ЛЕКЦИЯ № 29 АДСОРБЦИЯ

МОДУЛЬ № 5

МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ

ЛЕКЦИЯ № 29 АДСОРБЦИЯ

1. Г.Д. Кавецкий, В.П. Касьяненко «Процессы и аппараты пищевой технологии».- М., КолосС, 2008.-591 с.: ил. 2. Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для вузов в 2 книгах/…  

ВОПРОС № 1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССА АДСОРБЦИИ

Твердое вещество, на поверхности или в порах которого происходит кон­центрирование поглощаемого вещества, называется адсорбентом. Погло­щаемое… Адсорбция используется для очистки газовых (жидких) смесей от неже­лательной… В пищевой технологии адсорбция используется для очистки диффузион­ного сока и сахарных сиропов в сахарном…

ВОПРОС 2. ХАРАКТЕРИСТИКА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ АДСОРБЕНТОВ

продукт. Адсорбенты характеризуются большой удельной площадью по­верхности, отнесенной… Адсорбенты характеризуются поглотительной способностью (активностью), определяемой количеством вещества, поглощен­ного…

ВОПРОС 3. РАВНОВЕСИЕ В ПРОЦЕССАХ АДСОРБЦИИ

Зависимость между равновесными концентрациями поглощен­ного вещества в твердой и газовой или жидкой фазе в общем виде выражается уравнением   (1)

Рис. 1. Основные типы изотерм

 

Установлено, что при адсорбции из па­ровой или жидкой фазы нескольких ве­ществ адсорбируются все вещества, однако равновесная концентрация каждого будет ниже, чем при адсорбции индивидуального вещества.

Существуют различные теории адсорб­ции, каждая из которых удовлетворительно описывает экспериментальные данные в определенных условиях. М.М.Дубинин рассматривает процесс адсорбции микропорис­тым адсорбентом как процесс заполнения микропор адсорбтивом. Полученные им уравнения адсорбции для газов и паров в широ­ком диапазоне температур характеризуют зависимость равновес­ной концентрации адсорбтива от структуры пор адсорбента. Такие уравнения имеют сложный характер. Одно из полученных М. М. Дубининым уравнений

(3)

 

Адсорбция сопровождается уменьшением давления пара погло­щаемого вещества в исходной смеси и выделением теплоты, поэто­му в соответствии с принципом Ле-Шателье количество адсорбиро­ванного вещества возрастает с понижением температуры и повы­шением давления. Таким образом, понижение давления и повыше­ние температуры способствуют обратному процессу — десорбции.

Количество выделяющейся при адсорбции теплоты (кДж/кмоль) определяют экспериментально. При отсутствии опытных данных оно может быть вычислено по уравнению

(4)

 

 

 

ВОПРОС 4. АДСОРБЕРЫ И СХЕМЫ АДСОРБЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

Адсорберы периодического действиябывают с неподвижным и псевдоожиженным слоем адсорбента. Для очистки растворов в спиртовом и водочном производствах… Вертикальный цилиндрический адсорбер (рис. 2) — наиболее распространенная… Такие адсорберы используют для адсорб­ционной очистки парогазовых смесей и жидких растворов. Для подачи исходных…

Адсорберы непрерывного действия

Рис. 4. Адсорбер с псевдоожиженным слоем: 1 — корпус; 2—распределительная решетка; 3 — сепа­ратор

Рис. 8. Схема установки для очистки водно-спиртовой смеси в неподвижном слое

активного угля:

1, 3 — фильтры; 2— адсорберы; 4, 6 — емкости; 5—холодильник-конденсатор

 

Установка для очистки сортировки в непод­вижном слое активного угля показана на рис.8. Сортировку фильтруют на песочных или керамических фильтрах, а затем осветляют в адсорберах. Масса угля в одном цилиндрическом адсорбере составляет от 250 до 300 кг. Уголь засыпают на рас­пределительную решетку. Сортировку подают в низ адсорбера под распределительную решетку. Скорость подачи сортировок в ад­сорбер со свежим или регенерированным углем зависит от сорта водки и составляет 30...60 дал/г. Адсорберы переключают на реге­нерацию 3...4 раза в год. Регенерацию отработанного активного угля проводят в адсорбере при температуре 115 "С, пропуская на­сыщенный водяной пар через слой угля сверху вниз. При регене­рации из одного адсорбера получают от 50 до 60 дал спиртового отгона крепостью 55...60 %. Два периодически работающих адсор­бера обеспечивают непрерывную работу установки. Продолжи­тельность десорбции 3...4 ч, расход пара — 4 кг на 1 кг угля. После регенерации уголь охлаждают и подсушивают горячим воздухом.

На крупных заводах регенерацию угля проводят во вращаю­щихся печах при температуре 800...850 °С. Потери угля при прока­ливании составляют до 20 %.

При очистке сортировки в адсорберах реакторного типа с меха­ническим или пневматическим перемешиванием используют гра­нулированный уголь. Расход угля составляет 2 кг на 1000 дал вод­ки. Адсорбция происходит в течение 30 мин при перемешивании суспензии. После адсорбции суспензия отстаивается, а затем фильтруется на рамных фильтрах и фильтр-прессах. Интенсификация адсорционной очистки сортировки достигается при адсор­бции в псецоожиженном слое мелкозернистого активного угля. Сортировку подают под распределительную решетку через коль­цевую перфрированную трубу, расположенную в нижней части цилиндричекого адсорбера. При определенной скорости слой угля, расположенный на решетке, переходит в псевдоожиженное состояние.

Двухступенчатая установка для адсорбцион­ной очистки сахарного сиропа показана на рис. 9. Обесцвечинние сахарных сиропов при помощи мелкозернисто­го активно» (костяного) угля — последняя стадия очистки саха­ра. Вода и сахар смешиваются в обогреваемом автоклаве, в кото­ром сахар сплавляется и образуется сахарный сироп. Предва­рительное бесцвечивание сиропа проводят в адсорбере 2, в ко­торый поступает частично отработанный уголь со второй ступени очистки. Расход угля составляет 5... 10 г на 1 л сиропа. Адсорбция продолжается около 30 мин. Разделение суспензии происходите фильтр-прессе 3. Отфильтрованный сахарный си­роп поступет на вторую ступень адсорбционной очистки. В ад­сорбер 4 подается свежий уголь. Разделение суспензии происхо­дит, как и в первой стадии, в фильтр-прессе. Уголь либо регене­рируют, либо отводят в отвал.

Для очисгки сахарных сиропов применяют также установки с гранулировнным активным углем. Цилиндрические адсорберы высотой 8...L0 м и диаметром 1 м работают при скорости сиропа 1,5...2,5 м/ч Время пребывания сиропа в слое адсорбента составляет до 6 ч. Продолжительность ра­боты до регенерации до 80 сут. От­работанный уголь выгружают из ад­сорбера, промывают от неоргани­ческих соединений, подсушивают и подвергают термической обработке при 1000..1100 °С в слабоокисли­тельной атмосфере, а затем активи­руют паром.

Для обесцвечивания сахарных сиропов применяют также адсорбе­ры непрерывного действия с дви­жущимся слоем адсорбента.

Рис. 9. Схема установки для очистки са­харного сиропа:

1 — смеситель; 2, 4 — адсорберы; 3, 5 —фильтры-прессы

 

Рис. 10. Установка для непрерывной очистки сиропа:

1, 13—насосы; 2—теплообменник; 3—адсорбер; 4 —конвейер; 5, 11 —бункера; б—вибро­сито; 7, 10—вакуум-установки; 8—колонна; 9— гидроциклон; 12—эжектор

 

Адсорбционная установка для очистки рафи­надных и продуктовых сиропов от красящих веществ и растворимых солей показана на рис. 10. Рафинадный сироп после фильтра насосом 1 через подогреватель подается в ниж­нюю часть адсорбера. Уголь, проходя вибросито, поступает в ад­сорбер, где предварительно смачивается очищенным сиропом. Противотоком подается сироп, который очищается и непрерыв­но отводится из верхней части колонны. Отработанный актив­ный уголь удаляется из нижней части адсорбера с некоторым ко­личеством сиропа.

Сироп и сахаросодержащие промой отделяются на двух ваку­ум-установках. В колоннах уголь обессахаривается, а промой из верхней части колонны отводятся на клеровку либо в стоки. Далее уголь поступает на следующую вакуум-установку, где от него бо­лее полно отделяется сахаросодержащий промой. Адсорбирован­ные углем вещества отмываются от него во второй колонне.

Уголь, обезвоженный в гидроциклоне и на вакуум-установке 10, поступает в бункер 11 и вибрационным питателем подается в печь для регенерации.

 

Рис. 11. Адсорбционная установка для очистки паровоздушной смеси:

1 — адсорбер; 2—холодильник; 3 — конденсатоотводчик; 4, 5 —вентиляторы; б —теплооб­менник; 7— обводная линия

 

Из печи уголь поступает в бункер-охлади­тель, откуда вновь подается на вибросито.

Адсорбционная установка для очистки паро­воздушной смеси от паров органических ве­ществ приведена на рис. 11. Основные аппараты установки — адсорберы, работающие поочередно (на схеме показан один ад­сорбер). При этом в одних адсорберах происходит адсорбция, в других — десорбция. Паровоздушная смесь перед поступлением в адсорбер проходит фильтр, в котором очищается от пыли. Для обеспечения взрывобезопасности установки после фильтра уста­навливают огнепреградитель и предохранительную мембрану, раз­рывающуюся при повышении давления сверх допустимого. Паро­газовая смесь подается в адсорбер вентилятором и проходит слой адсорбента сверху вниз.

При десорбции в нижнюю часть адсорбера подают острый пар. Выходящие из адсорбера пары конденсируются, а кон­денсат направляют на разделение на сепараторах или ректи­фикацией. Для сушки адсорбента в адсорбер подают воздух, который нагревается в теплообменнике. Для охлаждения ад­сорбента холодный воздух подается вентилятором 4 по обвод­ной трубе.

При наличии в установке нескольких адсорберов она работает непрерывно.