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;
хн - начальное содержание сорбтива, отнесенное к единице массы сорбента;
хк - 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.
