ADSORPCIJA Pripremio: Varga Ištvan HEMIJSKO-PREHRAMBENA SREDNJA ŠKOLA ČOKA varga.i@neobee.net

Definicija: Adsorpcija je difuziona operacija u kojoj se iz tečnosti i gasova korisna komponenta (adsorptiv) vezuje površinskim ili hemijskim silama za površinu čvrste faze (adsorbens). Adsorpcija se odigrava na granici faza adsorbensa i tečne ili gasovite faze koje sadrže adsorptiv.

Primena adsorpcije: Za prečišćavanje i sušenje gasova; Za prečišćavanje i otklanjanje raznih nepoželjnih obojenja tečnosti; Za razdvajanje smeše raznih para na sastavne komponente; Za vezivanje para raznih organskih rastvarača i njihovo otklanjanje iz vazduha. Adsorpcija je ekonomična operacija samo u slučaju da je koncentracija adsorptiva u nosećoj fazi mala.

Mehanizam odvijanja adsorpcije Adsorpcija se zasniva na uzajamnom privlačenju adsorbensa i čestica adsorptiva na granici dodira faza. Prema unutrašnjosti adsorbensa privlačne sile su poništene, tj. utrošene su za uzajamno privlačenje čestica adsorbensa ( kohezione sile), ali na površini te sile slobodno deluju i mogu strane čestice vezivati ( adhezija).

Adhezione privlačne sile na površini adsorbensa Čestica adsorbensa Čestica adsorptiva Adhezione privlačne sile na površini adsorbensa Kohezione sile prema unutrašnjosti adsorbensa

Veličina adhezionih privlačnih sila je proporcionalna površini adsorbensa, zato je poželjno da adsorbens ima što veću slobodnu površinu. Na samom početku adsorpcije slobodna površina je velika, te i brzina adsorpcije je velika.Kasnije zbog vezivanja sve većeg broja čestica adsorptiva, slobodna površina se smanjuje, a time i brzina adsorpcije. Nakon određenog vremena uspostavlja se dinamička ravnoteža između adsorpcije ( vezivanja) i desorpcije (oslobađanja) čestica adsorptiva sa površine adsorbensa.

U dinamičkoj ravnoteži masa adsorptiva (m) koja se adsorbuje na površini mase adsorbensa (mad), proporcionalna je koncentraciji adsorptiva (x), odnosno parcijalnom pritisku (p) u nosećoj fazi (tečnosti ili gasu) na konstantnoj temperaturi. U gasovima U tečnostima a, b, m i n – su konstante karakteristične za adsorbens i adsorptiv.

Frojndlihove adsorpcione izoterme: Za gasove Za tečnosti Pošto je adsorpcija egzoterman proces, smanjenje temperature povoljno utiče na nju.

Brzina adsorpcije predstavlja protok mase adsorptiva. Analizirajući dijagrame, uočavamo da se po jedinici mase adsorbensa adsorbuje utoliko više adsorptiva, ukoliko je veća koncentracija rastvora (x) ili parcijalni pritisak (p) u gasu s kojim je adsorbens u ravnoteži. Brzina adsorpcije Brzina adsorpcije predstavlja protok mase adsorptiva.

U navedenoj formuli βt predstavlja koeficijent prelaza mase kroz granični sloj, A je površina adsorbensa, dok Δx predstavlja razliku koncentracije adsorptiva u rastvoru (x) i u graničnom sloju (xg). Pogonska sila adsorpcije Određena je adsorpcionom izotermom.

Vrste adsorpcije Razlikujemo: Fizičku i Hemijsku adsorpciju (hemisorpcija). Fizička adsorpcija je najčešće povratan proces, tj može da se desorpcijom oslobodi adsorptiv sa površine adsorbensa. Kod hemijske adsorpcije adsorptiv je hemijskim silama vezan za adsorbens i ne može da se oslobodi desorpcijom (nepovratan proces).

Adsorbensi To su materije koje na svojoj površini mogu da vežu velike količine adsorptiva. Za njih je važno da imaju veliku slobodnu površinu po jedinici mase, na primer 1 kg aktivnog ugalja ima slobodnu površinu od 1,5 x 106 m2. U industriji najčešće upotrebljavani adsorbensi su: - Aktivni ugalj; - Silikagel; - Al2O3; - Aktivne gline; - Aktivna i infuzorijska zemlja.

Zahtevi prema adsorbensu Da ima veliku slobodnu površinu; Da ima veliku aktivnost, tj. sposobnost vezivanja adsorptiva kada je njegova koncentracija mala; Da je hemijski inertan prema adsorptivu; Da je postojan i na visokim temperaturama; Da pri desorpciji lako otpusti molekule adsorptiva;

ADSORBERI To su uređaji u kojima se sprovodi adsorpcija adsorptiva bilo iz gasova, raznih para ili tečnosti. Operacija može da se izvodi: - Diskontinualno i - Kontinualno.

Adsorber sa mirujućim slojem adsorbensa 1 –Telo; 2 –Otvor za uvođenje gasa- pare; 3 –Otvor za odvođenje inertne komponente; 4 –Uvođenje primarne vodene pare za desorpciju; 5 –Otvor za odvođenje para posle desorpcije; 6 –Otvor za odvođenje kondenzata; 7–Otvor za ubacivanje adsorbensa; 8 –Otvor za vađenje adsorbensa.

Adsorpciona baterija za kontinualnu adsorpciju

1 – Perforirane tacne-podovi; 2 – Prelivne cevi; Adsorber sa fluidizovanim slojem adsorbensa – višekomorni adsorber 1 – Perforirane tacne-podovi; 2 – Prelivne cevi; 3 – Cev za uvođenje praškastog adsorbensa; 4 – Otvor za uvođenje gasne smeše ili pare; 5 – Otvor za odvođenje inertne komponente; 6 – Otvor za izvlačenje adsorbensa radi regeneracije.

Hipersorber I – Adsorpciona zona; II – Rektifikaciona zona; III – Desorpciona zona; 1, 3, 4, 4a – Razdeljivači; 2 – Hladnjaci; 5 – Uređaj za odstranjivanje adsorbensa; 6 – Specijalni ventil; 7 –Cev za gas; 8 – Ventil; 9 – Rezervoar za gas; 10 – Ventilator; 11 – Spremnik; 12 – Reaktivator; E – Polazna smeša; F – Grejna para; G1 – Primarna vodena para; G2 – Vodena para; G3 – Pneumatski transporter; K – Lakša frakcija; KN – Srednja frakcija; N – Teška frakcija; T – Produkt reaktívacije + para; V – Voda.