18. Адсорбция. Общие сведения

Адсорбция представляет собой процесс поглощения газов, паров или жидкостей поверхностью пористых твердых тел — адсорбентов.

Процессы адсорбции являются избирательными и обрати­мыми. Это значит, что каждый поглотитель обладает способ­ностью поглощать лишь определенные вещества и не поглощает (или поглощает лишь в незначительной степени) другие ве­щества, содержащиеся в газовой смеси или растворе, а погло­щенное вещество всегда может быть выделено из поглотителя путем десорбции — процесса, обратного адсорбции.

Адсорбенты отличаются весьма высокой пористостью, вслед­ствие чего их поверхность очень велика. Наиболее распростра­ненными адсорбентами являются активированный уголь и гель кремневой кислоты (силикагель), причем поверхность 1 г угля колеблется от 200 до 1000 м², силикагеля — до 500 м² и более. В некоторых случаях в качестве адсорбентов используют глины, активированные серной кислотой. Адсорбенты применяются в виде зерен размером 2—8 мм или в пылевидном состоянии (раз­мер частицы 50—200 мк).

Процессы адсорбции протекают в неподвижном или переме­щающемся слое зернистого адсорбента, или в кипящем (псевдо-ожиженном) слое. В последнем случае адсорбенты могут нахо­диться в виде «стационарного» слоя внутри аппарата или циркулировать через аппарат. %

Адсорбция в слое движущегося адсорбента и особенно в ки­пящем слое протекает значительно интенсивнее, чем в неподвиж­ном слое, и может проводиться в более компактной аппаратуре.

Благодаря огромной удельной поверхности адсорбентов (по­верхность на единицу объема) при адсорбции возможны очень большие скорости поглощения и полное поглощение компонен­тов, выделение которых путем абсорбции было бы невозможно из-за малой концентрации их в смеси. Поэтому адсорбция является эффективным способом разделения «бедных» смесей, со­держащих незначительное количество поглощаемых веществ, а также смесей, состоящих из компонентов, очень близких друг к другу по химическим и физическим свойствам.

Процессы адсорбции широко применяются для очистки и осушки газов, для разделения смесей газов и паров, например смесей газообразных углеводородов, для улавливания из паро­газовых смесей паров ценных органических веществ (бензола, бензина, ацетона и др.), или так называемой рекуперации ле­тучих растворителей. Посредством адсорбции производят также очистку растворов от примесей.

22 Сушка материалов. Общие сведения.

Тепловая сушка, или просто сушка, представляет собой про­цесс удаления влаги из твердых влажных материалов путем ее испарения и отвода образующихся паров. Сушка является наи­более распространенным способом удаления влаги из твердых и пастообразных материалов и проводится двумя основными способами:

1 путем непосредственного соприкосновения сушильного агента (нагретого воздуха, топочных газов) с высушиваемым материалом — конвективная сушка;

2 путем нагревания высушиваемого материала тем или иным теплоносителем через стенку, проводящую тепло, — кон­тактная сушка.

Принципиальные схемы сушки этими способами

_{а -конвективная; б- контактная.}

Сушка производится также путем нагревания высушиваемых материалов токами высокой частоты (диэлектрическая сушка) или инфракрасными лучами (радиационная сушка).

В особых случаях применяется сушка некоторых продуктов в замороженном состоянии при глубоком вакууме — сушка возгонкой, или сублимацией.

23. Термодинамические свойства влажного воздуха.

В технической термодинамике и в теории кондиционирования воздух рассматривается как двойная (бинарная) смесь 1 кг сухого воздуха (первый компонент) и кг паров воды (второй компонент). Величина называется влагосодержанием. Таким образом, рассматриваются свойства и поведение массы кг влажного воздуха.

Количество водяных паров в воздухе может увеличиваться до определенной величины , являющейся максимально возможной при заданных температуре (в дальнейшем будем называть ее температурой по сухому термометру) и барометрическом давлении . При влагосодержании воздух называется ненасыщенным и пары воды в нем перегреты, а при влагосодержании он называется влажным насыщенным (или просто насыщенным).

Количество водяных паров, содержащихся в 1 м³ влажного воздуха, называется абсолютной влажностью воздуха. Водяной пар занимает весь объем смеси, поэтому абсолютная влажность воздуха равна массе 1 м³ водяного пара, или плотности пара р_п в кг/м³.

Относительной влажностью воздуха называют отношение абсолютной влажности к его абсолютной влажности в состоянии насыщения при температуре :

. (5.55)

Величины и представляют собой плотности пара, связанные с влагосодержанием формулами

и , (5.56)

в которых , и определяются из уравнения Клапейрона, записанного для сухой части воздуха и паров воды в :

, , (5.57)

. (5.58)

Газовые постоянные в (5.57), (5.58) для сухой части воздуха и паров воды в нем примем равными: , , а и представляют собой парциальные давления компонентов.

Подставляя значения и из (5.57), (5.58) в (5.56) и учитывая закон Дальтона для бинарной смеси:

, (5.59)

получаем одну из основных формул, описывающих состояние влажного воздуха

и . (5.60)

Плотность влажного воздуха

. (5.63)

Из рассмотрения (5.63) видно, что при одинаковых температуре и давлении плотность влажного воздуха меньше, чем сухого, когда .

Температура точки росы достигается охлаждением воздуха до состояния насыщения с . Дальнейшее охлаждение воздуха приводит к появлению тумана, который представляет собой смесь насыщенного воздуха с мелкими каплями влаги. Ясно, что по мере образования тумана влагосодержание уменьшается вместе со снижением температуры при условии сепарирования влаги. В области отрицательных температур наряду с каплями влаги в насыщенном воздухе появляются кристаллы льда, что соответствует состоянию смешанного тумана.

Энтальпия влажного воздуха представляет собой сумму энтальпий 1кг его сухой части и кг паров воды, так что имеем

, (5.64)

где обозначены: и – энтальпии 1кг сухого воздуха и 1кг паров воды; и – изобарные теплоемкости сухого воздуха и паров воды; – теплота фазового перехода паров воды (теплота конденсации) при .

В формуле (5.64) полагаем, что начало отсчета энтальпий производится от их нулевых значений при температуре воздуха и давлении мм рт. ст.

Если положить , и , то имеем вместо (5.64) формулу

, (5.65)

где представляет собой теплоемкость влажного воздуха, отнесенную к 1кг сухой части.

Первое слагаемое формулы (5.65) называют явной (зависящей в основном от температуры ) частью энтальпии, а второе слагаемое называют скрытой частью энтальпии, так как она зависит только от влагосодержания .

Для воздуха, находящегося в состоянии смешанного тумана без выпадения из него капель влаги и кристаллов льда, имеем вместо (5.65):

, (5.66)

где и – энтальпии воды и льда при температуре ; и – соответственно теплота фазового перехода (теплота плавления льда) и его теплоемкость; и – содержание капель влаги и льда на 1кг сухого воздуха.