Лекция. Буландыру. Абсорбция. Адсорбция. Ионалмасу процестері.

Буландыру. Ұ шпайтын заттар ерітінділерін қ айнатып, еріткіштің кейбір бө лігін буғ а айналдыру арқ ылы ерітінділерді қ оюландыру (концентрациясын жоғ арылату) ү рдісі буландыру деп аталады.

Буландыру ү рдісінде бу ерітіндінің барлық кө лемінен, ал булануда қ айнау температурасынан тө мен кез келген температурада сұ йық бетімен бө лініп шығ ады.

Буландыру тә сілдері. Буландыратын ерітінділерді қ айнатуғ а дейін ысыту ү шін тү тінді газдарды, электр тоғ ын жә не жоғ ары температуралы жылу тасымалдағ ыштарды қ олданады. Дегенмен, буландырғ ыш аппараттарында ысытатын жылу тасымалдағ ыш ретінде кө бінесе су буы қ олданылады. Мұ ндай буды ысытатын немесе біріншілей бу, ал ертіндінің қ айнағ анында пайда болғ ан буды екіншілей бу деп атайды. Ысытатын немесе бірінші бу ретінде бу генераторларынан, бу трубиналарының аралығ ынан алынғ ан немесе пайдаланылғ ан буларды қ олданады.

Буландыратын ерітінділерге жылу кө бінесе қ абырғ а арқ ылы беріледі де, ал оттық газдар немесе басқ а газды жылу тасымалдағ ышымен ысытылғ анда ғ ана ерітіндімен тікелей жанасу арқ ылы беріледі. Буландыру ү рдісі вакуумда, атмосфералық немесе жоғ арғ ы қ ысымда ө ткізіледі. Вакуумда ө ткізілетін буландыру ү рдісінің атмосфералық қ ысымдағ ығ а қ арағ анда бірнеше артық шылық тары бар: ү рдісті кө п тө мен температурада ө ткізуге, яғ ни аппаратты ысыту ү шін тө мен қ ысымды буды пайдалануғ а болды; жоғ ары температурада ыдырап кетуі мү мкін болатын заттардың ерітінділерін қ оюландыруғ а болады; ысытатын бу мен ертіндінің қ айнау температураларының айырмасы (пайдалы температуралар айырмасы) кө п болады, яғ ни аппараттың ө лшемі мен жылуласу беті азаяды; буландыру аппаратынан шық қ ан екіншілей буды ысытатын бу ретінде пайдалану мү мкіндігі туады.

Вакуумдағ ы буландыру ү рдісінің кемшіліктері: қ осымша қ ұ рылғ ылар конденсаторлар, тамшыұ стағ ыштар жә не вакуум-насостар керек, яғ ни қ ондырғ ы қ ымбаттайды сонымен бірге шығ ын кө бейеді.

Атмосфералық қ ысымдағ ы буландыруда екіншілей бу пайдаланбай, атмосферағ а шығ арылады. Буландырудың бұ л тә сілі ө те қ арапайым, бірақ экономикалық тиімсіз болып саналады. Атмосфералық қ ысымнан жоғ ары қ ысымда буландыру ерітіндінің қ айнау температурасын кө бейтеді жә не пайда болғ ан екіншілей буды қ айтадан буландыру ү рдісінде немесе басқ а жылутехникалық мақ саттар ү шін пайдалануғ а болады. Басқ а мақ саттар ү шін ажыратылатын екіншілей будың бө лігін экстра бу деп атайды. Жоғ ары қ ысымда буландыру ү шін жоғ ары температуралы ысытатын сұ йық керек, сондық тан, бұ л тә сілмен жоғ арғ ы температурағ а шыдамды заттардың ерітінділерін қ оюландырады.

Атмосфералық қ ысымдағ ы, ал кейбір кезде вакуумдағ ы буландыру ү рдісі бір буландыру аппаратында (бір корпусты буландыру қ ондырғ ылары) ө ткізіледі. Бұ л жағ дайда ысытатын (біріншілей) будың жылуы бір рет қ ана пайдаланылып, ал екіншілей будың жылуы пайдаланылмайды.

Абсорбция. Газдар немесе булар мен газдар қ оспаларынан бір немесе бірнеше қ ұ растырушылардың сің іргіш сұ йық тармен сің ірілуі абсорбция деп аталады.

Сің ірілетін газды абсорбтив, ал сің іргіш сұ йық ты абсорбент деп атайды. Физикалық абсорбцияда абсорбтив абсорбентпен химиялық ә рекеттеспейді. Егер абсорбтив абсорбентпен химиялық ә рекеттессе, ондай ү рдісті хемосорбция деп атайды.

Физикалық абсорбция кө бінесе қ айтымды ү рдіс, яғ ни сің ірілген газды ерітіндіден ажырату мү мкін. Мұ ндай абсорбция кері ү рдіс – десорбция деп аталады. Абсорбция ү рдісін десорбция ү рдісімен жалғ астырып ө ткізгенде сің іргіш сұ йық кө п рет қ айталанып қ олданылады жә не сің ірілген газ таза кү йінде бө лініп алынады. Кө птеген жағ дайларда абсорбент пен абсорбтив арзан жә не қ ажет емес ө нім болғ анда (мә селен, газдарды тазалауда), десорбция ү рдісін ө ткізу қ ажет болады.

Абсорбциялық аппараттардың (абсорберлердің) тү рлері

Абсорбциялық ү рдістерді жү зеге асыратын аппараттарды абсорберлер деп атайды.

Абсорбция ү рдісі фазалардың жанасу бетінде ө тетін болғ андық тан, абсорберлердегі сұ йық пен газдың арасындағ ы жанасу беті ү лкен болуы керек. Осы беттің тү зілу тә сілдеріне байланысты абсорберлерді шартты тү рде тө мендегі тү рлерге бө луге болады: 1. Бетті жә не қ абық шалы; 2. Насадкалы; 3. Барботажды (табақ шалы); 4. Шашыратпалы.

Десорбция. Асорбенттен сің ірілген газды ажыратып алу, яғ ни десорбция тө мендегі мақ саттар ү шін қ олданылады: 1) газды таза кү йінде алу ү шін; 2) абсорбентті қ айтадан пайдалану ү шін регенерациялауда.

Десорбцияның ү ш тү рлі тә сілі бар:

а) Инертті газ немесе су буының ағ ынында. Бұ л кезде газдың ерітінді бетіндегі парциалдық қ ысымы инертті газдағ ыдан жоғ ары болғ андық тан, газ ерітіндіден газ немесе су буының ағ ынына қ арай ө теді. Бұ л ү рдіс насадкалы немесе табақ шалы колонналарда ө ткізіледі. Инертті газ ретінде кө бінесе ауа қ олданылады. Бұ л тә сілде сің ірілген газ ауамен бірге шығ арылады. Суда ерімейтін газдарды десорбциялау ү шін су буы қ олданылады. Ажыратылғ ан газбен су буының қ оспасы колоннадан шығ арылып конденсаторғ а беріледі. Мұ нда су буы конденсацияланып, ажыратылғ ан газ таза кү йінде алынады. Егер газдың (мысалы, бензол) қ айнау температурасы жоғ ары болса, онда ол су буымен бірге конденсацияланады да, сосын тұ ндыру арқ ылы ажыратылады.

б) Абсорбентке жылу беру арқ ылы. Тұ йық бу арқ ылы жылу берілгенде ерітіндіден газбен бірге еріткіште буланады. Пайда болғ ан бұ л бу қ оспасы ректификация арқ ылы ажыратылады.

в) Абсорбент бетіндегі қ ысымды тө мендету арқ ылы. Егер абсорбция атмосфералық қ ысымнан жоғ ары қ ысымда ө ткізілсе, онда десорбцияны атмосфералық қ ысымғ а дейін тө мендетіп ө ткізеді. Ал егер абсорбция атмосфералық қ ысымда ө ткізілсе, онда десорбция ү рдісі ваккумда ө ткізіліп, ажыратылғ ан газ вакум-насоспен сорылады.

Адсорбция. Газ қ оспаларынан газды (буды) немесе ертітіндіден еріген затты кеуекті қ атты заттармен (адсорбентпен) сің іру ү рдісі адсорбция деп аталады.

Сің ірілетін зат адсорбтив немесе адсорбат деп аталады. Адсорбция ү рдісі сұ рыптаушылығ ы жә не қ айтымдылығ ымен ерекшеленеді. Ә р бір сің іргіш қ атты зат белгілі бір заттарды сің іріп, ал қ алғ андарын сің ірмейтін (немесе ө те аз мө лшерде сің іреді) қ асиетке ие болуы оның сұ рыптаушылығ ын анық тайды. Сің ірілген зат барлық уақ ытта десорбция ү рдісі арқ ылы сің іргіштен ажыратылып алыну қ асиеті оның қ айтымдылығ ын анық тайды.

Адсорбция ү рдісі ө ндірісте газдарды қ ұ рғ атуда жә не тазалауда, ерітінділерді тазалауда жә не мө лдірлендіруде, булы немесе газды қ оспаларды ажыратуда (мысалы, ауадағ ы ұ шқ ыш еріткіштерді немесе газдарды) жә не т.б. кең інен қ олданылады.

Адсорбция екі тү рлі болады: физикалық жә не химиялық (хемосорбция).

Физикалық адсорбция адсорбат жә не адсорбент молекулаларының арасындағ ы Ван-дер-Вальс кү ші ә серінен ө зара тартылуы нә тижесінде ө теді де, химиялық ә рекеттеспейді.

Химиялық адсорбцияда сің ірілетін зат молекулалары мен сің іргіштің беттік молекулалары арасында химиялық байланыс болады.

Бұ лар сің ірілгенде адсорбент кеуектері будың конденсатымен (сұ йық пен) толтырылады (капиллярлық конденсация).

Адсорбенттер олардың масса немесе кө лем бірлігендегі адсорбтивтің концентрациясымен анық талынады, сің іргіштің қ абілетімен (активтігімен) сипатталады.

Сің іргіштік қ абілеті температурағ а, қ ысымғ а жә не сің ірілетін заттың концентрациясына байланысты болады.

Адсорбенттер статикалық жә не динамикалық сің іргіштікпен сипатталады. Біраз уақ ыт жұ мыс істегенен кейін адсорбент сің ірілетін затты толығ ымен сің іре алмайды. Сондық тан адсорбент қ абатынан сің ірілетін ө туі байқ ала бастайды. Осы сә ттен бастап сің ірілетін заттың аппараттан шығ атын газды қ оспадағ ы концентрациясы тепе-тең дік орнық қ анғ а дейін кө бейеді. Адсорбция басталғ аннан сің ірілетін заттың ө туіне дейінгі уақ ыт аралығ ында адсорбенттің массасы (немесе кө лемі) бірлігімен сің ірілген заттың мө лшері, оның динамикалық сің іргіштігін анық тайды. Адсорбция басталғ аннан тепе-тең дік орнағ анғ а дейінгі уақ ыт аралығ ында адсорбенттің масса (немесе кө лем) бірлігімен сің ірілген заттың мө лшері, оның статикалық сің іргіштігін анық тайды.

Динамикалық сің іргіштік барлық уақ ыт статикалық сің іргіштен аз болады, сондық тан адсорбент мө лшері динамикалық сің іргіштігі бойынша анық талады. Ө ндірісте кең інен қ олданылатын адсорбенттер:

Силикагель (кремний қ ышқ ылының гелі). Меншікті беті – 400+770 м²/г; тү йіршіктер мө лшері 0, 2+7 мм; ү йінді тығ ыздығ ы 100÷ 800 кг/м³

Силикагель негізінен газдарды қ ұ рғ ату ү шін қ олданылады. Ар-Силикагель негізінен газдарды қ ұ рғ ату ү шін қ олданылады.

Артық шылығ ы: жанбайтындығ ы; механикалық беріктігі.

Активті (ә рекетті) кө мір – қ ұ рамында кө мірі бар заттарды (қ азынды кө мір, ағ аш, сү йектер жә не т.б.) қ ұ рғ ақ айдау жолымен алынады. Меншікті беті 600+1700м2/г; тү йіршіктер мө лшері –1÷ 5 мм; ү йінді тығ ыздығ ы 350÷ 450 кг/м3; ә рекетті кө мірлер органикалық заттарды жақ сы сің іреді.

Кемшілігі: жанғ ыштығ ы, сондық тан жоғ ары температулаларда пайдалануғ а болмайды.

Цеолиттер. Адсорбент ретінде негізінен синтетикалық (жасанды) цеолиттер қ олданылады. Цеолиттердің кеуектері жұ қ а оның қ имасы молекула мө лшеріне жақ ын болады; кеуектерінің ө лшемі біркелкі. Цеолиттердің суды сің іргіштік қ абілеттері жоғ ары, сондық тан, газдарды жә не сұ йық тарды қ ұ рғ атуда, тазалауда пайдаланылады.Тү йіршіктер ө лшемі – 2-5мм.

Ионалмасу ү рдістері Ө здерінің иондарын ерітінді иондарына алмастыратын қ абілеті бар иониттер жә рдемімен электролит ерітінділерінен бір немесе бірнеше қ ұ растырушыны ажырату ү рдісі ионалмасу деп аталады.

Адсорбция ү рдісіне қ арағ анда ионалмасу ү рдісі ионитпен ерітіндідегі химиялық қ осылыстар арасында ө тетін гетерогендік химиялық реакцияғ а байланысты болады. Кейбір кезде қ атты жә не сұ йық фазалардың жанасу бетінде ө тетін бұ л реакция ионалмасу ү рдісінің ең жай ө тетін сатысы болады, яғ ни ү рдістің жалпы жылдамдығ ын анық тайды.

Қ азіргі кезде ионалмасу ү рдісі ө ндірісте кең інен қ олданылуда: суды жұ мсартуда жә не тұ зсыздандыруда; ә р тү рлі ерітінділерді тазалауда; ағ ынды сулардан ауыр, жең іл, сирек т.б. металдарды ажыратып алуда.

Иониттер бейорганикалық (минералды) жә не органикалық болады. Олар суда ерімейді. Электролит ерітінділерінен оң ионды сің іретін иониттер катиониттер, ал теріс ионды сің іретін иониттер аниониттер деп аталады.

Катиониттер қ ышқ ылдар, ал аниониттер негіздер қ асиеттерімен сипатталады. Бейорганкалық табиғ и иониттерге цеолиттер, майлы минералдар, ә ртү рлі слюдалар жә не т.б. заттар жатады. Бейорганикалық жасанды иониттерге силикагель, кейбір металдардың (Al, Fe жә не т.б.) оксидтері мен гидроксидтері жатады. Органикалық табиғ и иониттерге топырақ жә не кө мірдің гумин қ ышқ ылдары жатады. Органикалық жасанды иониттерге ионалмасу шайырлары жатады. Ағ ынды суларды тазалауда ионалмасу шайырлар кең інен қ олданылады. Иониттер ө лшемдері: 0, 04÷ 0, 07 мм ұ нтақ, 0, 3÷ 2, 0 мм тү йіршік тү рінде жасалынады.

Ионалмасу аппараттары Ионалмасу тә сімдері мерзімді жә не ү здіксіз ә рекетті болады. Ағ ынды суды тазалауғ а арналғ ан мерзімді ә рекетті ионалмасу аппараттар қ олданылады. Ағ ынды су аппаратқ а беріліп, ионит қ абатынан ө тіп аппаратта тазартылып

шығ арылады. Одан кейін жуатын су, сосын регенерацияланатын ерітінді беріледі. Сонымен аппараттың жұ мыс істеуі тө мендегі сатыларша қ ұ ралады:

1) ионалмасу; 2) иониттерді механикалық қ оспалардан сумен шайып тазарту;

3) ионитті регенерациялау; 4) ионитті регенерациялық ерітінділерден жуып тазарту.

Мерзімді ә рекетті қ ондырғ ыларда аппараттардың кө лемі ү лкен, регенерацияланатын ерітіндінің мө лшері кө п болады жә не автоматтандыру қ иын. Ү здіксіз ә рекетті қ ондырғ ыларда иониттердің шығ ынын, регенерациялайтын ерітіндінің мө лшерін азайтуғ а жә не ық шамды жабдық тарды қ олдануғ а болады. Ионалмасу ү рдісінің тиімділігін арттыру мақ сатында жалғ ан сұ йылу қ абаты жә не пульсациялы колонналар қ олданылады. Кө п сатылы жалғ ан сұ йылу қ абаты ионалмасу аппараттары тор тесікті колоннадан қ ұ ралғ ан. Аппараттарда ионитпен бастапқ ы ерітінді қ арама-қ арсы бағ ытта ә рекеттеседі. Тазаланғ ан ерітінді аппараттың жоғ арғ ы, ал ионит тө менгі жағ ынан шығ арылады. Қ анық қ ан ионит ауа арқ ылы тасымалданады. Регенрацияланган ионит шнек арқ ылы аппараттың жоғ арғ ы жағ ына қ айта беріледі.

Бақ ылау сұ рақ тары.

1. Адсорбция туралы тү сінік, жалпы сипаттамасы.

2. Адсорбенттер сипатамасы жә не олардың тү рлері.

3. Адсорбция кезіндегі тепе-тең дік.

4. Адсорбция жылдамдығ ы.

5. Адсорбция кезіндегі массаалмасу.

6. Десорбция.