, кісткове), силікагель, алюмогель, цеоліти, глини.
Активоване вугілля одержують в результаті сухої перегонки відповідної сировини (деревини, тирси, кісточок з фруктів, кісток тварин відходів шкіри та інших матеріалів) з наступним вилученням смолистих речовин з шпар цих речовин. Питома поверхня
активованого вугілля (600...700) використовують його у ви-
гляді гранул розміром (1...7) мм або порошків з частинок розміром (25... 250) мкм.
Силікагель (зневоджений гель кремнієвої кислоти) відрізняється від активованого вугілля однорідністю шпар рівномірним їх розподілом по об'єму частинки і здатністю витримувати високі температури. Питома поверхня його (300...750)
Розміри зерен — (0,2...7) мм.
Алюмогель (суміш нормального гідрату окису алюмінію з полігідратами) широко використовують для висушування газів,
питома поверхня його (200...600) Цеоліти — водні алюмосилікати натрію і калію (бентоніт, шабазит, десміт та інші мінерали) з винятково тоненькими шпарами можна розглядати як молекулярні сита. їх поглинальна здатність в два — чотири рази вища від поглинальної здатності силікагелів і алюмогелів.
Глини (інфузорна земля, трепел) із меншою питомою поверхнею шпар, ніж в усіх згаданих раніше матеріалів — (200...400)
199
Проте через низьку вартість і значне поширення в природі
знаходять застосування в промисловості.
Матеріальний баланс процесу адсорбції виражають рівнянням, аналогічним рівнянню (4.49) для процесу абсорбції, оскільки в обох процесах можна вважати незмінними кількості інертного газу G у кожній фазі, а також не рахуватися з втратами розподіленої в фазах речовини, що поглинається.
Кінетика процесу адсорбції також має багато спільного з процесом екстракції в системі "тверде тіло — рідина". Процес складається з двох основних стадій: перенесення речовини всередині твердого тіла за законами молекулярної дифузії і масообміну на поверхні твердого тіла за законами конвективної дифузії.
Процес адсорбції у промислових умовах може відбуватись періодично і безперервно. У першому випадку зернистий шар адсорбенту нерухомий, а газоподібна (рідка) фаза з речовиною, яку треба поглинати, фільтрується крізь шар. На початку процесу ад-сорбтив поглинається першими за рухом суцільного середовища шарами адсорбента. На певній висоті шару концентрація речовини, що поглинається, в газі впаде практично до нуля, потім фронт руху газу, на якому концентрація переходить від істотно більшої від нуля до нульової, буде повільно просуватися по висоті шару. Слідом за цим шаром, на певній відстані від нього, рухатиметься фронт суцільного середовища з концентрацією адсорбтива, що дорівнює початковій Со
а весь шар адсорбента за цим фронтом оуде повністю насиченим і не поглинатиме більше адсорбтива.
Щоб процес адсорбції відбувався безперервно, адсорбент повинен рухатись назустріч потоку газу (рідини). Це можливо у тому випадку, коли частинки адсорбента після їх повного насичення безперервно регенеруватимуться, охолоджуватимуться, а потім знову надходитимуть у робочу ділянку шару, де відбувається процес адсорбції.
- Системи технологій (за видами діяльності)
- Розділ 1. Промисловість України
- 1.1. Загальна характеристика промисловості
- 1.2. Одиниці виміру фізичних величин, фізичні властивості матеріалів і робочих агентів
- 1.3. Властивості сировини, кінцевих продуктів і робочих агентів
- Розділ 2. Теоретичні засади технології
- 2.1. Основні технологічні поняття та визначення
- 2.2. Класифікація технологічних процесів та апаратів технології
- 2.3. Фізико-хімічні та біохімічні закономірності в технології
- 2.3.7. Закони зберігання маси та енергії в умовах рівноваги систем
- 2.3.2. Кінетика технологічних процесів
- 2.4. Технологічні закономірності технології
- 2.4.1. Використання законів фундаментальних наук
- 2.4.2. Принципи ресурса- ma енергозбереження в технології
- 2.4.3. Принцип інтенсифікації процесів
- 2.4.4. Принцип найкращого використання устаткування
- 2.4.5. Принцип оптимального варіанту
- Контрольні запитання до 2-ї глави
- Розділ 3. Технологічна лінія як система
- 3.1. Загальні уявлення про систему
- 3.2. Технологічна система
- 3.3. Система керування підприємством
- 3.3.1. Визначення системи керування
- 3.3.2. Виявлення і аналіз проблем та суперечностей
- 3.3.3. Структура управління
- 3.4. Моделювання систем керування (управління)
- 3.4.1. Загальна постановка завдань моделювання
- 3.4.2. Складання моделі для визначення собівартості продукції
- 3.5. Технічниий рівнь об'єктів технології
- 3.5.1. Показники якості технологічних процесів
- 3.5.2. Номенклатура показників якості технічних об'єктів
- 3.5.3. Методи визначення показників якості технічної продукції
- 3.5.4. Економічна оцінка технічного рівня
- 9. Економічна оцінка технічного рівня.
- Розділ 4. Основні процеси, машини та апарати будь-якої технології
- 4.1. Класифікація процесів та апаратів в технології
- 4.2. Механічні процеси
- 4.2.1. Подрібнення
- 4.2.2. Класифікація подрібнювачів
- 4.3. Перемішування
- 4.4. Гідродинамічні процеси
- 4.4.1. Класифікація і характеристика неоднорідних систем
- 4.4.2. Осідання в гравітаційному полі
- 4.4.3. Фільтрування
- 4.4.4 Відцентрові методи розподілу неоднорідних систем
- 4.5. Теплові процеси
- 4.5.7. Теплопередача
- 4.5.2. Тепловіддача при зміні агрегатного стану речовини
- 4.5.3. Конструкції теплообмінників
- 4.5.4. Випарювання
- 4.4.5 Конденсація
- 4.6. Масообмінні процеси
- 4.6.1. Класифікація масообмінних процесів
- 4.6.2. Масопередача
- Загальні відомості
- Матеріальний баланс повітряної сушарки
- 4.6.4 Кристалізація
- 4.6.5. Перегонка і ректифікація
- 4.6.6. Сорбція
- 4.6.7. Екстрагування
- 4.7. Штучне охолодження
- 4.8. Хімічні та біохімічні перетворення
- 4.8.1. Хімічна кінетика
- 4.8.2. Кінетика мікробіологічних процесів
- Контрольні запитання до 4-го розділу
- Розділ 5. Металургійний комплекс
- 5.1. Загальна характеристика металургійного комплексу
- 5.2. Технологія чавуну
- 5.3. Характеристика, хімічний склад і класифікація чавуну
- 5.4. Виробництво сталі
- 5.4.1. Класифікація сталі та її технологія
- Електричні печі
- 5.4.2. Безчавунне виробництво сталі
- 5.4.3. Рафінування та розливання сталі
- 5.4.4. Виготовлення виробів тиском
- 5.5. Технологія кольорових металів
- 5.5.1. Класифікація кольорових металів
- 5.5.2. Технологія міді
- 5.5.3. Технологія алюмінію
- 5.6. Технологія магнію і титану
- 5.25. Схема електролізера
- 5.7. Корозія та антикорозійні заходи
- 5.7.1. Причини виненкнення корозії
- 5.7.2. Захист металів від корозії
- Контрольні запитання до 5 розділу
- Розділ 6. Паливно-енергетичний комплекс
- 6.1. Загальна характеристика паливно-енергетичного комплексу
- 6.2. Паливо
- 6.3. Характеристика підприємств для вироблення електроенергії
- 6.4. Технологічна схема вироблення електроенергії
- 6.5. Паротурбінні (теплові) електростанції
- 6.6. Електрогенератори
- 6.7. Атомні електростанції
- 6.8. Гідроелектростанції
- 6.9. Електричні мережі
- Контрольні запитання до 6-го розділу.
- Розділ 7. Будівельні матеріальні
- 7.2. Гіпсові в'яжучі матеріали
- 7.2.1. Виробництво гіпсових в'яжучих при низькотемпературному випалюванні
- 7.3. Повітряне вапно
- 7.3.1. Вапно-випалювальні печі
- 7.3.2. Фізико-хімічні основи процесу гасіння вапна
- 7.3.3. Мелене негашене вапно
- 7.3.4. Тверднення вапняного розчину
- 7.3.5. Властивості і застосування вапна
- 7.4. Технологія цементу
- 7.4.1. Сировина для цементу
- 7.4.2. Технологічна схема виробництва цементу
- 7.5. Цегла та черепиця
- 7.5.1. Сировина для виробництва цегли та черепиці
- 7.5.2. Формування цегли, та глиняно/черепиці
- 7.6. Керамічні вироби
- 7.6.1. Класифікація керамічних виробів
- 7.6.2. Керамічна плитка
- 7.7. Переробка деревини
- 7.8. Вироблеництво скла
- Контрольні запитання до 7-го розділу
- 5. Технологія цементу.
- 7. Виробництво скла.
- Розділ 8. Машинобудівний комплекс
- 8.1. Загальна характеристика машинобудівного комплексу
- 8.2. Конструкційні матеріали в машинобудуванні
- 8.3. Антифрикційні сплави
- 8.4. Матеріали на основі порошкової металургії
- 8.5. Композиційні матеріали
- 8.6. Мастильні матеріали та допоміжні матеріали
- 8.7. Антифрикційний чавун і його властивості
- Контрольні запитання до 8 розділу
- 1. Загальна характеристика машинобудівного комплексу.
- Розділ 9. Легка промисловість
- 9.1. Загальна характеристика легкої промисловості
- 9.2. Текстильна промисловість
- 9.3. Шкіряна і взуттєва промисловість
- 9.4. Швейна промисловість
- 9.5. Виробництво хімічних волокон
- 9.6. Виробництво паперу
- 9.6.1. Виробництво паперу та сировина для його виготовлення
- 9.6.2. Технологій виготовлення паперової маси
- 9.6.3. Виготовлення паперу
- Контрольні запитання до 9-го розділу
- 1. Загальна характеристика легкої промисловості.
- 13. Виготовлення паперу.
- Розділ 10. Хімічна промисловість
- 10.1. Загальна характеристика хімічної промисловості
- 10.2. Виробництво пластичних мас
- 10.2.1. Будова та структура пластичних мас
- 10.2.2. Пластмаси на основі продуктів ланцюгової полімеризації
- 10.2.3. Пластмаси на основі продуктів поліконденсації і ступеневої полімеризації
- 10.2.4. Пластмаси на основі природних полімерів
- 10.2.5. Переробка полімерів у вироби
- 10.3. Гума і гумові технічні вироби
- 10.4. Виробництво добрив
- 10.5. Виробництво миючих засобів
- 10.5.1. Миючі засоби
- 10.5.2. Сполуки і властивості миючих засобів
- 10.5.3. Класифікація миючих засобів
- 10.6. Процеси переробки нафти та нафтопродуктів
- 10.6.1. Фракційна переробка нафти
- 10.6.2. Фракційна переробка нафти
- 10.6.3. Високотемпературна переробка нафти
- 10.6.4. Коксування кам'яного вугілля
- 10.7. Виробництво кислот та лугів
- 10.8. Виробництво сірчаної кислоти
- 10.9. Виробництво хлору, водню та їдкого натру
- 10.10. Виробництво пеніциліну
- 10.11. Виготовлення лаку
- Контрольні запитання до 10 розділу
- Розділ 11. Загальна характеристика харчових виробництв
- 11.1. Харчування та харчові продукти
- 11.2. Сировина та асортимент харчових продуктів
- 11.3. Класифікація харчових виробництв
- Контрольні запитання до 11-го розділу
- Розділ 12. Технологія олії
- 12.1. Сировина для виготовлення олії і асортимент готової продукції
- 12.2. Технологічна схема виробництва олії
- 12.3. Екстрагування макухи
- 12.5. Гідрогенізація жирів
- 12.6. Технологія маргарину
- Контрольні запитання до 12-го розділу
- Розділ 13. Технологія кондитерських виробів
- 13.1. Сировина та асортимент кондитерських виробів
- 13.2. Технологія карамелі
- 13.3. Технології шоколаду
- 13.4. Технологія цукерок
- 13.5. Технологія мармеладу та пастили
- 13.6. Технологія мучних кондитерських виробів
- Контрольні запитання до 13-ї глави
- Розділ 14. Технологія молочних виробів
- 14.1. Склад та властивості молока
- 14.2. Технологія переробки молока
- 14.3. Виробництво морозива
- 14.4. Технологія сиру
- 14.4.1. Класифікація сирів
- 14.4.2. Технологія твердих сичужних сирів
- 14.5. Виробництво кисломолочного сиру (творогу)
- 14.6. Виробництво вершкового масла
- 6 Проміжний банк, 8 — сепаратор для одержання високожирних
- Контрольні запитання до 14 глави:
- Розділ 15. Технологія м'ясних виробів
- 15.1. Сировина для виробництва м'ясних виробів та асортимент продукції
- 15.2. Технологічна лінія виробництва ковбаси
- 15.3. Технологія сирокопчених ковбас
- Контрольні запитання до 15 розділу
- Розділ 16. Переробка, плодоовочевої сировини
- 16.1. Асортимент продукції при переробці овочів та плодів
- 16.2.Технологічна схема консервування, основні операції та устаткування
- 16.3. Технологічна лінія "Комплекс" для виробництва зеленого горошку
- 16.4. Контроль виробництва консервів
- 16.5. Квашення плодів і ягід
- Контрольні запитання до 16-го розділу.
- Розділ 17. Зберігання та переробка зерна
- 17.1. Загальні відомості про зерно та продукти його переробки
- 17.2. Технологічна лінія та устаткування для зберігання зерна
- 17.3. Сушіння та активне вентилювання зерна
- 17.4. Контроль та керування процесом зберігання зерна
- Контрольні запитання до 17 розділу
- Розділ 18. Технологія борошна
- 18.1. Сировина та асортимент продукції
- Контрольні запитання до 18—їглави
- Розділ 19. Технологія крупів
- 19.1. Асортимент крупів та сировина для їх виробництва
- 19.2. Хімічний склад крупів та норми виходу продукції
- 19.3. Підготовка зерна для переробки в крупи
- 19.4. Загальні принципи переробки зерна в крупи
- Контрольні запитання до 19-го розділу
- Розділ 20. Технологія хліба і макаронів
- 20.1. Сировина для виготовлення хліба і макаронів та асортимент продукції
- 20.2. Основні технологічні операції виробництва хліба
- 20.3. Технологічна схема виробництва хліба та основне устаткування
- 20.4. Контроль та керування технологічним процесом хлібопекарського виробництва
- 20.5. Технологічна схема виробництва макаронів
- 20.6. Пакування та зберігання макаронних виробів
- 20.7. Контроль та управління макаронним виробництвом
- Контрольні запитання до 20 розділу
- Розділ 21. Виробництво етилового спирту
- 21.1. Загальна характеристика бродильних виробництв
- 21.2. Сировина для виробництва спирту, показники якості сировини і готової продукції
- 21.3. Виробництво етилового спирту з крохмалевмісної сировини
- 21.4. Розварювання сировини
- 21.5. Зброджування оцукреної маси
- 21.6. Вилучення спирту
- 21.7. Особливості виробництва спирту із меляси
- 21.8. Контроль та управління технологічним процесом
- Контрольні запитання до 21-го розділу
- Розділ 22. Виробництво пива та безалкогольних напоїв
- 22.1. Сировина для виробництва пива, показники якості сировини і готової продукції
- 22.2. Технологічна схема виробництва пива
- 5__Змішувач для одержанні суспензії; 6— фільтр;
- 22.3. Виробництво безалкогольних напоїв
- Контрольні запитання до 22-го розділу
- Розділ 23. Виробництво вина
- 23.1. Сировина для виробництва вин
- 23.2. Технологічний процес виробництва виноградних вин
- 23.3. Особливості виробництва ігристих вин
- 23.4. Особливості виробництва кон'яку
- 23.5. Лінії первинного та вторинного виноробства
- Контрольні запитання до 23-го розділу
- Розділ 24. Технологія цукру
- 24.1. Сировина для виробництва цукру
- 24.2. Технологічна схема цукробурякового заводу
- 24.3. Контроль та керування технологічним процесом бурякоцукрового виробництва
- Контрольні запитання до 24-го розділу
- Розділ 25. Виробництво крохмалю і крохмальної патоки
- 25.1. Сировина для виробництва крохмалю, показники якості сировини і готової продукції
- 25.2. Технологічна схема виробництва крохмалю
- 25.3. Технологічна схема виробництва крохмальної патоки
- 25.4. Контроль і керування технологічним процесом виробництва патоки
- Розділ 26. Викиди в довкілля
- 26.1. Утворення шкідливих викидів на підприємствах та в побуті
- 26.2. Води в промисловості
- 26.5. Очищення газових (повітряних) викидів
- 26.6. Знешкодження твердих побутових відходів
- 26.6.1. Проблеми тпв в Україні
- 26.6.2. Варіанти утилізації тпв
- Контрольні запитання до 26-го розділу