2. Процеси сорбції

1. Процес абсорбції та апаратура

Абсорбцією називається масообмінний процес поглинання газу (пари) або вибіркового поглинання окремих компонентів з газової (парової) суміші рідкими поглиначами. Компоненти газової (парової) суміші, що абсорбуються, називаються абсорбтивом, рідкий поглинач - абсорбентом, частина газової (парової) суміші, що не абсорбується - інєртом. Якщо поглинання абсорбтива здійснюється шляхом його розчинення в абсорбенті, то такий процес називається фізичною абсорбцією. Коли розчинення абсорбтива супроводжується хімічною реакцією між ним і абсорбентом, то цей процес називається хемосорбцією. Зворотний процес виділення з абсорбенту поглинутих газів або окремих компонентів називається десорбцією. При цьому відбувається регенерація абсорбенту. У промисловості десорбцію здійснюють у тому випадку, якщо поглинута речовина є цінним продуктом або абсорбент являє собою дефіцитний і дорогий матеріал, що використовується повторно.

Для проведення процесів абсорбції застосовують абсорбенти, що володіють вибірковою, селективною спроможністю. Вибіркова спроможність абсорбентів дозволяє проводити розподіл найскладніших газових сумішей шляхом підбору таких абсорбентів, що абсорбують тільки один певний компонент.

Абсорбцію широко застосовують у харчових виробництвах для таких процесів:

• для насичення води, безалкогольних напоїв, пива і деяких видів вин вуглекислим газом;

• для уловлювання пари етилового спирту з газів, що виділяються під час бродіння в спиртовому і виноробному виробництвах;

• для одержання розчину сірчистої кислоти з сірчаного газу, що використовується під час замочування зерна в крохмало-паточному виробництві, під час сульфітації цукрового соку і сиропу (з метою зниження їх кольоровості), виноградного соку (з метою запобігання зброджування під час зберігання), плодів і овочів (з метою консервування і запобігання від потемніння);

• для зменшення вологості повітря в сховищах, складських приміщеннях, лабораторному обладнанні з використанням абсорбентів - концентрованих кислот;

• для охорони навколишнього повітряного середовища від шкідливих викидів промислових підприємств.

І Іроцеси абсорбції (поглинання) газоподібного аміаку водою і десорбції водоаміачного розчину лежать в основі роботи аб­сорбційної холодильної машини.

Відзначимо, що інколи процес абсорбції є явищем небажаним. Наприклад, 1 літр олії під час охолоджування обжарювальної печі абсорбує і 0-12 см' повітря. Десорбція повітря з олії пов'язана з його перегрівом, бо починається тільки за температури 180° С.

Фізична сутність процесу абсорбції полягає в розчиненні газів у рідині, що залежить від властивостей абсорбенту і абсорбтиву, парціального тиску газу, або окремого компонента в газовій (або паровій) суміші, що розчиняється, а також від температури процесу.

Залежність між розчинністю газу та його парціальним тиском висловлюється законом Генрі, згідно з яким розчинність газу за даної температури прямо пропорційна парціальному тиску газу над рідиною

2. Процес адсорбції та апаратура

А

' Адсорбцією називається процес вибіркового поглинання одного або декількох компонентів з газової, парової або рідкої суміші твердою речовиною - адсорбентом. Речовина, яка поглинається з газу або рідини, називається адсорбтивом, а після її переходу в фазу адсорбента - адсорбатом. Поглинання під час адсорбції здійснюється поверхнею твердого пористого тіла. Розрізняють суто фізичну ад­сорбцію, за якої молекули речовини, що адсорбується, і адсорбенту не вступають у хімічну реакцію, і хемосорбцію, коли між адсорбен­том і поглинаючою речовиною виникає хімічний зв'язок. Хемосорбція в процесах харчової технології трапляється дуже рідко. Процес фізичної адсорбції зворотний, і під час зміни умов процесу можливе виділення поглинутих речовин адсорбентом - десорбція; хемо­сорбція не завжди буває зворотною. Під час адсорбції водяної нари на поверхні адсорбенту може відбуватися її конденсація. Конденсат

36

заповнює пори адсорбенту, у зв'язку з чим адсорбцію в цьому випадку часто називають капілярною конденсацією.

Явище адсорбції зумовлене силами взаємодії, що виникають між молекулами адсорбтиву і адсорбенту на поверхні поділу фаз. Між частинками (атомами, молекулами, іонами) твердого адсорбенту є надто значні сили взаємного зчеплення. Ці сили всередині твердого поглинача взаємно компенсуються і тому не виявляються як адсорбційні. Зовсім інший стан у частинок твердого тіла, які знаходяться на межі поділу фаз: з боку молекул твердого тіла на них діють ті самі сили, а аналогічні зв'язки з боку іншої фази відсутні, тобто молекули на поверхні твердого тіла не врівноважені, завдяки чому вони набувають спроможності притягати до себе і утримувати молекули іншої фази. Молекули інших речовин (газу, пари, рідини) створюють на адсорбенті адсорбційний шар.

Сили взаємодії між молекулами адсорбенту і адсорбата залежно від г.рироди цих речовин можуть бути різними, але найчастіше вони зв'язані з електростатичними ефектами (сили Ван-дер-Ваальса). Процес адсорбції звичайно супроводжується виділенням значної кількості теплоти. Це вказує на те, що процес адсорбції пе є просте осідання молекул газу або рідини на поверхні твердого тіла, а є більш складним процесом, що супроводжується змінами в стані молекул адсорбенту і адсорбтива.

Встановлено, що згідно з основним рівнянням масообміну, кількість речовини, адсорбованої на поверхні твердого адсорбенту, зростає прямо пропорційно величині поверхні контакту. Отже, основна вимога, що подається адсорбенту, полягає в тому, щоб він мав розвинуту поверхню.

Як і всякий процес сорбції, адсорбція прискорюється при зниженні температури і підвищенні тиску. Під час підвищення темпера­тури збільшується амплітуда коливання молекул в адсорбційному шарі, внаслідок чого вони залишають поле притягання адсорбенту і настає десорбція.

У харчових виробництвах адсорбція застосовується для таких процесів:

• очищення дифузійного соку і цукрових сиропів у цукровому виробництві;

• освітлення пива в пивоварному виробництві, фруктових соків -у консервному, вина - у виноробстві;

• очищення води, спирту, горілки, коньяку в спиртовому і лікеро-горілчаному виробництвах;

• очищення сиропів у крохмало-патоковому виробництві;

■■ знебарвлення (назване відбілюванням) жирів у масло-жировому виробництві;

• під час рафінування олій;

• під час осушення та очищення газів, стічних вод та інших відходів виробництва.

Адсорбенти, що використовуються в харчових виробництвах, повинні маги такі основні властивості:

• вибірність (селективність) - спроможність поглинати тільки той компонент, що необхідно виділити або усунути із суміші;

• максимальну адсорбційну ємність (активність);

• спроможність гранично десорбуватися, необхідну для регенерації адсорбенту;

• здатність володіти хімічного інертністю за відношенням до речовин, які поглинаються;

• достатню міцність гранул, низьку вартість.