1  Цилиндрический корпус; 2  решетка; 3,4  штуцеры

Рисунок 8.25 – Вертикальный адсорбер

с неподвижным зернистым адсорбентом

Аппараты с движущимся зернистым адсорбентом можно подразделить на аппараты типа полых колонн (применяются при адсорбции из газовой фазы) и аппараты с механическими транспортными приспособлениями (применяются при адсорбции из жидкой фазы).

Аппараты с псевдоожиженным пылевидным адсорбентом разделяют на одноступенчатые и многоступенчатые. Одноступенчатый адсорбер изображен на рисунке 8.26.

1 – корпус; 2 – газораспределительная решетка;

Рисунок 8.26 – Одноступенчатый адсорбер с псевдоожиженным

адсорбентом

8.3.5 Расчет адсорберов

8.3.5.1 Составляют материальный баланс адсорбции исходя из условия равновесия:

. (8.39)

Поскольку , а содержание поглощаемого компонента в адсорбенте х_н = 0, то из уравнения (8.39) находят количество адсорбента

(8.40)

или конечную концентрацию адсорбтива в газовой фазе:

. (8.41)

8.3.5.2 Находят диаметр адсорбера исходя из уравнения расхода:

, (8.42)

где w – скорость газового потока, м/с;

V – расход газовой смеси, м³.

8.3.5.3 Находят высоту адсорбера:

, (8.43)

где ρ_н – насыпная плотность адсорбента, кг/м³.

8.3.5.4 Рассчитывают продолжительность адсорбции:

. (8.44)

8.4 Мембранные процессы

Мембранными процессами называют процессы разделения смесей посредством полупроницаемых мембран.

Мембрана – полупроницаемая перегородка, пропускающая определенные компоненты жидких и газовых смесей.

Мембранные процессы в настоящее время применяются достаточно широко. В химической промышленности мембранные процессы применяются для выделения высокомолекулярных соединений, разделения азеотропных смесей, очистки и концентрирования растворов. В биотехнологии мембранные процессы используют для выделения биологически активных веществ. В пищевой промышленности – для концентрирования соков, для получения высококачественных сахаров. Наиболее широко мембранные процессы применяются для обработки воды и водных растворов, для очистки сточных вод.

8.4.1 Физическая сущность процесса

Сущность процесса заключается в следующем (рисунок 8.27). Разделяемая в аппарате 1 смесь вводится в соприкосновение с полупроницаемой мембраной 2 с одной стороны, и вследствие особых свойств мембраны прошедший через нее продукт обогащается одним из компонентов смеси, в результате образуется пермеат. Оставшийся раствор называется ретант.

1 – аппарат; 2 – мембрана

Рисунок 8.27 – Схема процесса разделения на

полупроницаемой мембране

Основными параметрами мембранного разделения являются производительность и селективность.

Удельная производительность – объем пермеата, получаемый при данной движущей силе в единицу времени с единицы рабочей поверхности мембраны.

Селективность характеризует эффективность мембранного процесса и может быть охарактеризована с помощью фактора разделения:

, (8.45)

где – мольные концентрации компонентов А и В в исходной смеси;

– мольные концентрации компонентов А и В в пермеате.

К основным мембранным методам разделения относятся обратный осмос, ультрафильтрация, испарение через мембрану, диализ, электродиализ, диффузионное разделение газов.

Движущей силой мембранных процессов является разность химических (электрохимических) потенциалов. В таблице 8.2 приведена классификация мембранных процессов в зависимости от вида движущей силы.

Таблица 8.2 – Классификация мембранных процессов

Движущая сила	Вид разделения
Разность давлений	Баромембранные процессы – обратный осмос, нано-, ультра-, или микрофильтрация
Разность концентраций	Диффузионно-мембранные процессы – диализ; испарение через мембрану
Разность электрических потенциалов	Электродиализ; электроосмос
Разность температур	Термомембранные процессы – мембранная дистилляция

Рассмотрим обратный осмос и ультрафильтрацию, поскольку эти процессы являются наиболее распространенными.

Метод обратного осмоса заключается в фильтрации раствора под давлением через полупроницаемые мембраны, пропускающие растворитель и полностью или частично задерживающие молекулы растворенных веществ. В основе метода лежит явление осмоса – самопроизвольного перехода растворителя через мембрану в раствор (рисунок 8.28).

а – осмос; б – равновесие; в – обратный осмос

Рисунок 8.28 – К понятию обратный осмос

Обратный осмос (перенос растворителя через мембрану) наступает, когда давление со стороны раствора превышает осмотическое. Движущая сила процесса обратного осмоса составляет

, (8.46)

где Р – рабочее давление над исходным раствором;

– осмотическое давление раствора.

Важным преимуществом процессов обратного осмоса является простота конструкций аппаратов, а также проведение процессов при температуре окружающей среды.

Ультрафильтрация – это разделение растворов высокомолекулярных и низкомолекулярных соединений в жидкой фазе с использованием селективных полупроницаемых мембран, пропускающих преимущественно молекулы низкомолекулярных соединений.

Ультрафильтрацией разделяют жидкие однофазные системы, в которых молекулярная масса растворенных компонентов во много раз превышает молекулярную массу растворителя.