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.