m K p + K

Transcript

1 DEFINIIJA predavanja ADSORPIJA je tehnološa operacija od oje se na graničnoj površini između rute ili apljevite faze i plinovite ili apljevite faze nauplja nea tvar iz plinse ili apljevite faze u oncentraciji većoj od oncentracije te tvari u plinsoj odnosno apljevitoj fazi 1 2 Adsorpcija na graničnoj površini između dviju apljevina ili između apljevine i plina je važna pri nastanu pjene, rasprišavnju api u plinu, emulgiranju i sl. Najčešće je pojam adsorpcije vezan uz nagomilavanje nee tvari iz plinse ili apljevite faze na površinu rute faze Po pojmom površine rute faze se podrazumjeva osim geometrijse površine rute tvari i površina pora i puotina unutar te tvari Adsorpcija tvari na površinu apilara oje prolaze roz cijeli volumen tijela naziva se persorpcija PRIMJENA ADSORPIJE Čišćenje i sušenje plinova Čišćenje otopina Razdvajanje smjese plinova ili para Izdvajanja hlapivih para otapala iz plinse smjese Kromatografiji Zamjeni iona. 3 4 Krute tvari na čijoj se površini odvija adsorpcija nazivaju se adsorbenti Tvar oja se adsorbira naziva se adsorptiv ili adsorbat DEFINIIJE Pri fizičoj adsorpciji moleule adsorptiva drže se na površini rute tvari van der Waalsovim silama oje su uvije prisutne između moleula Pri emijsoj adsorpciji moleule adsorptiva reagiraju s moelulama adsorbenta od čega nastaju emijsi spojevi Toplina oja nastaje fizičom adsorpcijom je znatno manja od one oja nastaje emijsom Fiziča adsorpciju za razliu od emijse je reverzibilna i odvija se vrlo brzo 5 6 1

2 RAVNOTEŽA ADSORPIJE Količina adsorptiva oji se može vezati na jedinicu mase adsorbenta zavisi : -o prirodi adsorbenta -o temperaturi i oncentraciji adsorbenta Polusima se određuje pri p=onst. masimalna oličina adsorbtiva oju vezuje jedinica mase adsorbenta od različitih temperatura ( adsorpcijse izobare) Odnosno od T=onst. određuje se masimalna oličina adsorptiva oju vezuje jedinica mase adsorbenta od rzaličitih tlaova odnosno oncentracija (adsorpcijse izoterme ) 7 IZOTERME ADSORPIJE Jednadžba izotermne adsorpcije: m ' = K p m (g )- masa adsorbirane omponente pri standardnim uvjetima, K-onstanta n-esponent n<1 Masa adsorbirane tvari se povećava s povećanjem tlaa i smanjenjem temperature, ali do određene veličine tlaa da bi iza toga masa adsorbirane tvari bila onstantna s daljim povećanjem tlaa n 8 Prema Langmuir-u adsorpcija prestaje onaj trenuta ad se na površinu adsorbenta nahvata monomoleularni sloj adsorptiva. Brzina adsorpcije je proporcionalna neporivenom dijelu površine adsorbenta, a brzina desorpcije je proporcionalna dijelu porivene površine adsorbenta Langmuirova jednadžba brzine adsorpcije jednaa je brzini desorpcije: m' K1 p = m K p + K m m m (g )-masa adsorptiva potrebna da se površina 1 g adsorbenta porije monomoleularnim slojem m (g )- masa adsorbirane omponente, K 1 onstanta K 2 - onstanta Za adsorpciju tvari iz apljevite faze Freundlichova jendažba je: n g x = K3 m ga x g - masa adsorptiva oju može adsorbirati 1 g ga adsorbenta m (g /m 3 )- oncentracija tvari oja se adsorbira u apljevinu 10 Jednadžba po Freundlich-u valjana je za nise oncentracije Pri višim oncentracijama masa adsorbirane tvari opada s porastom oncentracije, a može biti ča i niža Adsorpcija se apljevite tvari na rutoj tvari zbiva znatno sporije nego adsorpcija plinovite tvari Kapljevita tvar se adsorbira uglavnom na površini rutina i rupnijih apilara Pri adsorpciji nee tvari adsorbiraju znatno više od drugih Iz plinse smjese se više adsorbiraju više visoo moleularne tvari nego nisomoleularne tvari Iz vodenih otopina prema Traube-ovom pravilu više adsorbiraju organse tvari oje se nalaze dalje u homolognoj seriji. Adsorptiv oji laše adsorbira teže desorbira

3 KINETIKA ADSORPIJE DISKONTINUIRANA Provodi se tao da se roz neporetni sloj propušta plinsa ili apljevita smjesa iz oje se izdvaja nea tvar Tijeom adsorpcije čelni dio sloja u smjeru nastrujavanja smjese zasičuje se adsorptivom i roz njega protječe plinsa ili apljevita smjesa ne trpeći niavu promjenu do se zona adsorpcije premješta na naredni sloj Da je brzina adsorpcije bila neizmjerno velia, adsorpcija narednog sloja uslijedila bi te naon što se zasiti prethodni čeoni sloj Realno brzina adsorpcije je onačna tao da se roz sloj adsorbenta adsorptiv raspoređuje ravnomjeno tao da nastaje fronta adsorpcije Naon istea neog vremena dio se sloja adsorbenta zasićuje adsorptivom Protelo vrijeme adsorpcije do trenuta nastana dijela zasićenog sloja je vrijeme formiranja zone adsorpcije S vremenom se zona adsorpcije pomiće prema gornjem dijelu sloja pri ćemu se oncentracija adsorptiva u bilo ome sloju zone adsorpcije postepeno pomiće sve do zasićenja Naon formiranja zone adsorpcije (I faza) nastaje II faza u ojoj se fronta adsorpcije pomiće u smjeru strujanja medija onstantnom brzinom v f Bilanca mase adsorptiva za razdoblje paralenog pomicanja fronte adsorpcije: ' ( v v ) Aε = v A f mo f ms v -brzina strujanja smjese u prostoru između zrnaca sloja adsorbenta A- površina presjea sloja adsorpenta ε poroznost sloja adsorbenta mo -polazna masena oncentracija adsorptiva u smjesi (g/m 3 ) ms -masena oncentracija adsorptiva u sloju adsorbenta u ravnoteži s mo

4 Brzina ravnomjenog pomicanja fronte adsorpcije je: εmo mo vf = v = v' ε + ' ε + ' mo ms mo ms Gdje je v =v ε fitivna brzina smjese 19 Prijenos mase od adsorpcije Tvar se iz plinse ili apljevite smjese adsorbira samo u zoni adsorpcije Sloj adsorptiva je duljine L o U početnom se dijelu zone adsorpcije m je u ravnoteži sa polaznom oncentracijom mpo Pri proračunu adsorpcije se obično usvaja da su veličine u početnom dijelu zone adsorpcije: L = 0 (m ) 3 m p = 0, 95 m po (g m ) = m m o 3 ' m (g ) na raju zone adsorpcije: L= L m p m = 0, 05 = ' m m po 20 Količina tvari oja se adsorbira: m = L A g m 3 3 ' o (0,95 mpo 0,05 mpo ) (m ) Površina ontata faza se ne može odrediti, pa se u jednadžbi prolaza mase oristi volumen zone adsorpcije V o =AL o : ( ) m' = K V ' t = K AL t g Kv m v o ms m v o ms m 1 volumni oeficijent prolaza mase( s ) t vrijeme adsorpcije (s) -3 ms srednja poretača sila adsorpcije (gm ) Srednja poretača sila adsorpcije je: 0,95 0,05 0,9 ms = = 0,95 mpo d mp noc 0,05 mpo ' no mpo mpo mpo 3 (g m ) mp mp broj jedinica prolaza mase Brzina premještanja fronte adsorpcije: Lo v f = K v n o Duljina adsorpcione zone: L = o v n f K Volumensi oeficijent prolaza mase određuje se iz: 1 1 Kv = s K K pv v o v 23 pv v volumensi oeficijent prijenosa mase u plinsoj smjesi(1/s) volumensi oeficijent prijenosa mase u sloju adsorbenta (1/s) b - srednja vrijednost oeficijenta prilona ravnotežne linije adsorpc ije Do danas nisu poznate jednadžbe pomoću ojih se mogu točno odrediti volumensi oeficijenti prijenosa mase u adsorbentu. 24 4

5 Desorpcija Odvajanje adsorptiva od adsorbenta Provodi se istisivanjem adsorptiva pomoću drugog adsorptiva oji se čvršće veže na adsorbent ili isparavanjem ao adsorptiv ima niso vrelište na taj način da se adsorbent grije Provodi se najčešće ao se roz sloj adsorbenta propušta prethodno zagirjani plin ili para tvari pomoću oje se desorbira adsorptiv iz adsorbenta Sredastva za desorpciju su suhozasićena ili pregrijana vodena para, pare organsih tvari ili inertni plinovi. ADSORBENTI Ativni ugljen: dobiva se iz organsih tvari suhom destilacijom uz nanadno ativiranje. Dijele se na ugljene za: odbojadisavanje, za adsorpciju metala i medicinse Odbojadisavanje u obliu praha: biljnih ulja i masti; čišćenje šećernih soova i sirupa; pri ristalizaciji ili uparavanju mliječne, vinse, citronse iseline i dr. ; pri čišćenju vode, poljepšavanju vina i piva i sl Koštani ugljen: suhom destilacijom od ostiju životinja naon ulanjanja mesa i masti Svježi sastoji se iz 75% alcijeva fosfata, 10% ugljena, 8% alcijevog arbonata, 7% vode i drugih tvari. Kalcijev fosfat izgrađuje porozni ostur Na površini pora se nalazi uglji Koristi se za: filtraciju šećernog soa pri čemu se obojena supstancija adsorbira na ugljen a obojene soli na alcijev fosfat puta manja adsorpcijsa sposobnost od ativnog ugljena Zemlje za bijeljenje: glinama slične tvari, sa sposobnosti adsorpcije boja, masti, smole i sl. Koriste se za ulanjanje masti iz sirovih vunenih tanina valjanjem Za razliu od glina nisu plastične i ne bubre u vodi Ativne gline: za bijeljenje se dobivaju obradom bentonitnih glina Koriste se u obliu praha i ne mogu se reativirati Veće adsorpcijse sposobnosti od zemlje za bijeljenje Siliagel: odvodnjeni hidrogel silicijeve iseline Koristi se u obliu zrna promjera 1-4 mm, nasipne mase g m -3, površine (4-7)x10 5 m 2 g -1 velia adsorpcijsa sposobnost posebno prema vodenoj pari Regenerira se Koristi se za: sušenje zraa, u medicini, ao adsorbent u adsorpcijsim rashladnim postrojenjima i ao sredstvo za romatografiju Ativirani aluminijev osid i ativirani bosit: za adsorpciju različitih plinova i para i obojenih tvari i drugih nečistoća iz organsih apljevina, a najčešće vode i vodene pare iz zraa u limatizacijsim uređajima Ativna omponenta je dehidrirani aluminijev hidrosid Magnezijev osid: oristi se za ulanje remene iseline iz vode za napajanje otlova

6 Moleularna sita: ristalizirani zeoliti u ojima su ristalne rešete tao raspoređene da čine stabilnu prostornu mrežu s veliim šupljinama međusobno spojenim ružnim otvorima manjeg promjera U šuplinama su smještane moleule vode i izmjenljivi ationi Povišenjem temperature vodu se može istjerati i ostaju slobodne šupljine u ojima se može supljati adsorptiv Ioni smješteni na otvorima određuju svojom veličinom veličinu otvora tao da se zamjenom jednih iona s drugim ta veličina može po volji ragulirati Otvori pora određenih dimenzija odjeljuju tvari s moleulama različitih dimenzija i onfiguracija PROVOĐENJE ADSORPIJE Bitno je definirati vrijeme ontata između adsorptiva i adsorbenta da se postupa adsorpcije što bolje provede Provedba adsorpcije zavisi o svojstvima adsorbenta, adsorptiva i plinse ili apljevite smjese, o svojstvima da adsorbira odnosno da budu adsorbirani, o hlapivosti, zapaljivosti i drugim tehničim i eonomsim uvjetima Adsorber s mirujućim slojem adsorbenta Disontinuirana adsorpcija se provodi u 4 stadija: 1. Adsorpcija 2. Desorpcija 3. Sušenje 4. Hlađenje Adsorbent je smještan na perforiranim pločama ili na rešetama Kada se na izlazu iz uređaja pojavi nedozvoljena oncentracija omponente oja se iz plina adsorbira je zna da je adsorbent zasićen i postupa se obustavlja

7 Plinsa smjesa se uvodi preo razdjelnog poda Kroz cjevčice razdjelnog poda plinsa smjesa ulazi u zonu adsorpcije olone Dolazi u ontat s adsorbentom oji naon hlađenja u izmjenjivaču topline pada prema dolje U zoni adsorpcije se adsorbiraju omponente, a preostali inertni plin izvodi se vani roz cijevni priljuča Adsorbent iz zone adsorpcije pada u zonu retifiacije gdje u ontatu nadolazeće pare iz donjeg dijela olone oslobađa slabije adsorbirane omponente pa nastaje međufracija oja se iz olone izvodi roz cijevni priljuča Iz zone retifiacije adsorbent ulazi u zonu Zona desorpcije je izvedena u obliu izmjenjivača topline s cijevnim registrom U međuprostor između cijevi zone desorpcije uvodi se ogrijevni medij visoe temperature Kroz cijevi desorbera propuhuje se pregrijana vodena para oja iz adsorbenta istjeruje adsorbirane omponente iz plinse smjese Smjesa pare i desorbirane omponente se izvodi se iz olone roz cijevni priljuča Dio smjese pare i desorbirane omponente iz zone desorpcije odvodi se u zonu retifiacije desorpcije roz razdjelni pod U njoj služi za istjerivanje slabo adsorbirane omponente iz adsorbenta Iz zone desorpcije roz razdjelni pod adsorbent pada na dno olone a zatim u prihvatni spremni Iz prihvatnog spremnia zraom oji se tlači ventilatorom preo cjevovoda adsorbent prebacuje u spremni odale pada u cijevi izmjenjivača topline gdje se hladi do potrebne temperature i nastavlja prethodno opisani put Postoji više tipova adsorbera s fluidiziranim slojem Izvedba višeomornog adsorbera s fluidiziranim adsorbentom slična je podnoj retifiacionoj oloni Plinsa smjesa uvodi se roz cijevni priljuča a zatim prolazi roz otvore na podovima olone Između podova se nalazi fluidizirani adsorbent U ontatu s adsorbentom adsorbira omponenta iz plinse smjese Adsorbent se u olonu uvodi roz cijevni priljuča Jedan dio adsorbenta stalno propada roz preljevne cijevi, a zatim se preo zračnog zapornia izvodi iz olone Na izlazu iz olone adsorbent se uvodi u posebni uređaj gdje se desorbira adsorbirana omponenta i ponovno uvodi u olonu Nedostata je da se adsorbent za vrijeme uporabe usitnjava te ao taav nije pogodan za upotrebu 41 7