Рименение 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.

Таблица 6.3 Применение адсорбционных процессов

Поверхность раздела фаз	Процессы
Твердое тело — газ Жидкость — газ Твердое тело — жидкость	Улавливание вредных примесей, очист­ка воздуха, регулирование газового состава, поглощение влаги и др. Изменение свойств и усиление адге­зии жидких продуктов, улучшение сма­чивания, пенообразование, сопутству­ющие процессы Очистка жидких продуктов, извлечение примесей, разделение компонентов растворов

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 пи-

щевой 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 (СО₂ получают 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

V_x = nr²h = 3,14 (1,210-⁹)² 1,7-10 ⁹ = 7,686-Ю"²⁷ м³.

Согласно данным табл. 6.1 удельный объем микропор составляет 0,5- КРмР/кг. Число микропор

jV = —=—^{1-------------} — = 6,50510"²² пор на 1 кг угля.

V_{ 7, .686-10"²⁷

2. Во сколько раз возрастает удельная поверхность частиц активированного угля \В*1) диаметром а — 65 мкм за счет пор. если его удельная поверхность равна 3,2 ■ 10⁵ м²/кг, а плотность угля — 0,47 ■ КРмг/м³.

Удельная поверхность непористого адсорбента определяется по формуле (1.4):

- = 196,4 м /кг,

_{в =}А _{=_________} ⁶-

^уд ар 6510"⁶ 0,4710

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

з 2 -10³

B з 2 -10

*2

N = —*2- = —-------- = 1629, т.е. она возрастает в 1629раз.

В

196,4

В 1964

3. Объем микропор цеолита составляет 0,235 см³/кг. Определите, сколько воздуха можно полностью очистить от диоксида углерода С0₂, концентрация которого 6,5%, используя 100 г цеолита. Плотность воздуха равна 1,293 кг/м³, диоксида углерода — 1,977 кг/м³,. степень заполнения пор а — 45%.

Определим количество С0₂, которое содержится в 1м³ воздуха:

^ = 0,034,; V_COi =^ = ^ = 0,0425 м>.

Объем очищаемого воздуха

^_^ ₌ 0,0425-0,45₌₈ V_n 0,23510³

Глава 7

ДВОЙНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СЛОЙ И ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

На поверхности твердого тела при его контакте с жидкостью самопроизвольно возникает избыточный электрический заряд, который компенсируется противоионами. В результате на гра­нице раздела фаз Т—Ж формируется двойной электрический слой. Образование двойного электрического слоя происходит самопроизвольно, как следствие стремления поверхностной энер­гии к минимуму и в связи с особыми свойствами границы разде­ла Т-Ж.

Большая удельная поверхность частиц дисперсной фазы спо­собствует накоплению на границе раздела фаз значительного электрического заряда, который становится причиной электро­кинетических явлений — перемещения фазы или среды под действием внешнего электрического поля, а также возникнове-

ния электрических зарядов при движении частиц дисперсной фазы или жидкой дисперсионной среды. Электрокинетические явления сопутствуют технологическим процессам во многих от­раслях промышленности.