Применение адсорбционных процессов

В заключение глав 4—6, посвященных адсорбции, еще раз остановимся на роли адсорбции в промышленности. В обобщенном виде применение различных видов адсорбции в промышленности дано в табл. 6.3.

Т а б л и ц а 6.3

Применение адсорбционных процессов

Адсорбция газов на твердых поверхностях используется для очистки воздуха производственных помещений от паров некоторых растворителей, вредных веществ и примесей (аммиака, сероводорода, диоксида серы, некоторых спиртов), а также для очистки технологических газовых потоков с целью предотвращения выбросов вредных веществ в атмосферу. Особенно много вредных газообразных примесей образуется в лакокрасочной, различных отраслях химической и металлургической промышленности, в некоторых отраслях пищевой промышленности, а именно масложировой (например, в производстве маргарина) и в бродильной (например, в производстве дрожжей).

Поглощение паров воды происходит на пористых веществах, которые выполняют роль твердого адсорбента. Подобные процессы наблюдаются в отношении древесины, тканей, асбеста, а также сахара, соли и сухарей.

Адсорбционный способ регулирования газового состава хранилищ скоропортящихся продуктов позволяет в несколько раз сократить потери и увеличить сроки хранения. Способ заключается в адсорбции кислорода и снижении его концентрации в 7—9 раз по сравнению с его концентрацией в атмосферном воздухе с одновременным увеличением концентрации диоксида углерода (СО₂получают искусственным путем). Так. например, для хранения картофеля оптимальная температура воздуха составляет +10°С (283 К), а газовая среда должна иметь следующий состав: 1—5% СО₂, 1—3% О₂, 93—97% N₂.

Адсорбция на границе жидкость – газ обычно приводит к снижению поверхностного натяжения жидкости и как следствие этого – к улучшению смачивания твердой поверхности (см. параграф 3.3). Адсорбция различных пищевых кислот, лимонной в частности, снижает по сравнению с водой поверхностное натяжение большинства прохладительных напитков. Адсорбция веществ на поверхности раздела жидкость — газ способствует устойчивости пен. Подобный процесс имеет место в бродильной промышленности при производстве дрожжей и некоторых других полупродуктов. Усиление смачивания водой различных поверхностей широко используется в промышленности в качестве сопутствующего процесса при мойке оборудования, подготовке сырья, обработке полуфабрикатов и т.д.

Адсорбция на границе твердое тело – жидкость широко применяется при очистке жидкостей (например, диффузионного сока при производстве сахара, растительных масел и соков) от примесей.

Следует отметить, что часто один и тот же адсорбционный процесс в промышленности используют для различных целей. Так, например, при обесцвечивании сахарных сиропов и других жидкостей одновременно устраняется их запах, привкус, удаляются коллоидные и иные примеси.

На основе адсорбционных процессов происходит разделение смесей и выделение определенных компонентов: например, разделение нефти при производстве моторных топлив, регенерация топлива. Для газовых смесей – получение воздуха, обогащенного кислородом, вплоть до почти чистого. В медицине — для извлечения вредных веществ из крови (гемосорбция).

Итак, адсорбция как поверхностное явление находит широкое применение в различных отраслях промышленности.

Упражнения

1. Определите, сколько микропор приходится на 1 кг активированного угля, учитывая, что микропоры имеют цилиндрическую форму (диаметр 1,2 нм, высота 1,7 нм).

Объем одной микропоры

V1= π∙r²h = 3,14 (1,2∙10^–9)²1,7∙10 ⁹= 7,686∙10^–27м³.

Согласно данным табл. 6.1 удельный объем микропор составляет 0,5∙ 10³ м³/кг. Число микропор

2. Во сколько раз возрастает удельная поверхность частиц активированного угля диаметром а = 65 мкм за счет пор. если его удельная поверхность равна 3,2∙ 105м²/кг, а плотность угля — 0,47 ∙ 10³ мг/м³.

Удельная поверхность непористого адсорбента определяется по формуле (1.4):

С учетом сведений табл. 6.1 рассчитаем увеличение удельной поверхности (N) за счет пор

,

т.е. она возрастает в 1629 раз.

3. Объем микропор цеолита составляет 0,235 см³/кг. Определите, сколько воздуха можно полностью очистить от диоксида углерода СО₂, концентрация которого 6,5%, используя 100 г цеолита. Плотность воздуха равна 1,293 кг/м³, диоксида углерода — 1,977 кг/м³,. степень заполнения пор a — 45%.

Определим количество СО₂, которое содержится в 1м3воздуха:

Объем очищаемого воздуха