Тема: «Определение времени и коэффициента защитного действия слоя адсорбента»
Введение Адсорбция – процесс поглощения одного или нескольких компонентов из газовых и жидких смесей и концентрирования его (их) на поверхности или в объеме пор твердого тела (адсорбента). Адсорбционное поглощение компонентов из смесей вызвано взаимодействием силовых полей адсорбента и адсорбируемых молекул. Поглощаемое вещество, находящееся в смеси в неадсорбированном состоянии, называется адсорбтивом, а после перехода вещества в адсорбированное состояние – адсорбатом. В зависимости от типа сил, обусловливающих адсорбцию, различают физическую и химическую адсорбции. Физическая адсорбция вызывается силами молекулярного взаимодействия, которые могут носить разнообразный характер, в зависимости от природы адсорбента и адсорбата. Поглощение адсорбата сопровождается выделением теплоты. В отличие от химической адсорбции, адсорбция физическая является обратимым процессом. В качестве адсорбентов используют активные угли, силикагели, алюмогели, природные и синтетические цеолиты, пористые cтекла, природные алюмосиликаты (отбельные глины) и другие вещества. Для увеличения их адсорбционной способности применяют специальные способы обработки, позволяющие значительно изменить микроструктуру и увеличить удельную поверхность адсорбентов (поверхность единицы массы или единицы объема адсорбента). В зависимости от размеров поры адсорбентов подразделяются на три типа: микро-, мезо- и макропоры. Микропоры имеют диаметры порядка 1–3 нм (1 нм = 10–9 м). Адсорбция в микропорах сводится к заполнению их пространства молекулами адсорбата. Диаметры мезопор значительно больше размеров поглощаемых молекул и находятся в пределах от 3 до 400нм. В мезопорах концентрирование молекул адсорбата происходит не в объеме пор, а на поверхности, по механизму капиллярной конденсации. Макропоры имеют диаметры свыше 200 нм. Они незаметно влияют на суммарную величину адсорбции и играют роль транспортных пор в зернах адсорбента. Перечисленные адсорбенты, за исключением цеолитов, представлены всеми типами пор и применяются как в форме зерен диаметром 1–5 мм, так и в виде мелкодисперсных порошков.
Адсорбенты, применяемые в промышленных условиях, характеризуются следующими параметрами: – статическая адсорбционная емкость по поглощаемым компонентам; – избирательность – способность поглощать только определенные молекулы компонентов; – механическая прочность; – возможность регенерации без ухудшения адсорбционных свойств; – химическая инертность к газовым и жидким смесям; – термостойкость. Адсорбционные процессы находят широкое применение в пищевой промышленности. Они используются при очистке растительных масел в масложировой промышленности, очистке диффузионного сока и сиропа в свеклосахарном производстве, осветлении фруктово-овощных соков в консервной промышленности, стабилизации пива в пивоваренной промышленности, осветлении вин и обработке спиртов в ликероводочном производстве. Перечисленные жидкие продукты представляют собой многокомпонентные смеси растворенных органических веществ и коллоидов. В ряде случаев адсорбцией можно извлечьизсмеси определенные ее компоненты, но при этом следует учитывать возможное влияние на этот процесс сопутствующих органических веществ. В пищевой промышленности наиболее распространена адсорбция из растворов, поэтому ниже даны основы теории этого процесса. В основе pacчета процecca адсорбции, лежат закономерности статики, кинетики и динамики процесса. При равновесии в системе адсорбент–адсорбат количество адсорбированного вещества а р есть функция концентрации компонента
Для характеристики адсорбционных свойств пористых тел используют изотерму адсорбции, показывающую адсорбционную способность в зависимости от концентрации при постоянной температуре процесса (
Анализ изотермы адсорбции дает представление только о практической пригодности адсорбента для извлечения конкретного компонента из смеси. Поэтому для расчета процесса адсорбции используют также кинетические кривые, показывающие степень приближения процесса к равновесному состоянию. Следует иметь в виду, что адсорбционные процессы протекают, как правило, в динамических условиях, при которых адсорбент и раствор движутся друг относительно друга. В связи с этим существует несколько моделей динамики адсорбции, адекватность которых реальному процессу необходимо проверять экспериментальными исследованиями. В частности, для расчета динамики процесса в неподвижном слое применяют модель фронтальной (послойной) отработки слоя адсорбента, предложенную Н.А. Шиловым
где Уравнение (3) позволяет определить время защитного действия слоя адсорбента любой высоты, если экспериментально установлены величины
где w – скорость раствора, рассчитанная на полное сечение кoлонны, заполненной адсорбентом, м/с;
Рис.1 Зависимость времени защитного действия слоя от его высоты
Скорость распространения фронта сорбции Под высотой работающего слоя понимают условную высоту слоя адсорбента, в котором концентрация адсорбата изменяется от нулевого до максимального значения, соответствующего величине начальной концентрации адсорбтива Рис. 2. Зависимость концентрации адсорбтива за слоем адсорбента от времени (выходная кривая)
Цель работы
Определение времени защитного действия и коэффициента защитного действия слоя адсорбента.
Описание установки Схема установки представлена на рис. 3. Установка состоит из трех одинаковых адсорбционных колонок 1, 2, 3, установленных вертикально; напорного бака 4, имеющего шкалу делений; шлангов 5, соединяющих колонки с напорным баком; вентилей 6, 7, 8, 9. При выполнении лабораторной работы используется детектор для обнаружения минимальной концентрации адсорбтива, секундомер, линейка.
Высота слоя адсорбента в каждой из колонок 1, 2, 3 достаточна для создания режима параллельного переноса фронта сорбции. Наибольшая высота слоя адсорбента – в первой колонке, а наименьшая – в третьей, следовательно
где Колонки, выполнены из материала, имеющего высокую теплопроводность, что обеспечивает отвод теплоты из зоны процесса и приближает условия проведения лабораторной работы к изотермическим. Процесс адсорбции проводят на модельном растворе, приготовленном из воды и красителя. Напорный бак выполнен в виде сосуда Мариотта и обеспечивает постоянную величину гидростатического напора, а следовательно, и постоянный расход вытекающего раствора на всем протяжения опыта. Выбор типа адсорбента и приготовление модельного раствора производятся по указанию преподавателя.
Рис. 3. Схема установки:
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|