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
Vx = 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,; VCOi =^ = ^ = 0,0425 м>.
Объем очищаемого воздуха
^_^ = 0,0425-0,45=8 Vn 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.
