Основное уравнение абсорбции

При рассмотрении производственных аппаратов для абсорб­ции (абсорберов) нас интересует прежде всего количество веще­ства, передаваемого из одной фазы в другую за единицу вре­мени.

Аналогия процессов теплообмена и дуффузии позволяет ос­новное уравнение массопередачи при абсорбции представить в следующем виде:

, (7)

где G - количество вещества, переданного из газовой фазы в жидкую, в кг;

F - поверхность контакта фаз в м²;

ΔС - движущая сила, которая выражается как разность концентрации либо как

разность парциальных давлений; разность концентраций может быть

выражена в кг/м3, а разность давлений в н/м2 или в мм рт. ст.;

τ - продолжительность процесса в ч;

k - коэффициент абсорбции, аналогичный коэффициенту теплопередачи в

процессе теплообмена.

Адсорбция.

В пищевой промышленности адсорбция широко применяется для очистки водно-спиртовых растворов, обесцвечивания паток и сахарных растворов.

Материальный баланс.

Несмотря на сложность и своеобразие процесса, основные закономерности процесса адсорбции имеют сходство с законо­мерностями абсорбционного процесса.

Так, для адсорбции будет справедливым, как и для аб­сорбции, уравнение материального баланса:

(8)

где W- количество сорбента, которое загружено в аппарат;

х_н - начальное содержание сорбтива, отнесенное к единице массы сорбента;

х_к - конечное содержание сорбтива по окончании цикла работы аппарата.

Следует иметь в виду, что при проведении процесса адсорбции адсорбент находится чаще всего в неподвижном состоянии, а газ профильтровывается через слой адсорбента.

В последнее время стали применять также адсорберы не­прерывного действия, в которых адсорбент движется навстречу газовой смеси. В этом случае уравнение 8 вполне идентично уравнению материального баланса процесса абсорбции.

Движущая сила процесса.

Движущей силой процесса адсорбции является разность меж­ду концентрациями сорбтива в газовой смеси и в газовой фазе, находящейся в равновесии с адсорбентом. Концентрацию сорбтива в газовой смеси обозначим через у и равновесную концентрацию сорбтива в газовой фазе через у*, тогда

Δy = y-y*

Концентрации будем выражать в кг/м³.

При адсорбции равновесная концентрация сорбтива выражается уравнением Фрейндлиха.

Уравнение Фрейндлиха имеет следующий вид:

х = ky*^l/n, (9)

где х - концентрация сорбтива в поглотителе;

у*- концентрация поглощаемого компонента в газовой фазе

над поглотителем при достижении равновесия;

k и n - константы.

Так как концентрация сорбтива «в газовой фазе прямо пропорциональна его парциальному давлению р, то уравнение 9 может быть представлено и в таком виде:

(10)

Перепишем уравнение 9 в таком виде:

(11)

Рис 4. Движущая сила адсорбционного процесса

Согласно уравнению 11 кривая равновесия адсорбции является параболой и может быть представлена графически рис. 4. Если процесс протекает в адсорбере непрерывного действия, то рабочая линия процесса может быть построена так же, как и для абсорбционного процесса.

В этом случае движущая сила процесса для какой-либо точки адсорбера может быть представлена отрезком вертикали а — б, лежащим между линией равновесия и рабочей линией.

Типы адсорбентов

На пищевых производствах применяют много адсорбентов. Наибольшее распространение получили активированный древес­ный уголь, целлюлозная масса, кизельгур, силикагель. Наиболее употребительны для адсорбции активированные угли. Последние получают путем специальной обработки древесного угля. В результате этой обработки уголь приобретает пористую структуру, обусловливающую колоссальную удельную поверхность. Установлено, что поверхность 1 г активированного угля составляет от 600 до 1700 м². Такая поверхность определяет высокую поглотительную способность активированного угля.

Активированный уголь применяется в ликеро-водочной промышленности для очистки водно-спиртовых растворов, в свеклосахарном и рафинадном производствах для обесцвечивания сахарных сиропов. Для той же цели в рафинадном и крахмало-паточном производствах применяется костяной уголь. Костяной уголь получают из обезжиренных костей крупных животных путем прокаливания костей в ретортах без доступа воздуха. Кусочки свежего угля имеют средний размер 3 мм. Костяной уголь состоит из пористого минерального скелета. Поверхность пор покрыта тонким слоем углерода, имеющим громадную адсорбирующую поверхность.

Целлюлозная масса употребляется для осветления пива; ее адсорбционная способность в десятки раз меньше адсорбционной способности активированного угля.

Гель кремневой кислоты (сшгикагель) имеет мелкозернистую структуру с величиной зерен от 0,2 до 7 мм. Он обладает высокой адсорбционной способностью, не уступающей адсорбционной способности активированного угля.