Процеси і апарати харчових виробництв Електронний підручник
Головна Теоретичні відомості Лабораторні та практичні роботи Тести Додатки Список використаних джерел	6.2 Абсорбція
	1. Фізичні основи процесу абсорбції. 2. Матеріальний баланс при абсорбції. 3. Абсорбери: класифікація, галузь застосування, будова і принцип роботи. 1. Фізичні основи процесу абсорбції. Абсорбцією називають масообмінний процес поглинання газу (пари) або вибіркового поглинання окремих компонентів з газової (парової) суміші рідкими поглиначами. Компоненти газової (парової) суміші, що абсорбуються, називаються абсорбтивом, рідкий поглинач – абсорбентом, частина газової (парової) суміші, що не абсорбується – інертом. Якщо поглинання абсорбтива здійснюється шляхом його розчинення в абсорбенті, то такий процес називається фізичною абсорбцією. Коли розчинення абсорбтива супроводжується хімічною реакцією між ним і абсорбентом, то цей процес називається хемосорбцією. Зворотний процес виділення з абсорбенту поглинутих газів або окремих компонентів називається десорбцією. При цьому відбувається регенерація абсорбенту. У промисловості десорбцію здійснюють у тому випадку, якщо поглинута речовина є цінним продуктом або абсорбент являє собою дефіцитний і дорогий матеріал, що використовується повторно. Для проведення процесів абсорбції застосовують абсорбенти, що володіють вибірковою, селективною спроможністю. Вибіркова спроможність абсорбентів дозволяє проводити розподіл найскладніших газових сумішей шляхом підбору таких абсорбентів, що абсорбують тільки один певний компонент. Абсорбцію широко застосовують у харчових виробництвах для таких процесів: - для насичення води, безалкогольних напоїв, пива і деяких видів вин вуглекислим газом; - для уловлювання пари етилового спирту з газів, що виділяються під час бродіння в спиртовому і виноробному виробництвах; - для одержання розчину сірчистої кислоти з сірчаного газу, що використовується під час замочування зерна в крохмало – паточному виробництві, під час сульфітації цукрового соку і сиропу (з метою зниження її кольоровості), виноградному соку (з метою запобігання зброджування під час зберігання), плодів і овочів ( з метою консервування і запобігання від потемніння). - для зменшення вологості повітря в сховищах, складських приміщеннях, лабораторному обладнанні з використанням абсорбентів – концентрованих кислот; - для охорони навколишнього повітряного середовища від шкідливих викидів промислових підприємств. Процеси абсорбції (поглинання) газоподібного аміаку водою і десорбції водоаміачного розчину лежать в основі роботи абсорбційної холодильної машини. Фізична сутність процесу абсорбції полягає в розчиненні газів у рідині, що залежить від властивостей абсорбенту і абсорбтиву, парціального тиску газу, або окремого компонента в газові (або паровій) суміші, що розчиняється, а також від температури процесу. Залежність між розчинністю газу та його парціальним тиском висловлюється законом Генрі, згідно з яким розчинність газу за даної температури прямо пропорційна парціальному тиску газу над рідиною: де, Х – кількість розчиненого газу, віднесена до об’єму поглинаючої рідини, моль/м^3; ρ – парціальний тиск абсорбтиву, Па; ψ – коефіцієнт Генрі, що залежить від властивостей абсорбенту і газу (або поглинаючого компонента газової суміші) та від температури. Відомо, що розчинність газів у рідині підвищується з підвищенням тиску і зниженням температури (рис. 1.). t3 Рис. 1. Залежність між розчинністю газів у рідині і тиском (t1> t2 > t3) Х 2. Матеріальний баланс при абсорбції. За рівнянням матеріального балансу абсорбції звичайно визначають витрати абсорбенту для проведення процесу у заданих умовах. Матеріальний баланс абсорбції характеризується рівнянням: l = L/G= (yп–yк ) / (xк – xп ), де G- кількість газу - носія, кг/с; yп та yк – вміст компоненту, що поглинається рідиною на початку і в кінці процесу, кг/кг; L- витрати абсорбенту, кг/с; xп та xк –вміст перехідного компоненту у абсорбенті на початку і в кінці процесу, кг/кг; l - питомі витрати абсорбенту, кг рідини на кг газу- носія. 3. Абсорбери: класифікація, галузь застосування, будова і принцип роботи. Апарати, призначені для проведення абсорбційних процесів, називають абсорберами. Абсорбція протікає на поверхні стикання взаємодіючих фаз. Тому абсорбери повинні мати розвинуту поверхню контакту фаз між газом і рідиною. За способом утворення цієї поверхні розрізняють три основні групи абсорберів, а саме: 1) апарати, в яких поверхня контакту утворюється в процесі руху потоків рідини і газу; 2) апарати, в яких газ і рідина стикаються на поверхні, що створюється тілами тієї або іншої форми (фіксованою поверхнею); 3). апарати, в яких контакт між фазами створюється за допомогою механічного впливу на фази. Усі абсорбери є апаратами безперервної дії. Схематичне зображення трубчастого абсорбера плівкового типу наведенона рис. 2. Рис. 2. Трубчастий абсорбер плівкового типу Рідина надходить через патрубок 3, рухається по внутрішній поверхні трубок 5 у вигляді тонкої плівки і виходить через патрубок 2. Назустріч їй знизу вгору піднімається газ, підлягаючий розподілу. Входить газ в абсорбер через патрубок 1, виходить – через патрубок 4. для відведення теплоти, що виділяється в процесі абсорбції, через між трубний простір апарата пропускають охолоджувальний агент Q. Рис. 3. Трубчастий абсорбер 1 – трубна решітка, 2- труби. Рис. 4. Плівкові абсорбери Розпилювальні абсорбери працюють за принципом контакту фаз у результаті розпилювання або розбризкування рідини в газовому потоці. Найпростішим прикладом такого апарата є порожнистий розпилювальний абсорбер з механічними форсунками (рис. 5.) Часто форсунки встановлюють по всій висоті абсорберу. Розпилювальні абсорбери застосовуються для абсорбції добре розчинних газів. У абсорберах поверхневого типу газ і рідина стикаються на розвиненій поверхні плівки або поверхні, яка створюється насадками різної форми. Самою поширеною формою насадки є тонкостінні порожнисті керамічні кільця Рашига, у яких висота дорівнює діаметру. Величина якого складає від 15 до 100 мм. Кільця насипають у абсорбер на решітку. У якості насадок застосовують шар із шматків коксу або кварцу розміром до 25-100мм, або порожнистих поліетиленових кульок діаметром 25-35 мм, засипаних шаром 1/3 висоти простору між решітками ( тарілками). Такий шар значно збільшує площу контакту фаз і, відповідно, підвищує ефективність роботи абсорбера. рідина Рис. 5. Розпилювальний абсорбер Такого типу абсорбційний пристрій застосовується в сатураційній установці автоматів з приготування газованої води. Абсорбер з механічним перемішуванням (рис.6.), що інколи називається скрубером, складається з валу 1, на який насаджено ряд дисків 2 з металевої сітки. Рис. 6. Схема механічного абсорбера У нижній частині абсорберу є піддон 4, згори вал з дисками закривається кожухом 3. У піддон підводиться і відводиться рідина, а кожусі 3 є штуцери для відведення і підведення газу. Рідина і газ рухаються в апараті протитечією. Під час обертання валу рідина підбирається з нижньої частини і розбризкується сітками, внаслідок чого досягаються значний розвиток поверхні, добрий контакт між фазами і, отже, ефективна робота апарата. Проте механічні абсорбери складні за конструкцією і в експлуатації, потребують підвищеної витрати енергії. Розрахунок абсорберів полягає у визначенні витрати абсорбенту, гідравлічного опору, діаметра і висоти апарата. При цьому звичайно відомі витрати газу, склад, початкова і остаточна концентрації газової суміші, початкова концентрація газу в абсорбенті. Насадочний абсорбер В цих апаратах (рис.7.) для збільшення поверхні розділу використовують насадки, що являють собою кільця або інші тверді тіла. Ця насадка поміщається у колони. Абсорбуюча рідина з розбризкувача поступає в шар насадки. Всі її елементи, окремі кільця, покриваються рідкою плівкою. По насадці абсорбент стікає вниз і виводиться з апарату. Газ, що розділяють, піднімається вверх. Абсорбтив поглинається рідиною. Рис.7. Загальний вигляд насадочних абсорберів Тарілчастий абсорбер У тарілчастих абсорберах (рис.8.) розділяюча газова суміш проходить через шар рідини. Рідина поступає зверху колони на перфоровану перегородку і протікає через вертикальні переливні трубки з перегородки на перегородку. Газ піднімається знизу вверх проходячи через перфоровані перегородки, названі ситчастими тарілками. Рис.8.Тарілчастий абсорбер Контрольні запитання 1. Що таке абсорбція? 2. Де використовують процес абсорбції? 3. Поясніть фізичну суть процесу абсобції. 4. Запишіть матеріальний баланс процесу абсорбції. 5. Як класифікують апарати для проведення процесу абсорбції? 6. Поясніть принцип роботи трубчастого абсорбера плівкового типу. 7. Поясніть будову і принцип роботи розпилювального абсорбера. 8. Поясніть будову і принцип роботи механічного абсорбера
	Попередня тема	На початок	Наступна тема