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Diagrama de cableado para conectar la caldera kiturami sts 17. Calderas de calefacción de gas Kiturami: el arte de la calefacción de Corea del Sur. Reglas de instalación y operación.

Conceptos básicos

La sustancia absorbida, que todavía está en el volumen de la fase, se llama adsorbente, absorbido - adsorbato. En un sentido más estricto, la adsorción a menudo se entiende como la absorción de una impureza de un gas o líquido por parte de un sólido (en el caso de gas y líquido) o líquido (en el caso de gas) - adsorbente . En este caso, como en el caso general de adsorción, la impureza se concentra en la interfase adsorbente-líquido o adsorbente-gas. El proceso que es el inverso de la adsorción, es decir, la transferencia de una sustancia desde la interfase al volumen de la fase, se llama desorción. Si las tasas de adsorción y desorción son iguales, entonces se habla del establecimiento equilibrio de adsorción. En un estado de equilibrio, el número de moléculas adsorbidas permanece constante durante un tiempo arbitrariamente largo, si las condiciones externas (presión, temperatura y composición del sistema) no cambian.

adsorción y quimisorción

En la interfaz entre dos fases, además de la adsorción, que se debe principalmente a interacciones físicas (principalmente esto es las fuerzas de van der Waals), puede ir reacción química. Este proceso se llama quimisorción. No siempre es posible distinguir claramente entre adsorción y quimisorción. Uno de los principales parámetros por los que se diferencian estos fenómenos es el efecto térmico: por ejemplo, el efecto térmico de la adsorción física suele ser cercano al calor de la licuefacción del adsorbato, mientras que el efecto térmico de la quimisorción es mucho mayor. Además, a diferencia de la adsorción, la quimisorción suele ser irreversible y localizada. Un ejemplo de opciones intermedias que combinan las características de la adsorción y la quimisorción es la interacción del oxígeno sobre los metales y el hidrógeno sobre el níquel: en temperaturas bajas se adsorben de acuerdo con las leyes de la adsorción física, pero a medida que aumenta la temperatura, comienza a ocurrir la quimisorción.

Fenómenos similares

En la sección anterior, discutimos el caso de una reacción heterogénea que ocurre en una superficie: quimisorción. Sin embargo, hay casos de reacciones heterogéneas en todo el volumen, y no solo en la superficie, esta es la reacción heterogénea habitual. La absorción en todo el volumen también puede tener lugar bajo la influencia de fuerzas físicas; este caso se denomina absorción.

adsorción física

Modelos físicos de adsorción
Formación de monocapa diagrama de energía

Arroz. una: a) adsorbente, b) adsorbato, c) adsorbente (fase gaseosa o solución) Arroz. 2: a) adsorbente, b) adsorbato, c) fase gaseosa, d - distancia, E - energía, E b - energía de adsorción, (1) desorción, (2) adsorción
policondensación adsorción selectiva
Arroz. 3: a) adsorbente, b) adsorbato, c) condensado, d) adsorbente (fase gaseosa o solución) Arroz. cuatro: a) adsorbente, b) adsorbato, c) adsorbentes (fase gaseosa o solución): se muestra la adsorción predominante de partículas azules

La adsorción es causada por sustancias no específicas (es decir, que no dependen de la naturaleza) las fuerzas de van der Waals. La adsorción complicada por la interacción química entre el adsorbente y el adsorbato es un caso especial. Los fenómenos de este tipo se denominan quimisorción y adsorción química. La adsorción "ordinaria" en el caso en que se requiere enfatizar la naturaleza de las fuerzas de interacción se denomina adsorción física.

La adsorción física es un proceso reversible, la condición de equilibrio está determinada por tasas de adsorción iguales de moléculas de adsorbato PAGS en sitios vacantes de la superficie adsorbente S* y desorción - liberación del adsorbato del estado ligado S-P:

;

la ecuación de equilibrio en este caso:

, ,

donde es la proporción del área superficial del adsorbente ocupada por el adsorbato, es el coeficiente de adsorción de Langmuir y P es la concentración del adsorbato.

Dado que y, respectivamente, , la ecuación de equilibrio de adsorción se puede escribir de la siguiente manera:

La ecuación de Langmuir es una forma de la ecuación de isoterma de adsorción. La ecuación de la isoterma de adsorción (el término abreviado isoterma de adsorción se usa con más frecuencia) se entiende como la dependencia del valor de adsorción en equilibrio de la concentración de adsorbato a=f(С) a una temperatura constante ( T = constante). La concentración del adsorbente para el caso de adsorción de un líquido se expresa, por regla general, en fracciones molares o de masa. A menudo, especialmente en el caso de la adsorción de soluciones, valor relativo: C/C s , donde C es la concentración, C s es la concentración límite (concentración de saturación) del adsorbente a una temperatura determinada. En el caso de adsorción de la fase gaseosa, la concentración se puede expresar en unidades de presión absoluta o, lo que es especialmente típico para la adsorción de vapor, en unidades relativas: P/P s , donde P es la presión de vapor, P s es la presión de vapor saturado de esta sustancia. El valor de adsorción en sí también se puede expresar en unidades de concentración (la relación entre el número de moléculas de adsorbato y el número total de moléculas en la interfase). Para la adsorción en adsorbentes sólidos, especialmente cuando se consideran problemas prácticos, se utiliza la relación entre la masa o la cantidad de sustancia absorbida y la masa del adsorbente, por ejemplo, mg/go mmol/g.

Valor de adsorción

La adsorción es un fenómeno universal y ubicuo que tiene lugar siempre y en todas partes donde hay una interfase entre fases. La adsorción es de la mayor importancia práctica. tensioactivos y adsorción de impurezas de gas o líquidos con adsorbentes especiales altamente efectivos. Varios materiales con una alta superficie específica pueden actuar como adsorbentes: porosos carbón(la forma más común es Carbón activado), geles de sílice , zeolitas así como algunos otros grupos de naturales minerales y sustancias sintéticas.

La planta de adsorción se llama adsorbente.

ver también

notas

Literatura

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Enlaces

Las plantas de sorción se utilizan para obtener productos objetivo, separar componentes de mezclas de gases, eliminar impurezas de mezclas de gases y líquidos, secar y en otros casos. Sorción - un proceso físico y químico, como resultado de la cual la absorción por cualquier cuerpo de gases, vapores o solutos de ambiente. El concepto de sorción incluye tanto absorción, y adsorción.


Absorción - absorción de gas en volumen, así como absorción selectiva de uno o más componentes de la mezcla de gases por un líquido absorbente (absorbente). La absorción de gas puede ocurrir como resultado de su disolución en el absorbente o como resultado de su interacción química con el absorbente. En el primer caso, el proceso se llama absorción física, y en el segundo quimisorción. También es posible una combinación de ambos mecanismos de proceso.


La absorción física es reversible en la mayoría de los casos. Esta propiedad de los procesos de absorción se basa en la liberación de gas absorbido de una solución: desorción . La combinación de absorción y desorción hace posible utilizar repetidamente el absorbedor y aislar el componente absorbido en su forma pura.


Los absorbentes son líquidos homogéneos o soluciones del ingrediente activo en un solvente líquido. En todos los casos, se imponen una serie de requisitos a los absorbentes, entre los que los más significativos son alta capacidad de absorción, selectividad, baja presión de vapor, inercia química con respecto a materiales estructurales comunes (en caso de absorción física, también a componentes de mezclas de gases). ), no toxicidad, seguridad contra incendios y explosiones. , disponibilidad y bajo costo.


Desde un punto de vista tecnológico, el mejor absorbente es aquel cuyo consumo para un determinado proceso es menor, es decir, en el que la solubilidad de la sustancia absorbida es mayor. Por lo tanto, los absorbentes se eligen principalmente de acuerdo con la solubilidad de las sustancias absorbidas en ellos.


El proceso de absorción física del gas va acompañado de la liberación de calor y, en consecuencia, de un aumento de la temperatura del absorbente y de la mezcla gaseosa en contacto con él. Con un aumento significativo de la temperatura, es posible una fuerte disminución de la solubilidad del gas, por lo tanto, para mantener el rendimiento requerido del absorbedor, en algunos casos es necesario recurrir a enfriarlo con elementos de enfriamiento internos o externos.


Dos fases están involucradas en los procesos de absorción: gas y líquido. La fase gaseosa consta de un gas portador no absorbible y uno o más componentes absorbibles. La fase líquida es una solución del componente absorbido (objetivo) en un líquido absorbente. Durante la absorción física, el gas portador y el líquido absorbente (absorbente) son mutuamente inertes y en relación con el componente que pasa.


El equilibrio en los procesos de absorción determina el estado que se establece con el contacto prolongado de las fases y depende de la composición de las fases, temperatura, presión y propiedades termodinámicas componente y absorbente.


La técnica utiliza la siguiente diagramas de circuito Procesos de absorción: flujo directo, contraflujo, monoetapa con recirculación y multietapa con recirculación.


El esquema de flujo directo de la interacción de sustancias en el proceso de absorción se muestra en la fig. 1, un. En este caso, las corrientes de gas y absorbente se mueven paralelas entre sí, mientras que un gas con una mayor concentración de la sustancia distribuida se pone en contacto con un líquido que tiene una menor concentración de la sustancia distribuida, y viceversa. El esquema de absorción a contracorriente se muestra en la fig. 1b. De acuerdo con este esquema, en un extremo del aparato se ponen en contacto gas fresco y líquido, que tienen grandes concentraciones de la sustancia distribuida, y en el extremo opuesto, las más pequeñas. En esquemas con recirculación, se proporciona un retorno múltiple de líquido o gas al aparato. El circuito con recirculación de líquido se muestra en la fig. 1, c. El gas pasa a través del aparato de abajo hacia arriba, y la concentración de la sustancia distribuida cambia de Yn a Yk. El líquido absorbente se suministra a la parte superior del aparato con una concentración de la sustancia distribuida Yn, luego se mezclado con el líquido que sale del aparato, como resultado de lo cual su concentración se eleva a Xs. La línea de trabajo está representada en el diagrama por un segmento de línea recta: sus puntos extremos tienen coordenadas Yn, Xk y Xk, Xs, respectivamente. El valor Xc se determina a partir de la ecuación de balance de materia.



Arroz. una. : a - directo; b - contracorriente; c - con recirculación de líquido; g - con recirculación de gas; e - multietapa con recirculación de líquido; e es la proporción del componente utilizado para el reciclaje


El esquema de absorción con recirculación de gas se muestra en la fig. 1, d. Las relaciones materiales aquí son similares a las anteriores, y la posición de la línea de trabajo está determinada por los puntos Ac*(Yc, Xk) y B*(Yk, Xn). La ordenada Yc se encuentra a partir de la ecuación de balance de materia. Los circuitos de una sola etapa con recirculación pueden ser en paralelo o en contracorriente.


Los circuitos multietapas con recirculación pueden ser a favor y en contracorriente, con recirculación de gases y líquidos. En la fig. 1e muestra un circuito de contracorriente de etapas múltiples con recirculación de líquido en cada etapa. En el diagrama, las líneas de trabajo se trazan por separado para cada etapa, como en el caso de varios aparatos de etapa separados. En el caso considerado, la línea de trabajo consta de los segmentos A1B1, A2B2 y A3B3.


Un análisis de los procesos descritos permite concluir que los esquemas de una etapa con recirculación de absorbente o gas presentan las siguientes diferencias con respecto a los esquemas sin recirculación: a igual caudal de absorbente fresco, la cantidad de líquido que pasa por el aparato es mucho mayor; el resultado de tal régimen es un aumento en el coeficiente de transferencia de masa y una disminución en la fuerza motriz del proceso. En una cierta relación entre las resistencias de difusión en las fases líquida y gaseosa, dicho esquema puede ayudar a reducir las dimensiones del aparato. Obviamente, la recirculación de líquidos es adecuada si la principal resistencia a la transferencia de masa es la transición de una sustancia de la fase de interfaz al líquido, y la recirculación de gases es adecuada cuando la principal resistencia del proceso es la transición de la sustancia de la fase gas a la fase de interfaz. .


Los esquemas de recirculación de múltiples etapas tienen todas las ventajas de los esquemas de una sola etapa y, al mismo tiempo, brindan más fuerza impulsora al proceso. Por lo tanto, las variantes de esquemas con recirculación de etapas múltiples se eligen con mayor frecuencia.


Cabe señalar que los procesos de absorción se caracterizan por el hecho de que, debido a la baja volatilidad relativa del absorbente, la transferencia de una sustancia ocurre predominantemente en una dirección: de la fase gaseosa a la fase líquida. La transición de la sustancia absorbida del estado gaseoso al estado condensado (líquido) va acompañada de una disminución de la energía. Así, como resultado de la absorción, se libera calor, cuya cantidad es igual al producto de la cantidad de sustancia absorbida por el calor de su condensación. El aumento asociado en la temperatura de las fases que interactúan, que se determina utilizando la ecuación del balance de calor, reduce el contenido de equilibrio de la sustancia absorbida en la fase líquida, es decir, empeora la separación. Por lo tanto, si es necesario, es recomendable eliminar el calor de absorción.


Estructuralmente, los aparatos de absorción se realizan de manera similar a los aparatos de intercambio de calor, destilación, evaporación y secado. Según el principio de funcionamiento, los dispositivos de absorción se pueden dividir en superficie, burbujeo y pulverización.

2. Adsorción. Diseños, principio de funcionamiento del aparato de adsorción.

Adsorción - el proceso de absorción de gases (vapores) o líquidos por la superficie de sólidos (adsorbentes). El fenómeno de adsorción está asociado a la presencia de fuerzas de atracción entre las moléculas del adsorbente y la sustancia absorbida. En comparación con otros procesos de transferencia de masa, la adsorción es más efectiva en el caso de un bajo contenido de componentes extraíbles en la mezcla inicial.


Hay dos tipos principales de adsorción: físico y químico(o quimisorción). La adsorción física es causada por las fuerzas de interacción de las moléculas de la sustancia absorbida con el adsorbente (dispersión o van der Waals). Sin embargo, las moléculas, en contacto con la superficie del adsorbente, saturan su superficie, lo que empeora el proceso de adsorción. La adsorción química se caracteriza por la interacción química entre el medio y el adsorbente, que puede formar nuevos compuestos químicos en la superficie del adsorbente. Ambos tipos de adsorción son exotérmicas.


La transición de una sustancia de las fases gas y líquida al estado adsorbido está asociada con la pérdida de un grado de libertad, es decir, va acompañada de una disminución de la entropía y entalpía del sistema y, en consecuencia, de la liberación de calor En este caso, se distinguen los calores de adsorción diferencial e integral; el primero expresa la cantidad de calor liberado cuando se absorbe una cantidad muy pequeña de sustancia (2 g/100 g de adsorbente), el segundo, cuando se absorbe hasta que el adsorbente está completamente saturado. El aumento de temperatura en cada proceso de adsorción depende del calor de adsorción y de la velocidad másica del flujo de gas (vapor), de la difusividad térmica de este flujo y del adsorbente, de la cantidad de sustancia adsorbida y de su concentración. Dado que la capacidad de adsorción del adsorbente disminuye al aumentar la temperatura, se debe tener en cuenta la exotermia del proceso. cálculos de ingeniería. A altas liberaciones de calor, la capa adsorbente se enfría.


Los procesos de adsorción son selectivos y reversibles, lo que permite que uno o más componentes sean absorbidos (adsorbidos) de mezclas y soluciones de gas (vapor) y luego, en otras condiciones, aislados (desabsorbidos) de la fase sólida. En este caso, la selectividad depende de la naturaleza del adsorbente y de las sustancias adsorbidas, y de la limitación cantidad especifica La sustancia absorbida también depende de su concentración en la mezcla inicial y la temperatura, y en el caso de los gases, también de la presión.


Los adsorbentes son cuerpos porosos con una superficie porosa altamente desarrollada. La superficie específica de los poros puede alcanzar los 1000 m2/g. Los adsorbentes se utilizan en forma de tabletas o bolas con un tamaño de 2 a 6 mm, así como polvos con un tamaño de partícula de 20 a 50 micras. Como adsorbentes se utilizan carbón activado, gel de sílice, aluminosilicatos, zeolitas (tamices moleculares), etc.. Una característica importante de los adsorbentes es su actividad, entendida como la masa de sustancia adsorbida por unidad de masa del adsorbente en condiciones de equilibrio. La actividad del adsorbente es igual a:



donde M es la masa de los componentes absorbidos; G es la masa del adsorbente.


Los adsorbentes también se caracterizan tiempo de acción protectora, que se entiende como el tiempo durante el cual la concentración de sustancias absorbidas a la salida de la capa adsorbente no cambia. Con un mayor tiempo de operación del adsorbente, se produce un avance de los componentes absorbidos, asociado con el agotamiento de la actividad del adsorbente. En este caso, es necesaria la regeneración o sustitución del adsorbente.


Debido a la variedad de adsorbentes y sustancias adsorbidas, aún no se ha desarrollado una teoría unificada de adsorción. Los patrones de los procesos de adsorción, en los que las fuerzas de atracción de van der Waals desempeñan un papel decisivo, pueden describirse satisfactoriamente mediante la denominada teoría potencial de la adsorción. Según esta teoría, en la superficie del adsorbente se forma una capa de adsorción polimolecular, cuyo estado energético de las moléculas está determinado por el valor del potencial de adsorción, que es función de la distancia a la superficie, y no depender de la temperatura. El potencial de adsorción tiene el mayor conocimiento en la superficie del adsorbente. La teoría del potencial es aplicable a los procesos de adsorción en adsorbentes cuyo tamaño de poro es proporcional al tamaño de las moléculas absorbidas. En tales casos, no se produce capa por capa, sino un llenado volumétrico de los poros.


Para describir el proceso de adsorción monomolecular, la teoría de Langmuir, según la cual, debido a fuerzas no compensadas en el átomo superficial o molécula adsorbente, la molécula adsorbida se retiene durante algún tiempo en la superficie, ha recibido el mayor uso. La adsorción se produce en puntos especiales de la superficie: centros de adsorción. Los flujos de material involucrados en los procesos de adsorción y desorción contienen componentes transportables e "inertes". El primero se refiere a sustancias que pasan de una fase a otra, y el segundo, aquellos que no participan en dicha transferencia. En la fase sólida, el componente "inerte" es el adsorbente.


La velocidad del proceso de adsorción depende de las condiciones de transporte de la sustancia adsorbida a la superficie del adsorbente (transferencia externa), así como de la transferencia de la sustancia adsorbida dentro de los granos adsorbentes (transferencia interna). La tasa de transferencia externa está determinada por las condiciones hidrodinámicas del proceso, mientras que la tasa de transferencia interna está determinada por la estructura del adsorbente y las propiedades fisicoquímicas del sistema.


Los procesos de adsorción se llevan a cabo principalmente de las siguientes formas:


1) con lecho adsorbente fijo;


2) con lecho adsorbente móvil;


3) con lecho adsorbente fluidizado.


Los esquemas principales de los procesos de adsorción se muestran en la fig. 2.



Arroz. 2. : a - con una capa adsorbente fija; b - con una capa adsorbente en movimiento; c - con lecho fluidizado de adsorbente


Cuando se usa un adsorbente granular, se usan esquemas con un adsorbente fijo (Fig. 2, a) y con un adsorbente móvil (Fig. 2, b). En el primer caso, el proceso se realiza periódicamente. Primero, se pasa una mezcla de gas y vapor G a través del adsorbente L y se satura con la sustancia absorbida; después de eso, se hace pasar el agente de desplazamiento B o se calienta el adsorbente, realizando así la desorción (regeneración del adsorbente).


En el segundo caso, el adsorbente L circula en un sistema cerrado: su saturación se produce en la zona superior - adsorción - del aparato, y la regeneración - en la zona inferior - desorción. Cuando se usa un adsorbente pulverizado, se usa un esquema (Fig. 8.2, c) con un adsorbente fluidizado recirculante.