Адсорбція
Адсорбція - це процес вибіркового поглинання одного або декількох компонентів з газової, паро-газової або рідкої суміші і концентрування їх на поверхні твердого пористого тіла. Явище адсорбції базується на силах взаємодії, що виникають між молекулами твердого тіла (адсорбенту) і поглинальної речовини.
У харчовій промисловості адсорбція використовується для очищення дифузійного соку і сиропів у цукровому виробництві, сиропів - у крохмале- патоковому виробництві, при очищенні і стабілізації вин, освітленні соків у консервному виробництві, рафінуванні рослинних олій, стабілізації пива, очищення спирту і ін. Особливо велику роль відіграє адсорбція при вирішенні проблем захисту навколишнього середовища і при очищенні стічних вод.
Із твердих речовин, що мають адсорбційні властивості, найширшого застосування набули активоване вугілля рослинного або тваринного походження, силікагель, алюмогель та глинозем.
Адсорбенти мають значну пористу структуру і відрізняються занадто великою поверхнею, віднесеною до одиниці ваги речовини. Так на 1 кг активованого вугілля припадає до 106м2 ефективної адсорбційної поверхні.
Рушійною силою процесу адсорбції є різниця концентрацій поглиненої речовини у паро-газовій суміші і в поглинальнику.
Для пояснення процесу адсорбції існує багато теорій, які поділяються на фізичні і хімічні.
Із фізичних теорій найбільш розповсюдженою є потенціальна теорія або теорія згущеного шару, згідно з якою взаємодія атомів, що знаходяться на поверхні твердого тіла, з адсорбованими молекулами обумовлюється Ван- дер-ваальсовими силами молекулярного зчеплення. Над поверхнею твердого тіла існує поле дії сил притяжіння, потрапляючи в яке молекули газу або розчиненої речовини притягуються до поверхні з силою, пропорційною потенціалу адсорбційного поля уданій точці, і розміщується в ньому багатьма шарами.
Конструкції адсорберів
Всі адсорбери, що застосовуються у промисловості, діляться на три групи:
- адсорбери з рухомим шаром адсорбента;
- адсорбери з псевдозріджувальним шаром.
За принципом дії адсорбери діляться на періодичні і безперервні. Найбільш широкою застосування у промисловості отримала періодична адсорбція з нерухомим шаром адсорбента. Процес адсорбції проводиться в чотири етапи:
- поглинання (адсорбція) газу із суміші;
- відгонка газу із адсорбента (десорбція);
- сушіння адсорбента;
- охолодження його.
П
ри
проведенні допоміжних операцій один
адсорбер відключається,
і
в роботу
вводиться другий адсорбер. Таким чином,
в адсорбційній установці повинно бути
два апарати.
Схема вертикального вугільного адсорбера подана на рис.8.35. Паро-газова суміш вводиться по центральній трубі І під колосникову решітку 2, на якій знаходиться металева сітка. Зверху на сітці розміщений шар гравію висотою -100 мм, на який засипане активоване вугілля. Гравій застосовують для вловлювання органічних речовин, що знаходиться у суміші з повітрям. На верхній кришці апарата розміщений люк 3 для завантаження адсорбента і патрубок 4 для відбору пари при десорбції. У нижній частині апарата розміщені розвантажувальні люки 5, а під решіткою знаходиться паророзподільник 6 і патрубок 7 для підводу води. При тривалій зупинці апарата через цей патрубок заливається вода для запобігання самозаймання вугілля. Адсорбери виготовляються діаметром 2-3 м, а висота шару вугілля сягає 0,5-1,5 м. Десорбція вугілля проводиться парою з тиском 1,1-1,2 ат., а потім воно сушиться гарячим повітрям і охолоджується.
В останній час у промисловості отримали застосування адсорбери з псевдозріджувальним шаром. Схема такого адсорбера подана на рис.8.36. Дрібнозернистий адсорбент розміщується в апараті 1 на решітці 2. При малій швидкості газу шар адсорбенту лишається нерухомим. При збільшенні швидкості газу шар переходить в псевдозріджувальний стан, який підтримується протягом всього процесу. Очищений газ виходить через сепаратор 3 у верхній частині апарата. Адсорбент відводиться через трубку 4 на десорбцію. Свіжий адсорбент безперервно подається в адсорбер по живильній трубці 5. Рівень шару адсорбента на решітці регулюється висотою відвідної трубки 4.