2. Процес абсорбції

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 - інертом. 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 в 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 в харчових виробництвах і громадському харчуванні 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.

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

Відзначимо, що інколи процес абсорбції е явищем небажаним. Наприклад, 1 літр олії під час охолоджування обжарювальної печі абсорбує 10...12 см³ повітря. Десорбція повітря з олії зв'язана з його перегрівом, бо починається тільки за температури 180 ° С.

Апарати, призначені для проведення абсорбційних процесів, називають абсорберами.

При виробництві абсорбція здійснюється в протиточних апаратах безперервної дії, в яких газ і рідина (сорбент) приводяться в тісний контакт. Схема такого апарата (абсорбент) представлена на рисунку.

Інертний газ, що не поглинається (V) при вході в апарат містить деяку кількість компонента, що поглинається. Позначимо його концентрацію в інертному газі через у_н.

При проходженні газової суміші через абсорбер кількість інертного газу не змінюється, а концентрація компоненту, що поглинається зменшується до у_к.

Рідкий сорбент надходить в абсорбер в кількості W. Вміст компонента, що поглинається в рідині: при її надходженні в абсорбер Хн чистого

сорбента, при виході з апарату – Хк.

Схема абсорбера

На основі закону збереження речовини може бути складено рівняння матеріального балансу абсорбційного процесу для компонента, що поглинається.

Vу_{н +} W х_н = Vу_к +Wх_к

Звідси V( у_н + у_к) = W(х_к - х_н) = G

де G – кількість компоненту, що передане з однієї фази в іншу.

Абсорбенти - це рідини, здатні вибірково поглинати з газового середовища певні ком­поненти. Абсорбентами є чиста вода, водні розчини солей, кислот, органічні розчинники і рідкі харчові продукти, у тому числі ті, що мають тверду фазу. Абсорбційні властивості розчинів залежать від складу і концентрації розчи­нених речовин. Наприклад, розчинність діоксиду вуглецю в мінеральній воді зменшується із збільшенням вмісту в ній мінеральних солей.

Універсальним природним розчинником є вода. Внаслідок дипольної бу­дови молекул вона має унікальну здатність утворювати багатомолекулярні структурні сполуки, що нагадують рідкі кристали, які за властивостями близькі до полімерів живих організмів і можуть зберігати інформацію про свою будову (пам'ять води). Різні структури утворюються залежно від наяв­ності в природній воді певної кількості молекул з короткими диполями.

У разі дії на воду промислових змінних електричних і магнітних полів або радіоактивних випромінювань короткодипольні молекули води руйнують­ся, внаслідок чого змінюються структура і деякі властивості води на

мікрорівні. Руйнування багатомолекулярних структур зумовлює зміни кис­лотних властивостей води, чим пояснюється підвищення кислотності атмо­сферних осадів і ґрунтових вод.

Зміненням структури води можна пояснити змінення сорбційних власти­востей води і її розчинів після попереднього електромагнітного оброблення.

Електромагнітне та іонізуюче оброблення води можуть сприяти інтенсифі­кації сорбційних процесів. Проте внаслідок руйнування коротко дипольних молекул така вода стає «мертвою», тому навіть будучи хімічно чистою, шкідлива для людини, оскільки не може брати участі у створенні структур живих організмів, які зберігають інформацію, чим пригнічує їх і сприяє про­гресуванню захворювань, пов'язаних із порушенням функціонування інфор­маційних систем на клітинному рівні (лейкоз, СНІД, онкологія). Щоб збе­регти навколишнє середовище, воду, яка підлягала обробленню навіть слабкими електромагнітними промисловими полями, слід використовувати лише в замкнених виробничих циклах і не можна зливати у водоймища або каналізацію.

На сорбційні властивості води і її розчинів значно впливають її кислот­но-лужні характеристики (рН). Вплив рН середовища найсильніше прояв­ляється при іоносорбції, де цей параметр часто є основним і використовуєть­ся для керування процесом.

При абсорбції водою малорозчинних газів відношення кількості молекул газу до кількості молекул води невелике і молекули розчиненого газу розмі­щуються переважно на межах структурних утворень молекул води, не про­никаючи всередину цих структур і не руйнуючи їх. Такий процес дещо нага­дує процес адсорбції.

У разі абсорбції добре розчинних газів молекули газу проникають усере­дину молекулярних структур води, перебудовують їх і утворюють нові комп­лекси із слабкими хімічними зв'язками.