Absorpcja- to dyfuzyjne przenoszenie cząstek sub. Z jedej fazy (gazowej) przez granicę faz w obj. Drugiej fazy (cieczy) wywołane gradientem stęż w obu fazach . Polega na pochłanianiu zanieczyszczen gazowych przez ciecz (absorbent).
Absorpcja jest to dyfuzyjne przenoszenie cząsteczek substancji z jednej fazy (gazowej) przez granicę faz w objętość drugiej fazy (cieczy) wywołane gradientem stężenia w obu fazach. Polega na pochłanianiu zanieczyszczeń gazowych przez ciecz (absorbent). W celu przeniesienia określonej masy zanieczyszczeń z gazu do cieczy konieczne jest przeniknięcie cząstek przez strefę przyległą do granicy faz i przez granicę faz, tj. przez powierzchnię międzyfazową. Równowagę absorpcyjną wyznacza się wprowadzając do zamkniętego naczynia jednoskładnikową lub wieloskładnikową fazę gazową oraz absorbent ciekły. W wyniku kontaktu obu faz część składników zawartych w fazie gazowej zostanie pochłonięta przez ciecz. Szybkość procesu pochłaniania gazu na początku procesu jest duża po bardzo długim czasie dąży do zera. Zostaje wówczas osiągnięty stan równowagi fizykochemicznej między fazą gazową, a ciekłą. W warunkach równowagi fizykochemicznej: *temperatury w obu fazach są jednakowe TG = TLgdzie: TG, TL temperatura w fazie gazowej i w fazie ciekłej, *ciśnienia całkowite w fazie gazowej i w fazie ciekłej są jednakowe pG = pL gdzie: pG, pL ciśnienia całkowite w fazie gazowej i w fazie ciekłej, *potencjały chemiczne poszczególnych składników w obu fazach są jednakowe ၭiG = ၭiL gdzie: ၭiG, ၭiL potencjał chemiczny (i) składnika w gazie i w cieczy.
Z uwagi na niedoskonałości fazy ciekłej i gazowej zależności równowagowe w szerokim zakresie stężeń mają postać nieliniową. Jedynie dla małych wartości ułamka molowego składnika A w fazie ciekłej zależność równowagową można opisać równaniem prostej p*A=HA x*A lub w równoważnej p*A=HeAC*A Obie postaci równania noszą nazwę prawa Henry'ego a stałe HA i HeA - stałych Henry'ego. Zmiana liczby moli składnika absorbowanego w fazie gazowej ၄nA wynika z zależności:
gdzie: ∆nA= nA0-nAk= Vg/Vgo- Vg/Vgk ၄nA- liczba moli ditlenku węgla w fazie gazowej (kmol A), VG - objętość fazy gazowej w reaktorze (cm3), vG - objętość molowa CO2, indeksy 0 i k oznaczają stan początkowy i końcowy. Objętość gazu wynosi: VG= V − VL
VG - objętość fazy gazowej w reaktorze (cm3), V - objętość reaktora (cm3), VL - objętość fazy ciekłej w reaktorze (cm3). Bilanse masy aparatów przemysłowych
Faza gazowa składa się z dwóch składników: * składnika absorpcyjnie czynnego A * składnika który nie ulega absorpcji (inert) (in). Ciecz zawiera tylko absorbent R i rozpuszczony w niej składnik absorpcyjnie czynny A. Bilanse masy są sporządzane w jednostkach molowych. Z uwagi na niezmienność molowego (a także i masowego) przepływu inertu (in) i czystego absorbenta (R) w kolumnie, dogodnie jest sporządzać bilans masy składnika absorpcyjnie czynnego A na podstawie wymienionych stałych Bilanse masy absorberów przeciwprądowych Przykładem aparatu o przeciwprądowym przepływie faz może być kolumna wypełniona lub kolumna natryskowa. Gin - natężenie przepływu składnika obojętnego (kmol in/s), YAO - stężenie składnika A na wlocie do absorbera (kmol/kmol in) YAZ - stężenie składnika A na wylocie z absorbera (kmol/kmol in) LR - natężenie przepływu absorbenta (kmol R/s) XAZ - stężenie składnika absorpcyjnie czynnego w cieczy wpływającej (kmol A/kmol R) XA0 - stężenie składnika absorpcyjnie czynnego w cieczy wypływającej (kmol A/kmol R) Najczęściej stosowanymi do obliczeń pracy absorberów są: *molowe (masowe) natężenie dopływu składnika obojętnego Gin * stężenie składnika absorpcyjnie czynnego w gazie na wlocie do kolumny YA0 i wylocie z kolumny YAZ * stężenie składnika absorpcyjnie czynnego w cieczy na wlocie do kolumny XAZ. Z ekonomicznego punktu do obliczenia pracy kolumny wielkość natężenia przepływu absorbenta LR powinna być jak najmniejsza. Linia operacyjna-Jest to lina prosta, nachylona względem osi XA pod kątem ၡ którego tangens odpowiada stosunkowi .
Jednocześnie prosta ta przechodzi przez punkty Fizycznie znaczenie linii operacyjnej jest takie, że wiąże ona stężenia składnika A w obu fazach w każdym przekroju kolumny i obrazuje zmiany stężeń składników gazu w całej długości aparatu. Bilans masowy dla części aparatu Stężenie składnia A w fazie gazowej i w fazie ciekłej w tym przekroju oznaczono odpowiednio , . Bilans molowy składnika A dla części aparatu prowadzi do zależności Permeacja - proces przenikania gazów i cieczy przez membranę Membrana - homo- lub heterogeniczna stała lub ciekła warstwa oddzielająca dwie fazy płynne, ale umożliwiająca przenikanie niektórych składników jednej fazy do drugiej. Nadawa - roztwór, mieszanina, zawiesina, którą poddajemy separacji lub oczyszczaniu. Permeat - część nadawy, która przeniknęła przez membranę. Retentat - część nadawy, która nie przeniknęła przez membranę. Gęstość strumienia (Jv) dla przepływu objętościowego [m3/(m2•s)] V - objętość odbieranego permeatu [m3] A - powierzchnia robocza membrany [m2] t - czas [s]
Jv-przeplyw objetosciowy Wydajność membrany (określa gęstość strumienia permeatu - J)- Własności selektywne (separacyjne) - wyrażają zdolność odmiennego zachowania się membrany w stosunku do składników mieszaniny rozdzielanej, charakteryzowane są za pomocą współczynnika retencji (R) lub selektywności (S). Cp - stężenie składnika rozdzielanego w permeacie [kg/m3] Cn - stężenie składnika rozdzielanego w nadawie [kg/m3] Gęstość strumienia odniesiona do masy permeatu Jm - masowa gęstość strumienia permeatu [kg/(m2•s)] m - masa odbieranego permeatu [kg] Gęstość strumienia odniesiona do liczby moli permeatu: Jn - molowa gęstość strumienia permeatu [kmol/(m2•s)] n - liczba moli odbieranego permeatu [kmol] Lp - współczynnik permeacji rozpuszczalnika [m/(Pa•s)], wyznaczany za pomocą testu permeacji dla czystego rozpuszczalnika, wielkość indywidualna dla membrany i układu rozdzielanego, Δp - ciśnienie transmembranowe, różnica ciśnień po obu stronach membrany, stanowi siłę napędową procesu. Odwrócona osmoza (RO) - proces membranowy, rozdzielanie substancji o wymiarach porównywalnych z rozmiarami cząsteczek rozpuszczalnika. Dążąc do wyrównania potencjałów chemicznych następuje samorzutny przepływ rozpuszczalnika z fazy 1 do 2. Powoduje to wzrost ciśnienia w fazie 2. Kiedy fazę 1 stanowi czysta woda, ciśnienie to nazywa się ciśnieniem osmotycznym (π).
Adsorpcji nie należy mylić z absorpcją, która jest procesem wnikania do wnętrza fazy. Adsorbentem określamy ciało które sorbuje (przyjmuje) substancję, zaś adsorbatem substancję adsorbowaną znajdującą się Proces adsorpcji w określonych warunkach trwa, aż do osiągnięcia równowagi dynamicznej między stężeniem substancji rozpuszczonej a stężeniem tej substancji na powierzchni adsorbentu. Langmuir w swojej teorii adsorpcji założył, że: 1. powierzchnia ciała stałego posiada określoną liczbę miejsc, zwanych centrami aktywnymi, 2. na jednym miejscu aktywnym może zaadsorbować się jedna cząstka adsorbatu przez pewien określony czas, 3. wiązanie się cząsteczek adsorbatu z miejscem aktywnym może być fizyczne lub chemiczne, 4. zaadsorbowane cząstki tworzą warstwę monomolekularną i nie występuje między nimi żadne wzajemne oddziaływanie, 5. cząsteczki nie wykazują ruchu translacyjnego (drganie, przemieszczanie się) w płaszczyźnie powierzchni adsorbatu, 6. energia adsorpcji jest stała i nie zależy od stopnia pokrycia powierzchni, 7. występuje równowaga między cząsteczkami zaadsorbowanymi na powierzchni a cząsteczkami fazy objętościowej (równowaga ma charakter dynamiczny, tzn. że w stanie równowagi liczba cząsteczek adsorbujących się w jednostce czasu równa się liczbie cząsteczek ulegających desorpcji). Teoria Langmuir'a Przy takich założeniach równowagę adsorpcyjną możemy przedstawić: cząsteczka w roztworze ↔ cząsteczka w adsorbencie (kompleks adsorpcyjny) Stopień pokrycia powierzchni adsorbentu (ΘA) - stosunek ilości zajętych centrów adsorpcji do całkowitej liczby centrów na powierzchni adsorbentu
Według modelu adsorpcji Langmuira (gaz-ciało stałe): rads - szybkość adsorpcji (kmol/(kgთs)), k1 - stała szybkości adsorpcji, pA - ciśnienie adsorbatu w gazie (Pa), ΘA - stopień pokrycia powierzchni. Szybkość desorpcji rdes jest proporcjonalna do ułamka powierzchni pokrytej adsorbatem Θ: gdzie:rdes - szybkość desorpcji (kmol/kgთs), k2 - stała szybkości desorpcji,ΘA - stopień pokrycia powierzchni. W stanie równowagi obie te szybkości są sobie równe; rads=rdes. Adsorber okresowy Do zbiornika zaopatrzonego w mieszadło wprowadza się ciecz, w której stężenie składnika A wynosi CA0, jednocześnie do zbiornika wprowadza się adsorbent w postaci granulek. Mieszanina dwufazowa jest stale mieszana, zapewnia to dobre warunki wymiany masy.Stężenie składnika A ulega zmniejszeniu w cieczy, po pewnym czasie osiągnięta zostaje równowaga fizykochemiczna miedzy dwoma fazami.
|
Absorpcja- to dyfuzyjne przenoszenie cząstek sub. Z jedej fazy (gazowej) przez granicę faz w obj. Drugiej fazy (cieczy) wywołane gradientem stęż w obu fazach . Polega na pochłanianiu zanieczyszczen gazowych przez ciecz (absorbent).
Absorpcja jest to dyfuzyjne przenoszenie cząsteczek substancji z jednej fazy (gazowej) przez granicę faz w objętość drugiej fazy (cieczy) wywołane gradientem stężenia w obu fazach. Polega na pochłanianiu zanieczyszczeń gazowych przez ciecz (absorbent). W celu przeniesienia określonej masy zanieczyszczeń z gazu do cieczy konieczne jest przeniknięcie cząstek przez strefę przyległą do granicy faz i przez granicę faz, tj. przez powierzchnię międzyfazową. Równowagę absorpcyjną wyznacza się wprowadzając do zamkniętego naczynia jednoskładnikową lub wieloskładnikową fazę gazową oraz absorbent ciekły. W wyniku kontaktu obu faz część składników zawartych w fazie gazowej zostanie pochłonięta przez ciecz. Szybkość procesu pochłaniania gazu na początku procesu jest duża po bardzo długim czasie dąży do zera. Zostaje wówczas osiągnięty stan równowagi fizykochemicznej między fazą gazową, a ciekłą. W warunkach równowagi fizykochemicznej: *temperatury w obu fazach są jednakowe TG = TLgdzie: TG, TL temperatura w fazie gazowej i w fazie ciekłej, *ciśnienia całkowite w fazie gazowej i w fazie ciekłej są jednakowe pG = pL gdzie: pG, pL ciśnienia całkowite w fazie gazowej i w fazie ciekłej, *potencjały chemiczne poszczególnych składników w obu fazach są jednakowe ၭiG = ၭiL gdzie: ၭiG, ၭiL potencjał chemiczny (i) składnika w gazie i w cieczy.
Z uwagi na niedoskonałości fazy ciekłej i gazowej zależności równowagowe w szerokim zakresie stężeń mają postać nieliniową. Jedynie dla małych wartości ułamka molowego składnika A w fazie ciekłej zależność równowagową można opisać równaniem prostej p*A=HA x*A lub w równoważnej p*A=HeAC*A Obie postaci równania noszą nazwę prawa Henry'ego a stałe HA i HeA - stałych Henry'ego. Zmiana liczby moli składnika absorbowanego w fazie gazowej ၄nA wynika z zależności:
gdzie: ∆nA= nA0-nAk= Vg/Vgo- Vg/Vgk ၄nA- liczba moli ditlenku węgla w fazie gazowej (kmol A), VG - objętość fazy gazowej w reaktorze (cm3), vG - objętość molowa CO2, indeksy 0 i k oznaczają stan początkowy i końcowy. Objętość gazu wynosi: VG= V − VL
VG - objętość fazy gazowej w reaktorze (cm3), V - objętość reaktora (cm3), VL - objętość fazy ciekłej w reaktorze (cm3). Bilanse masy aparatów przemysłowych
Faza gazowa składa się z dwóch składników: * składnika absorpcyjnie czynnego A * składnika który nie ulega absorpcji (inert) (in). Ciecz zawiera tylko absorbent R i rozpuszczony w niej składnik absorpcyjnie czynny A. Bilanse masy są sporządzane w jednostkach molowych. Z uwagi na niezmienność molowego (a także i masowego) przepływu inertu (in) i czystego absorbenta (R) w kolumnie, dogodnie jest sporządzać bilans masy składnika absorpcyjnie czynnego A na podstawie wymienionych stałych Bilanse masy absorberów przeciwprądowych Przykładem aparatu o przeciwprądowym przepływie faz może być kolumna wypełniona lub kolumna natryskowa. Gin - natężenie przepływu składnika obojętnego (kmol in/s), YAO - stężenie składnika A na wlocie do absorbera (kmol/kmol in) YAZ - stężenie składnika A na wylocie z absorbera (kmol/kmol in) LR - natężenie przepływu absorbenta (kmol R/s) XAZ - stężenie składnika absorpcyjnie czynnego w cieczy wpływającej (kmol A/kmol R) XA0 - stężenie składnika absorpcyjnie czynnego w cieczy wypływającej (kmol A/kmol R) Najczęściej stosowanymi do obliczeń pracy absorberów są: *molowe (masowe) natężenie dopływu składnika obojętnego Gin * stężenie składnika absorpcyjnie czynnego w gazie na wlocie do kolumny YA0 i wylocie z kolumny YAZ * stężenie składnika absorpcyjnie czynnego w cieczy na wlocie do kolumny XAZ. Z ekonomicznego punktu do obliczenia pracy kolumny wielkość natężenia przepływu absorbenta LR powinna być jak najmniejsza. Linia operacyjna-Jest to lina prosta, nachylona względem osi XA pod kątem ၡ którego tangens odpowiada stosunkowi .
Jednocześnie prosta ta przechodzi przez punkty Fizycznie znaczenie linii operacyjnej jest takie, że wiąże ona stężenia składnika A w obu fazach w każdym przekroju kolumny i obrazuje zmiany stężeń składników gazu w całej długości aparatu. Bilans masowy dla części aparatu Stężenie składnia A w fazie gazowej i w fazie ciekłej w tym przekroju oznaczono odpowiednio , . Bilans molowy składnika A dla części aparatu prowadzi do zależności Permeacja - proces przenikania gazów i cieczy przez membranę Membrana - homo- lub heterogeniczna stała lub ciekła warstwa oddzielająca dwie fazy płynne, ale umożliwiająca przenikanie niektórych składników jednej fazy do drugiej. Nadawa - roztwór, mieszanina, zawiesina, którą poddajemy separacji lub oczyszczaniu. Permeat - część nadawy, która przeniknęła przez membranę. Retentat - część nadawy, która nie przeniknęła przez membranę. Gęstość strumienia (Jv) dla przepływu objętościowego [m3/(m2•s)] V - objętość odbieranego permeatu [m3] A - powierzchnia robocza membrany [m2] t - czas [s]
Jv-przeplyw objetosciowy Wydajność membrany (określa gęstość strumienia permeatu - J)- Własności selektywne (separacyjne) - wyrażają zdolność odmiennego zachowania się membrany w stosunku do składników mieszaniny rozdzielanej, charakteryzowane są za pomocą współczynnika retencji (R) lub selektywności (S). Cp - stężenie składnika rozdzielanego w permeacie [kg/m3] Cn - stężenie składnika rozdzielanego w nadawie [kg/m3] Gęstość strumienia odniesiona do masy permeatu Jm - masowa gęstość strumienia permeatu [kg/(m2•s)] m - masa odbieranego permeatu [kg] Gęstość strumienia odniesiona do liczby moli permeatu: Jn - molowa gęstość strumienia permeatu [kmol/(m2•s)] n - liczba moli odbieranego permeatu [kmol] Lp - współczynnik permeacji rozpuszczalnika [m/(Pa•s)], wyznaczany za pomocą testu permeacji dla czystego rozpuszczalnika, wielkość indywidualna dla membrany i układu rozdzielanego, Δp - ciśnienie transmembranowe, różnica ciśnień po obu stronach membrany, stanowi siłę napędową procesu. Odwrócona osmoza (RO) - proces membranowy, rozdzielanie substancji o wymiarach porównywalnych z rozmiarami cząsteczek rozpuszczalnika. Dążąc do wyrównania potencjałów chemicznych następuje samorzutny przepływ rozpuszczalnika z fazy 1 do 2. Powoduje to wzrost ciśnienia w fazie 2. Kiedy fazę 1 stanowi czysta woda, ciśnienie to nazywa się ciśnieniem osmotycznym (π).
Adsorpcji nie należy mylić z absorpcją, która jest procesem wnikania do wnętrza fazy. Adsorbentem określamy ciało które sorbuje (przyjmuje) substancję, zaś adsorbatem substancję adsorbowaną znajdującą się Proces adsorpcji w określonych warunkach trwa, aż do osiągnięcia równowagi dynamicznej między stężeniem substancji rozpuszczonej a stężeniem tej substancji na powierzchni adsorbentu. Langmuir w swojej teorii adsorpcji założył, że: 1. powierzchnia ciała stałego posiada określoną liczbę miejsc, zwanych centrami aktywnymi, 2. na jednym miejscu aktywnym może zaadsorbować się jedna cząstka adsorbatu przez pewien określony czas, 3. wiązanie się cząsteczek adsorbatu z miejscem aktywnym może być fizyczne lub chemiczne, 4. zaadsorbowane cząstki tworzą warstwę monomolekularną i nie występuje między nimi żadne wzajemne oddziaływanie, 5. cząsteczki nie wykazują ruchu translacyjnego (drganie, przemieszczanie się) w płaszczyźnie powierzchni adsorbatu, 6. energia adsorpcji jest stała i nie zależy od stopnia pokrycia powierzchni, 7. występuje równowaga między cząsteczkami zaadsorbowanymi na powierzchni a cząsteczkami fazy objętościowej (równowaga ma charakter dynamiczny, tzn. że w stanie równowagi liczba cząsteczek adsorbujących się w jednostce czasu równa się liczbie cząsteczek ulegających desorpcji). Teoria Langmuir'a Przy takich założeniach równowagę adsorpcyjną możemy przedstawić: cząsteczka w roztworze ↔ cząsteczka w adsorbencie (kompleks adsorpcyjny) Stopień pokrycia powierzchni adsorbentu (ΘA) - stosunek ilości zajętych centrów adsorpcji do całkowitej liczby centrów na powierzchni adsorbentu
Według modelu adsorpcji Langmuira (gaz-ciało stałe): rads - szybkość adsorpcji (kmol/(kgთs)), k1 - stała szybkości adsorpcji, pA - ciśnienie adsorbatu w gazie (Pa), ΘA - stopień pokrycia powierzchni. Szybkość desorpcji rdes jest proporcjonalna do ułamka powierzchni pokrytej adsorbatem Θ: gdzie:rdes - szybkość desorpcji (kmol/kgთs), k2 - stała szybkości desorpcji,ΘA - stopień pokrycia powierzchni. W stanie równowagi obie te szybkości są sobie równe; rads=rdes. Adsorber okresowy Do zbiornika zaopatrzonego w mieszadło wprowadza się ciecz, w której stężenie składnika A wynosi CA0, jednocześnie do zbiornika wprowadza się adsorbent w postaci granulek. Mieszanina dwufazowa jest stale mieszana, zapewnia to dobre warunki wymiany masy.Stężenie składnika A ulega zmniejszeniu w cieczy, po pewnym czasie osiągnięta zostaje równowaga fizykochemiczna miedzy dwoma fazami.
|
Absorpcja- to dyfuzyjne przenoszenie cząstek sub. Z jedej fazy (gazowej) przez granicę faz w obj. Drugiej fazy (cieczy) wywołane gradientem stęż w obu fazach . Polega na pochłanianiu zanieczyszczen gazowych przez ciecz (absorbent).
Absorpcja jest to dyfuzyjne przenoszenie cząsteczek substancji z jednej fazy (gazowej) przez granicę faz w objętość drugiej fazy (cieczy) wywołane gradientem stężenia w obu fazach. Polega na pochłanianiu zanieczyszczeń gazowych przez ciecz (absorbent). W celu przeniesienia określonej masy zanieczyszczeń z gazu do cieczy konieczne jest przeniknięcie cząstek przez strefę przyległą do granicy faz i przez granicę faz, tj. przez powierzchnię międzyfazową. Równowagę absorpcyjną wyznacza się wprowadzając do zamkniętego naczynia jednoskładnikową lub wieloskładnikową fazę gazową oraz absorbent ciekły. W wyniku kontaktu obu faz część składników zawartych w fazie gazowej zostanie pochłonięta przez ciecz. Szybkość procesu pochłaniania gazu na początku procesu jest duża po bardzo długim czasie dąży do zera. Zostaje wówczas osiągnięty stan równowagi fizykochemicznej między fazą gazową, a ciekłą. W warunkach równowagi fizykochemicznej: *temperatury w obu fazach są jednakowe TG = TLgdzie: TG, TL temperatura w fazie gazowej i w fazie ciekłej, *ciśnienia całkowite w fazie gazowej i w fazie ciekłej są jednakowe pG = pL gdzie: pG, pL ciśnienia całkowite w fazie gazowej i w fazie ciekłej, *potencjały chemiczne poszczególnych składników w obu fazach są jednakowe ၭiG = ၭiL gdzie: ၭiG, ၭiL potencjał chemiczny (i) składnika w gazie i w cieczy.
Z uwagi na niedoskonałości fazy ciekłej i gazowej zależności równowagowe w szerokim zakresie stężeń mają postać nieliniową. Jedynie dla małych wartości ułamka molowego składnika A w fazie ciekłej zależność równowagową można opisać równaniem prostej p*A=HA x*A lub w równoważnej p*A=HeAC*A Obie postaci równania noszą nazwę prawa Henry'ego a stałe HA i HeA - stałych Henry'ego. Zmiana liczby moli składnika absorbowanego w fazie gazowej ၄nA wynika z zależności:
gdzie: ∆nA= nA0-nAk= Vg/Vgo- Vg/Vgk ၄nA- liczba moli ditlenku węgla w fazie gazowej (kmol A), VG - objętość fazy gazowej w reaktorze (cm3), vG - objętość molowa CO2, indeksy 0 i k oznaczają stan początkowy i końcowy. Objętość gazu wynosi: VG= V − VL
VG - objętość fazy gazowej w reaktorze (cm3), V - objętość reaktora (cm3), VL - objętość fazy ciekłej w reaktorze (cm3). Bilanse masy aparatów przemysłowych
Faza gazowa składa się z dwóch składników: * składnika absorpcyjnie czynnego A * składnika który nie ulega absorpcji (inert) (in). Ciecz zawiera tylko absorbent R i rozpuszczony w niej składnik absorpcyjnie czynny A. Bilanse masy są sporządzane w jednostkach molowych. Z uwagi na niezmienność molowego (a także i masowego) przepływu inertu (in) i czystego absorbenta (R) w kolumnie, dogodnie jest sporządzać bilans masy składnika absorpcyjnie czynnego A na podstawie wymienionych stałych Bilanse masy absorberów przeciwprądowych Przykładem aparatu o przeciwprądowym przepływie faz może być kolumna wypełniona lub kolumna natryskowa. Gin - natężenie przepływu składnika obojętnego (kmol in/s), YAO - stężenie składnika A na wlocie do absorbera (kmol/kmol in) YAZ - stężenie składnika A na wylocie z absorbera (kmol/kmol in) LR - natężenie przepływu absorbenta (kmol R/s) XAZ - stężenie składnika absorpcyjnie czynnego w cieczy wpływającej (kmol A/kmol R) XA0 - stężenie składnika absorpcyjnie czynnego w cieczy wypływającej (kmol A/kmol R) Najczęściej stosowanymi do obliczeń pracy absorberów są: *molowe (masowe) natężenie dopływu składnika obojętnego Gin * stężenie składnika absorpcyjnie czynnego w gazie na wlocie do kolumny YA0 i wylocie z kolumny YAZ * stężenie składnika absorpcyjnie czynnego w cieczy na wlocie do kolumny XAZ. Z ekonomicznego punktu do obliczenia pracy kolumny wielkość natężenia przepływu absorbenta LR powinna być jak najmniejsza. Linia operacyjna-Jest to lina prosta, nachylona względem osi XA pod kątem ၡ którego tangens odpowiada stosunkowi .
Jednocześnie prosta ta przechodzi przez punkty Fizycznie znaczenie linii operacyjnej jest takie, że wiąże ona stężenia składnika A w obu fazach w każdym przekroju kolumny i obrazuje zmiany stężeń składników gazu w całej długości aparatu. Bilans masowy dla części aparatu Stężenie składnia A w fazie gazowej i w fazie ciekłej w tym przekroju oznaczono odpowiednio , . Bilans molowy składnika A dla części aparatu prowadzi do zależności Permeacja - proces przenikania gazów i cieczy przez membranę Membrana - homo- lub heterogeniczna stała lub ciekła warstwa oddzielająca dwie fazy płynne, ale umożliwiająca przenikanie niektórych składników jednej fazy do drugiej. Nadawa - roztwór, mieszanina, zawiesina, którą poddajemy separacji lub oczyszczaniu. Permeat - część nadawy, która przeniknęła przez membranę. Retentat - część nadawy, która nie przeniknęła przez membranę. Gęstość strumienia (Jv) dla przepływu objętościowego [m3/(m2•s)] V - objętość odbieranego permeatu [m3] A - powierzchnia robocza membrany [m2] t - czas [s]
Jv-przeplyw objetosciowy Wydajność membrany (określa gęstość strumienia permeatu - J)- Własności selektywne (separacyjne) - wyrażają zdolność odmiennego zachowania się membrany w stosunku do składników mieszaniny rozdzielanej, charakteryzowane są za pomocą współczynnika retencji (R) lub selektywności (S). Cp - stężenie składnika rozdzielanego w permeacie [kg/m3] Cn - stężenie składnika rozdzielanego w nadawie [kg/m3] Gęstość strumienia odniesiona do masy permeatu Jm - masowa gęstość strumienia permeatu [kg/(m2•s)] m - masa odbieranego permeatu [kg] Gęstość strumienia odniesiona do liczby moli permeatu: Jn - molowa gęstość strumienia permeatu [kmol/(m2•s)] n - liczba moli odbieranego permeatu [kmol] Lp - współczynnik permeacji rozpuszczalnika [m/(Pa•s)], wyznaczany za pomocą testu permeacji dla czystego rozpuszczalnika, wielkość indywidualna dla membrany i układu rozdzielanego, Δp - ciśnienie transmembranowe, różnica ciśnień po obu stronach membrany, stanowi siłę napędową procesu. Odwrócona osmoza (RO) - proces membranowy, rozdzielanie substancji o wymiarach porównywalnych z rozmiarami cząsteczek rozpuszczalnika. Dążąc do wyrównania potencjałów chemicznych następuje samorzutny przepływ rozpuszczalnika z fazy 1 do 2. Powoduje to wzrost ciśnienia w fazie 2. Kiedy fazę 1 stanowi czysta woda, ciśnienie to nazywa się ciśnieniem osmotycznym (π).
Adsorpcji nie należy mylić z absorpcją, która jest procesem wnikania do wnętrza fazy. Adsorbentem określamy ciało które sorbuje (przyjmuje) substancję, zaś adsorbatem substancję adsorbowaną znajdującą się Proces adsorpcji w określonych warunkach trwa, aż do osiągnięcia równowagi dynamicznej między stężeniem substancji rozpuszczonej a stężeniem tej substancji na powierzchni adsorbentu. Langmuir w swojej teorii adsorpcji założył, że: 1. powierzchnia ciała stałego posiada określoną liczbę miejsc, zwanych centrami aktywnymi, 2. na jednym miejscu aktywnym może zaadsorbować się jedna cząstka adsorbatu przez pewien określony czas, 3. wiązanie się cząsteczek adsorbatu z miejscem aktywnym może być fizyczne lub chemiczne, 4. zaadsorbowane cząstki tworzą warstwę monomolekularną i nie występuje między nimi żadne wzajemne oddziaływanie, 5. cząsteczki nie wykazują ruchu translacyjnego (drganie, przemieszczanie się) w płaszczyźnie powierzchni adsorbatu, 6. energia adsorpcji jest stała i nie zależy od stopnia pokrycia powierzchni, 7. występuje równowaga między cząsteczkami zaadsorbowanymi na powierzchni a cząsteczkami fazy objętościowej (równowaga ma charakter dynamiczny, tzn. że w stanie równowagi liczba cząsteczek adsorbujących się w jednostce czasu równa się liczbie cząsteczek ulegających desorpcji). Teoria Langmuir'a Przy takich założeniach równowagę adsorpcyjną możemy przedstawić: cząsteczka w roztworze ↔ cząsteczka w adsorbencie (kompleks adsorpcyjny) Stopień pokrycia powierzchni adsorbentu (ΘA) - stosunek ilości zajętych centrów adsorpcji do całkowitej liczby centrów na powierzchni adsorbentu
Według modelu adsorpcji Langmuira (gaz-ciało stałe): rads - szybkość adsorpcji (kmol/(kgთs)), k1 - stała szybkości adsorpcji, pA - ciśnienie adsorbatu w gazie (Pa), ΘA - stopień pokrycia powierzchni. Szybkość desorpcji rdes jest proporcjonalna do ułamka powierzchni pokrytej adsorbatem Θ: gdzie:rdes - szybkość desorpcji (kmol/kgთs), k2 - stała szybkości desorpcji,ΘA - stopień pokrycia powierzchni. W stanie równowagi obie te szybkości są sobie równe; rads=rdes. Adsorber okresowy Do zbiornika zaopatrzonego w mieszadło wprowadza się ciecz, w której stężenie składnika A wynosi CA0, jednocześnie do zbiornika wprowadza się adsorbent w postaci granulek. Mieszanina dwufazowa jest stale mieszana, zapewnia to dobre warunki wymiany masy.Stężenie składnika A ulega zmniejszeniu w cieczy, po pewnym czasie osiągnięta zostaje równowaga fizykochemiczna miedzy dwoma fazami.
|