základy procesního inženýrství - Vysoká škola báňská - Technická ...

3 Hydromechanické operace
3.7. Dělení směsí působením povrchových jevů
Čas ke studiu: 1 hodina
Cíl Po prostudování tohoto odstavce budete umět
• popsat rovnováhu mezi spojitým prostředím a povrchem sorbentu
• charakterizovat proces adsorpce a jeho fáze při periodickém provozu
• rozumět principu iontoměničů, heterogenní katalýzy, chromatografie
• odlišit hloubkovou filtraci od filtrace koláčové
Výklad
Zachycování složek tekutiny na povrchu pevného materiálu
Sorbent je zpravidla pórézní materiál, který je upraven nejčastěji do lože, tvořeného nejběžněji
vrstvou zrn nebo tablet. Méně běžnou volbou je monolitické lože nebo lože fluidní.
Obvyklou situací je, že hlavní složkou tekutiny je nosná kapalina nebo nosný plyn, jejichž molekuly
se na loži pevných částic sorbentu nezachycují. Z tekuté směsi protékající ložem se některé
(zpravidla málo zastoupené) složky – adsorptiv -mohou zachycovat pevněji nebo méně pevně na
povrchu částic lože. a jsou tím vůči pohybu nosné tekutiny buďto zcela zastaveny nebo alespoň
zpomaleny.
Kontaktování se sorbentem je řízeno dvěma procesy: vnější proudění kapaliny a pohyb adsorptivu
k povrchu.
Z hydrodynamického hlediska je podstatný tok okolo obvodové plochy částic či kanálků. Zde můžeme
použít znalosti o toku porézním ložem nebo o obtoku sedimentující částice. Hlavní styčná plocha mezi
částicí a tekutinou ale bývá zpravidla ukryta v pórech uvnitř pevného materiálu, kam se dostávají
složky tekutiny od obvodu částic pouze pomalejší difuzí.
Podle velikosti zachycovaných částic a typu povrchových sil pojmenováváme tyto proces různě; avšak
z hlediska provozování mají tyto procesy velmi podobný popis.
Při hloubkové filtraci se zachycují částice suspenze buďto čistě mechanicky tím, že zapadají do
menších skulin, koloidní částice (neviditelné optickým mikroskopem) se mohou zachycovat povrchu
lože působením elektrických sil.
V elektrostatických odlučovačích tomu ještě napomáháme nasazením velmi vysokého napětí (asi
15 000 V).
Rozsáhlou oblast představuje zachycování částic molekulární velikosti na pevných površích.
Molekulová síta (nejčastěji jílové minerály typu zeolitů) připomínají hloubkovou filtraci tím, že mají
nanometrické otvory velmi rovnoměrné velikosti, do kterých „zapadají“ molekuly určitého typu,
zatímco ani větší ani podstatně menší molekuly zachycovány nejsou.
U adsorpce naopak mohou být mezimolekulárními silami různé intenzity přidržovány na povrchu lože
nebo se zde dokonce mohou zachycovat i pevnějšími chemickými vazbami spíše větší a složitější
molekuly.
71