U inženjerstvu i hemijskoj tehnologiji najčešće se susreće apsorpcija (apsorpcija, otapanje) gasova tečnostima. Ali poznati su i procesi apsorpcije plinova i tekućina kristalnim i amorfnim tijelima (na primjer, apsorpcija vodika metalima, apsorpcija niskomolekularnih tekućina i plinova zeolitima, apsorpcija naftnih derivata proizvodima od gume itd. .).
Često tokom procesa apsorpcije dolazi ne samo do povećanja mase upijajućeg materijala, već i do značajnog povećanja njegovog volumena (bubrenja), kao i do promjene njegovih fizičkih karakteristika - do agregacijskog stanja.
U praksi se apsorpcija najčešće koristi za odvajanje smjesa koje se sastoje od tvari koje imaju različite sposobnosti da se apsorbiraju odgovarajućim apsorbentima. U ovom slučaju, ciljni proizvodi mogu biti i apsorbirane i neapsorbirane komponente smjese.
Tipično, u slučaju fizičke apsorpcije, apsorbirane tvari se mogu ponovno ekstrahirati iz apsorbenta zagrijavanjem, razrjeđivanjem neupijajućom tekućinom ili na drugi prikladan način. Ponekad je moguća i regeneracija hemijski apsorbovanih supstanci. Može se zasnivati na hemijskom ili termičkom razgradnji produkata hemijske apsorpcije, oslobađajući sve ili neke od apsorbovanih supstanci. Ali u mnogim slučajevima, regeneracija hemijski apsorbovanih supstanci i hemijskih upijača je nemoguća ili tehnološki/ekonomski neizvodljiva.
Pojave apsorpcije su rasprostranjene ne samo u industriji, već iu prirodi (na primjer, bubrenje sjemena), kao iu svakodnevnom životu. U isto vrijeme, mogu donijeti i korist i štetu (na primjer, fizička apsorpcija atmosferske vlage dovodi do bubrenja i naknadnog raslojavanja drvenih proizvoda, kemijska apsorpcija kisika gumom dovodi do gubitka elastičnosti i pucanja).
Potrebno je razlikovati apsorpciju (upijanje u zapremini) od adsorpcije (apsorpcije u površinskom sloju). Zbog sličnosti pravopisa i izgovora, kao i sličnosti označenih pojmova, ovi pojmovi se često brkaju.
Vrste apsorpcije
Pravi se razlika između fizičke apsorpcije i hemisorpcije.
Tokom fizičke apsorpcije, proces apsorpcije nije praćen hemijskom reakcijom.
Tokom hemisorpcije, apsorbirana komponenta ulazi u kemijsku reakciju sa apsorbirajućom tvari.
Apsorpcija gasova
Svako gusto tijelo prilično značajno kondenzira čestice plinovite tvari koje ga okružuju neposredno uz njegovu površinu. Ako je takvo tijelo porozno, poput drvenog uglja ili spužvaste platine, tada se ova kondenzacija plinova odvija po cijeloj unutrašnjoj površini njegovih pora, a samim tim i u mnogo većem stepenu. Evo jasnog primjera za to: ako uzmemo komad svježe kalciniranog drvenog uglja, bacimo ga u bocu u kojoj se nalazi ugljični dioksid ili neki drugi plin, i odmah je zatvorimo prstom, spustimo s rupom dolje u živinu kadu, mi uskoro će vidjeti šta se diže i ulazi u bocu; ovo direktno dokazuje da je ugalj apsorbirao ugljični dioksid ili je u suprotnom došlo do zbijanja i apsorpcije plina.
Svako zbijanje stvara toplinu; dakle, ako se ugalj samlje u prah, što se, na primjer, prakticira u proizvodnji baruta, i ostavi da leži na hrpi, onda se zbog apsorpcije zraka koja se ovdje događa, masa toliko zagrije da se može doći do paljenja. Uređaj Döbereiner platinastog plamenika zasniva se na ovom grijanju ovisnom o apsorpciji. Komad spužvaste platine koji se nalazi tamo komprimira kisik iz zraka i struju vodika usmjerenu na njega tako snažno da postepeno počinje svijetliti i konačno zapaliti vodonik. Supstance koje apsorbuju - upijaju vodenu paru iz vazduha, kondenzuju je u sebi, formirajući vodu, i od toga postaju vlažne, kao što su nečista kuhinjska so, potaša, kalcijum hlorid itd. Takva tela se nazivaju higroskopna.
Apsorpciju gasova poroznim tijelima prvi su primijetili i gotovo istovremeno proučavali Fontan i Scheele 1777. godine, a zatim su je proučavali mnogi fizičari, posebno Saussure 1813. godine. Potonji, kao najpohlepniji apsorberi, ukazuje na bukov ugalj i plovućac (meerschaum). Jedna zapremina takvog uglja pri atmosferskom pritisku od 724 mil. apsorbira 90 volumena amonijaka, 85 - klorovodika, 25 - ugljičnog dioksida, 9,42 - kisika; Plovac je, u istom poređenju, imao nešto manji upijajući kapacitet, ali je u svakom slučaju i jedan od najboljih upijača.
Što se gas lakše kondenzuje u tečnost, to se više apsorbuje. Pri niskom vanjskom pritisku i pri zagrijavanju, količina apsorbiranog plina se smanjuje. Što su pore apsorbera manje, odnosno što je gušći, to je generalno veći njegov kapacitet upijanja; Međutim, premale pore, poput grafita, ne pogoduju apsorpciji. Organski ugalj apsorbuje ne samo gasove, već i mala čvrsta i tečna tela, pa se stoga koristi za obezbojavanje šećera, prečišćavanje alkohola itd. Zbog apsorpcije, svako gusto telo je okruženo slojem zbijenih para i gasova. Ovaj razlog, prema Weidelu, može poslužiti da se objasni neobičan fenomen takozvanih uzoraka znoja koje je otkrio Moser 1842. godine, odnosno onih dobijenih disanjem na staklo. Naime, ako na uglačanu staklenu ravan nanesete kliše ili neku vrstu reljefnog dizajna, a zatim, oduzimajući ga, udahnete na ovo mjesto, tada ćete dobiti prilično tačnu sliku dizajna na staklu. To je zbog činjenice da kada kliše leži na staklu, plinovi u blizini površine stakla se neravnomjerno raspoređuju, ovisno o reljefnom uzorku koji se nanosi na kliše, pa se stoga i vodena para, prilikom disanja na ovom mjestu, nalazi raspoređeni ovim redoslijedom, i nakon što se ohladi i taloži, i reproducirajte ovaj crtež. Ali ako prethodno zagrijete staklo ili kliše i tako raspršite sloj plinova koji se zbije u njihovoj blizini, onda se takvi uzorci znoja ne mogu dobiti.
Prema Daltonovom zakonu, iz mješavine plinova, svaki plin se rastvara u tekućini proporcionalno svom parcijalnom pritisku, bez obzira na prisustvo drugih plinova. Stepen rastvaranja gasova u tečnosti određuje se koeficijentom koji pokazuje koliko se zapremina gasa apsorbuje u jednoj zapremini tečnosti pri temperaturi gasa od 0° i pritisku od 760 mm. Koeficijenti apsorpcije za gasove i vodu izračunavaju se pomoću formule α = A + IN t+ C t², gdje je α traženi koeficijent, t je temperatura plina, A , IN I WITH - konstantni koeficijenti određeni za svaki pojedinačni gas. Prema Bunsenovom istraživanju, koeficijenti najvažnijih plinova su sljedeći:
Osim čvrstih tvari, mogu se apsorbirati i tekućine, posebno ako se pomiješaju u posudi. 1 zapremina limenke za vodu na 15 °C i 744 mil. pritisak da se rastvori u sebi, apsorbuje 1/50 zapremine atmosferskog vazduha, 1 zapreminu ugljen-dioksida, 43 zapremine sumpor-dioksida i 727 zapremine amonijaka. Volumen gasa koji na 0 °C i 760 mil. barometarski pritisak koji apsorbuje jedinica zapremine tečnosti naziva se koeficijent apsorpcije gasa za ovu tečnost. Ovaj koeficijent je različit za različite gasove i različite tečnosti. Što je veći vanjski pritisak i niža temperatura, to se više plina otapa u tekućini, veći je koeficijent apsorpcije. Čvrste materije i tečnosti apsorbuju različite količine gasova u datom trenutku, pa je stoga moguće izračunati količinu apsorbovanog gasa za svaku pojedinačnu tečnost. Proučavanje apsorpcije gasova tečnostima započeo je Henri (), a zatim su ga produžili Saussure () i W. Bunsen (“Gasometrische Methoden”, Braunschweig, 2. izdanje). - Razlog apsorpcije je međusobna privlačnost molekula upijajućeg i apsorbovanog tijela.
vidi takođe
Napišite recenziju o članku "Apsorpcija"
Linkovi
Apsorpcija pomoću primjera na web stranici Planinske enciklopedije.
Bilješke
Izvod koji opisuje apsorpciju
Pjer nije imao onu praktičnu upornost koja bi mu dala priliku da direktno pređe na posao, pa ga zato nije voleo i samo je pokušavao da se pravi menadžeru da je zauzet poslom. Menadžer je pokušao da se pretvara pred grofom da ove aktivnosti smatra veoma korisnim za vlasnika i stidljivim za sebe.Bilo je poznanika u velikom gradu; stranci su požurili da se upoznaju i srdačno dočekali novopridošlog bogataša, najvećeg vlasnika provincije. Iskušenja u pogledu Pjerove glavne slabosti, one koju je priznao prilikom prijema u ložu, takođe su bila toliko jaka da se Pjer nije mogao suzdržati od njih. Opet su čitavi dani, sedmice, mjeseci Pjerovog života prolazili jednako uznemireno i užurbano između večeri, večera, doručka, balova, ne dajući mu vremena da dođe sebi, kao u Sankt Peterburgu. Umjesto novog života koji je Pjer nadao da će voditi, živio je istim starim životom, samo u drugom okruženju.
Od tri svrhe masonerije, Pjer je bio svjestan da nije ispunio onu koja je svakom masonu propisivala da bude uzor moralnog života, a od sedam vrlina dvije su mu u sebi potpuno nedostajale: dobar moral i ljubav prema smrti. Tešio se činjenicom da ispunjava još jednu svrhu - ispravljanje ljudskog roda i da ima druge vrline, ljubav prema bližnjem i posebno velikodušnost.
U proleće 1807. Pjer je odlučio da se vrati u Sankt Peterburg. Na povratku je namjeravao obići sva svoja imanja i lično provjeriti šta je urađeno od onoga što im je propisano i u kakvoj se situaciji sada nalaze ljudi, koje mu je Bog povjerio, a kojima je nastojao da se okoristi.
Glavni upravnik, koji je sve ideje mladog grofa smatrao gotovo ludilom, nedostatkom za sebe, za njega, za seljake, učinio je ustupke. Nastavljajući da se zadatak oslobađanja čini nemogućim, naredio je izgradnju velikih školskih zgrada, bolnica i skloništa na svim imanjima; Za gospodarev dolazak, posvuda je pripremao sastanke, ne pompezno svečane, koje, znao je, Pjer ne bi voleo, već samo onu vrstu verske zahvalnosti, sa slikama i hlebom i solju, baš onakvu kakvu je, kako je razumeo majstora, , trebalo bi da utiče na brojanje i prevari ga .
Južno proljeće, mirno, brzo putovanje bečkom kočijom i samoća puta djelovali su na Pjera radosno. Bilo je imanja koja još nije posjetio - jedno slikovitije od drugog; Ljudi su posvuda izgledali prosperitetni i dirljivo zahvalni na dobrobitima koje su im učinjene. Posvuda je bilo sastanaka koji su, iako su osramotili Pjera, duboko u njegovoj duši izazivali radost. Na jednom mjestu, seljaci su mu ponudili kruh i sol i sliku Petra i Pavla i tražili dozvolu u čast njegovog anđela Petra i Pavla, u znak ljubavi i zahvalnosti za dobra djela koja je učinio, da podigne novu kapela u crkvi o svom trošku. Drugdje su ga srele žene sa dojenčadima koje su mu zahvalile što ga je spasio od teškog rada. Na trećem posjedu dočekao ga je svećenik s krstom, okružen djecom, koju je, milošću grofa, podučavao pismenosti i vjeronauku. Na svim imanjima Pjer je svojim očima, po istom planu, vidio kamene zgrade bolnica, škola i ubožnica koje su uskoro trebale biti otvorene. Pjer je posvuda viđao izveštaje upravnika o baršunskom radu, smanjenom u odnosu na prethodni, i za to čuo dirljivu zahvalnost deputacija seljaka u plavim kaftanima.
Pjer samo nije znao da tamo gde su mu doneli hleb i so i sagradili kapelu Petra i Pavla, na Petrovdan je bilo trgovačko selo i vašar, da su kapelu već davno podigli bogati seljaci. sela, oni koji su mu dolazili, i to devet desetina Seljaci ovog sela bili su u najvećoj propasti. Nije znao da su zbog toga što su po njegovom naređenju prestali da šalju djecu žena sa dojenčadima na barački rad, ova ista djeca obavljala najteži posao u svojoj polovini. Nije znao da sveštenik koji ga je dočekao sa krstom opterećuje seljake svojim iznudama, a da su mu učenici koji su se okupili sa suzama davani, a roditelji su ih otkupljivali za veliki novac. Nije znao da su kamene zgrade, prema planu, podigli sopstveni radnici i povećali seljački korve, smanjen samo na papiru. Nije znao da je tamo gdje mu je upravnik u knjizi naznačio da mu je dažbina smanjena za jednu trećinu po njegovoj volji, baranska dažbina dodata za polovinu. I zato je Pjer bio oduševljen svojim putovanjem kroz imanja, i potpuno se vratio u filantropsko raspoloženje u kojem je napustio Sankt Peterburg, i pisao oduševljena pisma svom bratu mentoru, kako je nazivao velikog majstora.
„Kako je lako, kako je malo truda potrebno da se učini toliko dobra, pomisli Pjer, i kako nam je malo stalo do toga!“
Bio je zadovoljan iskazanom zahvalnošću, ali ga je bilo sramota da je prihvati. Ova zahvalnost ga je podsjetila koliko je više mogao učiniti za ove jednostavne, ljubazne ljude.
Glavni menadžer, veoma glup i lukav čovek, koji je potpuno razumeo pametnog i naivnog grofa, i igrajući se s njim kao igračkom, videći kakav efekat na Pjera proizvode pripremljene tehnike, odlučnije se okrenuo prema njemu sa argumentima o nemogućnosti i, što je najvažnije, nepotrebnost oslobađanja seljaka, koji su i bez njih bili potpuno sretni.
Pjer se potajno složio sa upravnikom da je teško zamisliti srećnije ljude i da ih Bog zna šta ih čeka u divljini; ali Pjer je, iako nevoljko, insistirao na onome što je smatrao poštenim. Upravitelj je obećao da će upotrijebiti svu svoju snagu da izvrši volju grofa, jasno shvaćajući da mu grof nikada neće moći vjerovati ne samo u pogledu toga da li su poduzete sve mjere da se šume i imanja prodaju, da se otkupe od Vijeća. , ali isto tako vjerovatno nikada ne bi pitao ili saznao kako izgrađene zgrade stoje prazne, a seljaci i dalje daju radom i novcem sve što daju od drugih, odnosno sve što mogu dati.
U najsretnijem stanju duha, vraćajući se sa svog južnjačkog putovanja, Pjer je ispunio svoju davnu namjeru da pozove svog prijatelja Bolkonskog, kojeg nije vidio dvije godine.
Bogučarovo je ležalo u ružnom, ravnom kraju, prekrivenom njivama i posječenim i neposječenim šumama jele i breze. Dvorište vlastelinstva nalazilo se na kraju prave linije, uz glavni put sela, iza tek iskopane, pune bare, sa obalama koje još nisu zarasle u travu, usred mlade šume, između koje stajalo je nekoliko velikih borova.
Dvorište vlastelinstva sastojalo se od gumna, gospodarskih zgrada, štale, kupatila, gospodarske zgrade i velike kamene kuće s polukružnim zabatom, koja je još bila u izgradnji. Oko kuće je zasađena mlada bašta. Ograde i kapije bile su jake i nove; ispod nadstrešnice stajale su dvije vatrogasne cijevi i bure obojeno u zeleno; putevi su bili pravi, mostovi čvrsti sa ogradama. Sve je nosilo otisak urednosti i štedljivosti. Sluge koje su se srele, kada su ih pitali gdje živi princ, pokazivale su na malu, novu pomoćnu zgradu koja je stajala na samom rubu bare. Stari ujak princa Andreja, Anton, izbacio je Pjera iz kočije, rekao da je princ kod kuće i uveo ga u čist, mali hodnik.
Pjera je iznenadila skromnost male, iako čiste kuće nakon sjajnih uslova u kojima je poslednji put video svog prijatelja u Sankt Peterburgu. Žurno je ušao u još uvijek mirišući na borove, neožbukani, mali hodnik i htio je dalje, ali Anton je na prstima krenuo naprijed i pokucao na vrata.
- Pa, šta je tamo? – čuo se oštar, neprijatan glas.
"Gost", odgovori Anton.
„Zamoli me da sačekam,“ i čuo sam kako se pomera stolica. Pjer je brzo prišao vratima i suočio se licem u lice s princom Andrejem, koji mu je izlazio namršten i ostario. Pjer ga je zagrlio i, podigavši naočare, poljubio ga u obraze i pažljivo ga pogledao.
"Nisam to očekivao, veoma mi je drago", rekao je princ Andrej. Pierre nije rekao ništa; Pogledao je prijatelja iznenađeno, ne skidajući pogled. Bio je zatečen promjenom koja se dogodila u princu Andreju. Reči su bile ljubazne, osmeh je bio na usnama i licu princa Andreja, ali njegov pogled je bio tup, mrtav, kome, uprkos očiglednoj želji, princ Andrej nije mogao da da radostan i vedar sjaj. Nije da je njegov prijatelj smršavio, preblijedio i sazreo; ali ovaj pogled i bora na njegovom čelu, koji su izražavali dugu koncentraciju na jednu stvar, začudili su i otuđili Pjera dok se nije navikao na njih.
Prilikom susreta posle duže razdvojenosti, kao što se uvek dešava, razgovor nije mogao da prestane dugo; pitali su i kratko odgovarali o stvarima za koje su i sami znali da je trebalo dugo razgovarati. Konačno, razgovor se postepeno počeo zadržavati na onome što je ranije rečeno fragmentarno, na pitanjima o njegovom prošlom životu, o planovima za budućnost, o Pjerovim putovanjima, o njegovim aktivnostima, o ratu, itd. Ta koncentracija i depresija koju je Pjer primijetio u izgledu princa Andreja sada se još jače izražavao osmeh kojim je slušao Pjera, posebno kada je Pjer sa živom radošću govorio o prošlosti ili budućnosti. Kao da je princ Andrej želeo, ali nije mogao da učestvuje u onome što je govorio. Pjer je počeo da oseća da entuzijazam, snovi, nade u sreću i dobrotu pred knezom Andrejem nisu pravi. Bilo ga je stid da iznese sve svoje nove, masonske misli, posebno one obnovljene i uzbuđene u njemu njegovim poslednjim putovanjem. Uzdržao se, bojao se biti naivan; istovremeno je neodoljivo želeo da brzo pokaže svom prijatelju da je sada potpuno drugačiji, bolji Pjer od onog koji je bio u Sankt Peterburgu.
Tema 3.3. Apsorpcija 12 sati, uklj. lab. rob. i praktično zauzet 6 sati
Učenik mora:
znati:
Fizičke osnove i teorija procesa apsorpcije (ravnoteža između faza, principi sastavljanja toplotnog bilansa materijala, jednačina radne linije);
- postupak za izračunavanje nabijenog i pjenušavog apsorbera;
- suština i metode desorpcije;
biti u stanju:
- izraditi materijalni i toplinski bilans;
- odrediti potrošnju apsorbera;
- izgraditi ravnotežnu i radnu procesnu liniju;
- Odredite glavne ukupne dimenzije apsorbera pomoću referentnih knjiga.
Svrha apsorpcije. Apsorpcija pri odvajanju homogenih gasnih mešavina i prečišćavanju gasa. Odabir upijača. Fizička apsorpcija i apsorpcija praćena hemijskom interakcijom. Desorpcija.
Ravnoteža između faza tokom apsorpcije. Uticaj temperature i pritiska na rastvorljivost gasova u tečnostima. Materijalni bilans procesne i operativne linije jednadžbe za apsorpciju i desorpciju. Potrošnja upijanja. Toplotna ravnoteža apsorpcije. Uklanjanje toplote tokom apsorpcije.
Apsorpcija nazvan proces selektivne apsorpcije komponenti iz gasa ili mešavine para i gasa tečnim apsorberima - apsorbentima.
Princip apsorpcije zasniva se na različitoj rastvorljivosti komponenti gasa i mešavine para i gasa u tečnostima pod istim uslovima. Stoga se izbor upijača vrši ovisno o rastvorljivosti apsorbiranih komponenti u njima, što je određeno:
· fizička i hemijska svojstva gasovitih i tečnih faza;
· temperatura i pritisak procesa;
Prilikom odabira apsorbenta potrebno je uzeti u obzir svojstva kao što su selektivnost u odnosu na apsorbiranu komponentu, toksičnost, opasnost od požara, cijenu, dostupnost itd.
Pravi se razlika između fizičke apsorpcije i hemijske apsorpcije (hemisorpcije). Tokom fizičke apsorpcije, apsorbirana komponenta stvara samo fizičke veze sa apsorbentom. Ovaj proces je u većini slučajeva reverzibilan. Odvajanje apsorbovane komponente iz rastvora – desorpcija – zasniva se na ovoj osobini. Ako apsorbirana komponenta reagira sa apsorbentom i formira hemijsko jedinjenje, proces se naziva hemisorpcija.
Proces apsorpcije je obično egzoterman, odnosno praćen je oslobađanjem topline.
Apsorpcija se široko koristi u industriji za odvajanje ugljikovodičnih plinova u rafinerijama nafte, proizvodnju hlorovodonične i sumporne kiseline, amonijačne vode, prečišćavanje emisija plinova od štetnih nečistoća, odvajanje vrijednih komponenti iz krekirajućih plinova ili pirolize metana, iz koksa plinovi iz peći itd.
Ravnoteža u procesima apsorpcije određena je Gibbsovim faznim pravilom (B.4), koje je generalizacija uslova heterogene ravnoteže:
C = K - F + 2.
S obzirom da se proces apsorpcije odvija u dvofaznom (gas – tečnost) i trokomponentnom (jedna distributivna i dve distribucione komponente) sistemu, broj stepena slobode je tri.
Dakle, ravnoteža u sistemu gas (para) - tečnost može se okarakterisati sa tri parametra, na primer, temperaturom, pritiskom i sastavom jedne od faza.
Ravnoteža u sistemu gas-tečnost određena je Henrijevim zakonom rastvorljivosti, prema kojem je, na datoj temperaturi, molski udeo gasa u rastvoru (rastvorljivost) proporcionalan parcijalnom pritisku gasa iznad rastvora:
gde je p parcijalni pritisak gasa iznad rastvora; x – molarna koncentracija gasa u rastvoru; E – koeficijent proporcionalnosti (Henryjev koeficijent).
Henrijev zakon se prvenstveno odnosi na slabo rastvorljive gasove, kao i na rastvore sa niskom koncentracijom visoko rastvorljivih gasova u odsustvu hemijske reakcije.
Koeficijent E ima dimenziju pritiska koja se poklapa sa dimenzijom p i zavisi od prirode rastvarajuće supstance i temperature. Utvrđeno je da sa povećanjem temperature opada rastvorljivost gasa u tečnosti. Kada je mešavina gasova u ravnoteži sa tečnošću, Henrijev zakon se može pratiti za svaku komponentu smeše posebno.
Budući da toplinski efekat koji prati proces apsorpcije negativno utječe na položaj ravnotežne linije, to se mora uzeti u obzir u proračunima. Količina toplote koja se oslobađa tokom apsorpcije može se odrediti zavisnošću
gdje je q d diferencijalna toplina rastvaranja unutar raspona promjena koncentracije x 1 – x 2; L – količina upijača.
Ako se apsorpcija vrši bez odvođenja topline, onda možemo pretpostaviti da sva oslobođena toplina ide na zagrijavanje tekućine, a temperatura potonje raste za
gde je c toplotni kapacitet rastvora.
Da bi se snizila temperatura, početna gasna mešavina i apsorbent se hlade, uklanjajući toplotu oslobođenu tokom procesa apsorpcije pomoću ugrađenih (unutrašnjih) ili eksternih izmenjivača toplote.
Parcijalni pritisak rastvorenog gasa u gasnoj fazi koji odgovara ravnoteži može se odrediti pomoću Daltonov zakon, prema kojem je parcijalni pritisak neke komponente u gasnoj mešavini jednak ukupnom pritisku pomnoženom sa molskim udelom ove komponente u smeši, tj.
Gdje R– ukupni pritisak gasne mešavine; y je molarna koncentracija plina raspoređenog u smjesi.
Upoređujući jednačine (10.2) i (10.1), nalazimo
gdje je A jednako = E/P – konstanta fazne ravnoteže, primjenjiva za područja djelovanja Henryjevih i Daltonovih zakona.
Neka je R ab pritisak pare čistog apsorbenta pod uslovima apsorpcije; p ab – parcijalni pritisak upijajuće pare u rastvoru; P – ukupni pritisak; x – molski udio apsorbovanog gasa u rastvoru; y molski udio distribuiranog plina u plinovitoj fazi; yab je molski udio apsorbenta u gasnoj fazi.
Prema Raoultovom zakonu, parcijalni tlak komponente u otopini jednak je tlaku pare čiste komponente pomnoženom s njenim molskim udjelom u otopini:
Prema Daltonovom zakonu (10.2), parcijalni pritisak apsorbenta u gasnoj fazi jednak je
U ravnoteži
Analiza faktora koji utiču na ravnotežu u sistemima gas (para)-tečnost omogućila je da se utvrdi da su parametri koji poboljšavaju uslove apsorpcije povećani pritisak i nisku temperaturu, a faktori koji podstiču desorpciju su nizak pritisak, visoka temperatura i uvođenje aditiva koji smanjuju rastvorljivost gasova u tečnostima.
Materijalni bilans proces apsorpcije je izražen diferencijalnom jednačinom
gdje je G protok mješavine plina (inertni plin), kmol/s; L – protok upijanja, kmol/s; Y n i Y k – početni i konačni sadržaj distribuirane supstance u gasnoj fazi, kmol/kmol inertnog gasa; X k i X n – početni i konačni sadržaj distribuirane supstance u apsorbentu, kmol/kmol apsorbenta; M je količina distribuirane supstance prenesene iz faze G u fazu L u jedinici vremena, kmol/s.
Iz jednačine materijalnog bilansa (10.9) možete odrediti potrebnu ukupnu potrošnju apsorbenta
Proces apsorpcije karakteriše i stepen ekstrakcije (apsorpcije), koji predstavlja omjer količine stvarno apsorbirane komponente prema količini apsorbirane kada je potpuno ekstrahirana,
Kinetika procesa apsorpciju karakteriziraju tri glavne faze, koje odgovaraju shemi prikazanoj na Sl. 9.4.
Prva faza je prijenos molekula apsorbirane komponente iz jezgre toka plina (pare) na faznu međufaznu površinu (površinu tekućine).
Druga faza je difuzija molekula apsorbovane komponente kroz površinski sloj tečnosti (fazni interfejs).
Treća faza je prijelaz molekula apsorbirane tvari iz međufazne površine u masu tekućine.
Kinetički obrasci apsorpcije odgovaraju opštoj jednačini prenosa mase za dvofazne sisteme:
Eksperimentalno je utvrđeno da se druga faza procesa apsorpcije odvija većom brzinom i ne utiče na ukupnu brzinu procesa, koja je ograničena brzinom najsporije faze (prve ili treće).
Pokretačka sila procesa apsorpcije za faze I i III u jednačinama (10.5a) i (10.6a) može se izraziti kroz druge parametre:
U jednačinama (10.5b) i (10.6b), p je radni parcijalni pritisak distribuiranog gasa u gasnoj mešavini; p jednak – ravnotežni pritisak gasa iznad apsorbenta, koji odgovara radnoj koncentraciji u tečnosti; C je radna zapreminska molarna koncentracija distribuiranog gasa u tečnosti; C jednako je ravnotežna volumetrijska molarna koncentracija distribuiranog gasa u tečnosti, koja odgovara njegovom radnom parcijalnom pritisku u gasnoj mešavini.
Sa ovim izrazom pokretačke sile procesa apsorpcije, jednadžba ravnoteže ima oblik
gdje je Ψ koeficijent proporcionalnosti, kmol/(m 3 *Pa).
Koeficijenti prijenosa mase izraženi su za jednačine (10.5a) i (10.6a) u obliku
za jednačine (10.5b) i (10.6b)
U jednačinama (10.7) i (10.8), β y, β p su koeficijenti prijenosa mase od protoka plina do kontaktne površine faze; β x, β WITH- koeficijenti prijenosa mase sa kontaktne površine faze na tok tekućine.
Koeficijenti prijenosa mase za plin i tekućinu β y i β x mogu se odrediti iz kriterijskih jednačina koje imaju oblik:
za gasnu fazu Nu diff y = f*(Re, Pr diff);
za tečnu fazu Nu diff x = f*(Re, Pr diff x).
Vrijednost koeficijenta Ψ ima značajan utjecaj na kinetiku procesa apsorpcije. Ako Ψ ima visoke vrijednosti (visoka rastvorljivost komponente - difuzioni otpor je koncentrisan u gasnoj fazi), tada je 1/(β c *Ψ)< 1/β р или К Р ≈ β р. Если Ψ мало (извлекаемый компонент трудно растворим – диффузионное сопротивление сосредоточено в жидкой фазе), то Ψ/β р << 1/β с и можно считать К с ≈ β с
Baš kao i za procese razmjene mase pri L/G = const, radne linije procesa apsorpcije su ravne i opisane su u slučaju suprotnog toka jednadžbom (9.4), au slučaju protoka naprijed jednačinom (9.5).
Prosječna pokretačka sila u jednadžbama (10.5a) i (10.6a) određena je u slučaju pravolinijske ovisnosti ravnoteže kroz relativne molarne koncentracije komponenti prema ovisnostima (9.6) i (9.7).
Ove iste zavisnosti se također mogu koristiti za izražavanje pokretačke sile procesa apsorpcije kroz parcijalne tlakove distribuirane komponente u plinu ili volumetrijske molarne koncentracije iste komponente u tekućini u jednadžbama (10.5b) i (10.6b)
Ovde su Δr max, Δr min veće i manje vrednosti pokretačke sile na početku i na kraju procesa apsorpcije, izražene kroz razliku parcijalnih pritisaka apsorbovane komponente; ΔS max, ΔS min – veće i manje vrijednosti pokretačke sile na početku i na kraju procesa apsorpcije, izražene u zapreminskim molarnim koncentracijama apsorbovane komponente u tečnosti.
U slučaju Δp max /Δp min ≤ 2, ΔC max /ΔC min ≤ 2, uz održavanje linearnosti ravnotežne zavisnosti, prosječna pokretačka sila procesa apsorpcije može biti jednaka aritmetičkoj sredini ovih vrijednosti.
Prilikom provođenja procesa apsorpcije, praćenog kemijskom reakcijom (hemisorpcijom) koja se odvija u tečnoj fazi, dio distribuirane komponente prelazi u kemijski vezano stanje. Kao rezultat, koncentracija otopljene (fizički vezane) distribuirane komponente u tekućini opada, što dovodi do povećanja pokretačke sile procesa u odnosu na čisto fizičku apsorpciju.
Brzina hemisorpcije zavisi i od brzine prenosa mase i od brzine hemijske reakcije. U ovom slučaju se pravi razlika između difuzijske i kinetičke regije hemisorpcije. U području difuzije, brzina procesa je određena brzinom prijenosa mase, u kinetičkom području - brzinom kemijske reakcije. U slučajevima kada su brzine prijenosa mase i reakcije uporedive, procesi hemisorpcije se javljaju u mješovitom, ili difuzijsko-kinetičkom, području.
Prilikom izračunavanja hemisorpcije, koeficijent prijenosa mase u tekućoj fazi, uzimajući u obzir kemijsku reakciju β′ x koja se u njoj odvija, može se izraziti kroz koeficijent prijenosa mase za fizičku apsorpciju β x, uzimajući u obzir faktor ubrzanja prijenosa mase F m, koji pokazuje koliko će se puta brzina apsorpcije povećati zbog pojave kemijske reakcije:
β′ x = β x * F m
Faktor Fm je određen grafičkim zavisnostima.
apsorpcija) - (u fiziologiji) apsorpcija, apsorpcija tečnosti ili drugih supstanci u tkivima ljudskog tela. Probavljena hrana se apsorbira u digestivnom traktu, a zatim ulazi u krv i limfu. Većina hranljivih materija se apsorbuje u tankom crevu – u njegovom sastavu jejunum i ileum, ali alkohol se takođe lako može apsorbovati iz želuca. Tanko crijevo je iznutra obloženo sitnim izbočinama nalik prstima (vidi resice), koje značajno povećavaju njegovu površinu, zbog čega se apsorpcija probavnih proizvoda znatno ubrzava. Vidi također Asimilacija, Probava.
Apsorpcija
Formiranje riječi. Dolazi iz lat. absorptio - upijanje.
Specifičnost. Osjetljivost pojedinca na posebna stanja svijesti (hipnoza, droga, meditacija). U običnim situacijama, manifestuje se povećanjem nivoa fantazije. Pokazalo se da je apsorpcija povezana sa drugim ličnim karakteristikama (pozitivno - sa raznolikošću motiva, socijalnom prilagodljivošću, maštovitošću, komunikacijom, anksioznošću, kao i sa slabošću i dinamikom nervnog sistema; negativno - sa samokontrolom, društveni status u maloj grupi, nivo aspiracija, kao i pokretljivost nervnog sistema).
Književnost. Grimak L.P. Modeliranje ljudskih stanja u hipnozi. M.: Nauka, 1978;
Pekala R.J., Wenger C.F., Levine P. Individualne razlike u fenomenološkom iskustvu: stanja svijesti kao funkcija apsorpcije // J. Pers. and Soc. Psihol. 1985, 48, N 1, str. 125-132
APSORPCIJA
1. Kada se proučavaju senzorni procesi, apsorpcija hemijskog, elektromagnetnog ili drugog fizičkog stimulusa od strane receptora. Na primjer, pogledajte spektralnu apsorpciju. 2. Zauzet, zaokupljen nekom aktivnošću. Konotacija značenja može biti pozitivna kada je pažnja subjekta usmjerena na obavljanje nekog zadatka, ili negativna kada se apsorpcija pažnje smatra bijegom od stvarnosti.
Apsorpcija je proces apsorpcije gasa tečnim apsorberom u kojem je gas rastvorljiv na ovaj ili onaj stepen. Obrnuti proces - oslobađanje otopljenog plina iz otopine - naziva se desorpcija.
U procesima apsorpcije (apsorpcija, desorpcija) sudjeluju dvije faze - tečna i plinovita, a tvar prelazi iz plinovite faze u tečnu fazu (tokom apsorpcije) ili, obrnuto, iz tekuće faze u plinovitu fazu (tokom desorpcije). Dakle, procesi apsorpcije su jedan od tipova procesa prijenosa mase.
U praksi se apsorpcija uglavnom ne vrši pojedinačnim gasovima, već mešavinama gasova, čije komponente (jedan ili više) može da apsorbuje dati apsorber u primetnim količinama. Ove komponente se nazivaju apsorptivnim komponentama ili jednostavno komponentama, a komponente koje se ne mogu apsorbirati nazivaju se inertnim plinom.
Tečna faza se sastoji od apsorbera i apsorbovane komponente. U mnogim slučajevima, apsorbent je rastvor aktivne komponente koja hemijski reaguje sa apsorbovanom komponentom; u ovom slučaju, tvar u kojoj je otopljena aktivna komponenta nazivat će se rastvaračem.
Inertni gas i apsorber su nosioci komponente u gasnoj i tečnoj fazi, respektivno. Tokom fizičke apsorpcije (vidi dole), inertni gas i apsorber se ne troše i ne učestvuju u procesima prelaska komponente iz jedne faze u drugu. Tokom hemisorpcije (vidi dole), apsorbent može hemijski stupiti u interakciju sa komponentom.
Tok procesa apsorpcije karakteriše njihova statika i kinetika.
Statika apsorpcije, odnosno ravnoteža između tečne i gasovite faze, određuje stanje koje se uspostavlja tokom veoma dugog kontakta faza. Ravnoteža između faza određena je termodinamičkim svojstvima komponente i apsorbera i zavisi od sastava jedne od faza, temperature i pritiska.
Kinetika apsorpcije, odnosno brzina procesa prenosa mase, određena je pokretačkom silom procesa (tj. stepenom odstupanja sistema od ravnotežnog stanja), svojstvima apsorbera, komponente i inertnog gasa, kao što je kao i način kontakta faza (dizajn apsorpcionog aparata i hidrodinamički način njegovog rada). U apsorpcionim aparatima, pokretačka sila, po pravilu, varira duž njihove dužine i zavisi od prirode međusobnog kretanja faza (protivstruja, napredni tok, poprečna struja itd.). U tom slučaju je moguć kontinuirani ili stepenasti kontakt. U apsorberima s kontinuiranim kontaktom, priroda faznog kretanja se ne mijenja duž dužine aparata i promjena pogonske sile se događa kontinuirano. Apsorberi sa stepenastim kontaktom sastoje se od nekoliko stepenica povezanih u nizu preko gasa i tečnosti, a pri kretanju od stepena do stepena dolazi do nagle promene kretanja sile.
Pravi se razlika između hemijske apsorpcije i hemisorpcije. Tokom fizičke apsorpcije, rastvaranje plina nije praćeno kemijskom reakcijom (ili barem ova reakcija nema primjetan učinak na proces). U ovom slučaju postoji manje ili više značajan ravnotežni pritisak komponente iznad rastvora, a apsorpcija potonje se dešava samo sve dok je njen parcijalni pritisak u gasnoj fazi veći od ravnotežnog pritiska iznad rastvora. U ovom slučaju, potpuna ekstrakcija komponente iz gasa je moguća samo uz protivstrujno strujanje i dovođenje čistog apsorbera koji ne sadrži komponentu u apsorber.
Tokom hemisorpcije (apsorpcija praćena hemijskom reakcijom), apsorbovana komponenta se vezuje u tečnoj fazi u obliku hemijskog jedinjenja. U ireverzibilnoj reakciji, ravnotežni pritisak komponente iznad rastvora je zanemariv i moguća je njena potpuna apsorpcija. Tokom reverzibilne reakcije, primetan je pritisak komponente iznad rastvora, iako manji nego tokom fizičke apsorpcije.
Industrijska apsorpcija se može ili ne mora kombinovati sa desorpcijom. Ako se desorpcija ne izvrši, apsorbent se koristi jednom. U tom slučaju, kao rezultat apsorpcije, dobije se gotov proizvod, međuproizvod ili, ako se apsorpcija vrši u svrhu sanitarnog pročišćavanja plinova, dobije se otpadna otopina koja se (nakon neutralizacije) odvodi u kanalizaciju. .
Kombinacija apsorpcije i desorpcije omogućava ponovnu upotrebu apsorbenta i izolaciju apsorbirane komponente u svom čistom obliku. Da bi se to uradilo, rastvor nakon apsorbera se šalje na desorpciju, gde se komponenta odvaja, a regenerisani (oslobođeni od komponente) rastvor se vraća u apsorpciju. Kod ove šeme (kružni proces) apsorber se ne troši, osim nekih svojih gubitaka, i sve vreme cirkuliše kroz sistem apsorber-desorber-apsorber.
U nekim slučajevima (u prisustvu apsorbera male vrijednosti), ponovljena upotreba apsorbera se napušta tokom procesa desorpcije. U tom slučaju se apsorber regenerisan u desorberu ispušta u kanalizacioni sistem, a svež apsorber se dovodi u apsorber.
Uslovi koji su povoljni za desorpciju su suprotni od onih povoljnih za apsorpciju. Da bi se izvršila desorpcija, mora postojati primjetan pritisak komponente iznad otopine tako da se može pustiti u plinsku fazu. Apsorberi kod kojih je apsorpcija praćena ireverzibilnom hemijskom reakcijom ne mogu se regenerisati desorpcijom. Regeneracija ovakvih apsorbera može se izvršiti hemijski.
Područja primjene procesa apsorpcije u hemijskoj i srodnim industrijama su veoma opsežna. Neke od ovih oblasti su navedene u nastavku:
Dobivanje gotovog proizvoda upijanjem gasa u tečnost. Primjeri uključuju: apsorpciju SO 3 u proizvodnji sumporne kiseline; apsorpcija HCl za proizvodnju hlorovodonične kiseline; apsorpcija dušikovih oksida vodom (proizvodnja dušične kiseline) ili alkalnim otopinama (proizvodnja nitrata) itd. U ovom slučaju, apsorpcija se vrši bez naknadne desorpcije.
Odvajanje gasnih mešavina da bi se izolovala jedna ili više vrednih komponenti smeše. U tom slučaju upotrijebljeni apsorbent mora imati najveći mogući apsorpcijski kapacitet u odnosu na ekstrahovanu komponentu, a najmanji mogući u odnosu na ostale komponente plinske mješavine (selektivna, odnosno selektivna apsorpcija). U ovom slučaju, apsorpcija se obično kombinuje sa desorpcijom u kružnom procesu. Primjeri uključuju apsorpciju benzena iz koksnog plina, apsorpciju acetilena iz plinova krekinga ili pirolize prirodnog plina, apsorpciju butadiena iz kontaktnog plina nakon razgradnje etil alkohola, itd.
Prečišćavanje gasa od nečistoća štetnih komponenti. Takvo prečišćavanje se prvenstveno vrši radi uklanjanja nečistoća koje nisu dozvoljene pri daljoj preradi plina (npr. prečišćavanje naftnih i koksnih plinova od H 2 S, smjese dušika i vodika za sintezu amonijaka iz CO 2 i CO, sušenje sumpora dioksid u proizvodnji kontaktne sumporne kiseline itd.). Osim toga, vrši se i sanitarno čišćenje izduvnih gasova ispuštenih u atmosferu (npr. čišćenje dimnih gasova od SO 2; čišćenje izduvnih gasova od Cl 2 nakon kondenzacije tečnog hlora; čišćenje gasova koji se oslobađaju tokom proizvodnje mineralnih đubriva od jedinjenja fluora , itd.).
U ovom slučaju se najčešće koristi ekstrahirana komponenta, pa se izoluje desorpcijom ili se rastvor šalje na odgovarajuću obradu. Ponekad, ako je količina ekstrahirane komponente vrlo mala, a apsorbent nije vrijedan, otopina se nakon apsorpcije ispušta u kanalizaciju.
Sakupljanje vrijednih komponenti iz mješavine plinova kako bi se spriječio njihov gubitak, kao i iz sanitarnih razloga, na primjer, izdvajanje hlapljivih otapala (alkoholi, ketoni, etri, itd.).
Treba napomenuti da se za razdvajanje gasnih mešavina, prečišćavanje gasova i hvatanje vrednih komponenti, uz apsorpciju, koriste i druge metode: adsorpcija, duboko hlađenje itd. Izbor jedne ili druge metode određen je tehničkim i ekonomskim razmatranjima. Apsorpcija je općenito poželjna u slučajevima kada nije potrebna vrlo potpuna ekstrakcija komponente.
Tokom procesa apsorpcije dolazi do prijenosa mase na kontaktnoj površini faza. Stoga apsorpcioni uređaji moraju imati razvijenu kontaktnu površinu između gasa i tečnosti. Na osnovu načina izrade ove površine, apsorpcioni uređaji se mogu podijeliti u sljedeće grupe:
a) Površinski apsorberi, kod kojih je kontaktna površina između faza tečno ogledalo (sami površinski apsorberi) ili površina tekućeg filma tečnosti (filmski apsorberi). U ovu grupu spadaju i nabijeni apsorberi, kod kojih tečnost teče preko površine pakovanja napunjenog u apsorber iz tela različitih oblika (prstenovi, grudvasti materijal itd.) i mehaničke filmske apsorbere. Za površinske apsorbere, kontaktna površina je u određenoj mjeri određena geometrijskom površinom apsorberskih elemenata (na primjer, mlaznice), iako joj u mnogim slučajevima nije jednaka.
b) Bubbler apsorberi, kod kojih se kontaktna površina razvija sa tokovima gasa raspoređenim u tečnosti u obliku mjehurića i struja. Ovo kretanje gasa (bubbling) vrši se propuštanjem kroz aparat punjen tečnošću (solid bubbling) ili u aparatima tipa kolone sa različitim tipovima ploča. Slična priroda interakcije između plina i tekućine također je uočena u nabijenim apsorberima s napunjenim pakovanjem.
U ovu grupu spadaju i apsorberi sa mehurićima sa mešanjem tečnosti pomoću mehaničkih mešalica. U apsorberima sa mjehurićima kontaktna površina je određena hidrodinamičkim režimom (brzine protoka plina i tekućine).
c) Spray apsorberi, kod kojih se kontaktna površina formira raspršivanjem tečnosti u masi gasa u male kapljice. Kontaktna površina je određena hidrodinamičkim režimom (protok fluida). U ovu grupu spadaju apsorberi kod kojih se tečnost raspršuje pomoću mlaznica (mlaznica, ili šupljih apsorbera), u struji gasa koja se kreće velikom brzinom (brzi apsorberi za raspršivanje direktnog protoka) ili rotirajućim mehaničkim uređajima (mehanički apsorberi za raspršivanje).
Apsorpcija je proces odvajanja gasnih mešavina pomoću tečnih apsorbera - upijača. Ako apsorbirani plin (apsorbent) ne stupa u kemijsku interakciju s apsorbentom, tada se apsorpcija naziva fizička (neapsorbirana komponenta mješavine plina naziva se inertni ili inertni plin). Ako apsorbent formira hemijsko jedinjenje sa apsorbentom, tada se proces naziva hemisorpcija. U tehnologiji se često nalazi kombinacija oba tipa apsorpcije.
Fizička apsorpcija (ili jednostavno apsorpcija) je obično reverzibilna. Oslobađanje apsorbovanog gasa iz rastvora - desorpcija - zasniva se na ovoj osobini procesa apsorpcije.
Kombinacija apsorpcije i desorpcije omogućava da se apsorbent koristi više puta i da se apsorbovani gas oslobodi u čistom obliku. Često desorpcija nije potrebna, jer je rastvor dobijen kao rezultat apsorpcije krajnji proizvod pogodan za dalju upotrebu.
U industriji se apsorpcija koristi za rješavanje sljedećih glavnih problema:
1) da se dobije gotov proizvod (na primer, apsorpcija SO 3 u proizvodnji sumporne kiseline); u ovom slučaju, apsorpcija se vrši bez desorpcije;
2) izolovati vredne komponente iz gasnih smeša (na primer, apsorpcija benzena iz koksnog gasa); u ovom slučaju, apsorpcija se provodi u kombinaciji s desorpcijom;
3) za prečišćavanje gasnih emisija od štetnih nečistoća (npr. prečišćavanje dimnih gasova od SO 2). U tim slučajevima se obično koriste komponente ekstrahovane iz gasnih mešavina, pa se izoluju desorpcijom;
4) za sušenje gasova.
Uređaji u kojima se provode procesi apsorpcije nazivaju se apsorberi.
Ravnoteža u procesu apsorpcije
Henrijev zakon važi za idealne gasove:
Henrijev zakon: parcijalni pritisak komponente gasne mešavine iznad rastvora je proporcionalan molskom udelu te komponente u rastvoru kada se postigne ravnoteža. Henrijeva konstanta ( E) raste sa porastom temperature.
Prema Daltonovom zakonu, parcijalni tlak komponente plinske mješavine proporcionalan je njenom molskom udjelu u mješavini plina:
,
Gdje P– ukupni pritisak.
Kombinacijom Henrijevih i Daltonovih zakona moguće je utvrditi uticaj uslova na rastvorljivost gasa u tečnosti: 
.
Dakle, sa povećanjem pritiska u apsorberu i smanjenjem temperature, rastvorljivost se povećava.
Što se gas gore otapa, to više raste pritisak.
Prilikom rastvaranja visoko topivih plinova nema potrebe za velikim povećanjem tlaka, ali je potrebno ukloniti toplinu koja se u ovom slučaju oslobađa u velikim količinama.
Dizajn apsorbera se bira uzimajući u obzir rastvorljivost gasova. Na primjer, za visoko topljive tvari (amonijak-voda) mogu se koristiti apsorberi izmjenjivača topline. Za slabo topljive tvari potrebna je razvijena kontaktna površina faza, pa se koriste pakirani ili pločasti apsorberi.
