Materiale utilizate în procesele de absorbție și adsorbție

INTRODUCERE

Cursul de „Tehnologie Chimică Organica” are drept scop ilustrarea de principiu a posibilităţilor de implementare la scară mai mare – nivel industrial – a unor reacţii chimice foarte simple, bine cunoscute de studenţi de la disciplinele studiate anterior, chimia anorganică şi organică preparativă.

Întrucât în situaţiile practice doar rareori se pot găsi în natură produşi puri care să constituie materiile prime de plecare pentru sinteza unor compuşi, o atenţie particulară trebuie acordată posibilităţilor de purificare de impurităţi (steril) a materiilor prime, deziderat realizabil în special prin exploatarea diferenţelor de proprietăţi fizice ale acestora. Această etapă impune găsirea şi aplicarea unor metode de analiză adecvate care să evidenţieze calitatea materiei prime brute, dar şi schimbările pe care le-a produs etapa de purificare.

Odată rezolvată problema obţinerii unei materii prime de calitate acceptabilă, reacţia chimică poate fi abordată ţinând cont de particularităţile legate de termodinamica şi cinetica acesteia. Aceste două direcţii definesc valorile parametrilor de lucru în procesul chimie, respectiv temperatura, presiunea, folosirea unui solvent, a unui catalizator, aplicarea unui anumit regim de agitare, respectarea unui anumit timp de contact, dar şi cunoaşterea metodelor de prelevare a probelor şi analiza calităţii, strict necesar a fi cunoscute pentru o bună conducere a procesului. Metodele utilizate la nivel industrial în scopurile menţionate diferă esenţial de cele ce pot fi utilizate la nivel de laborator. De asemenea, modalităţile de realizare practică şi gradul de apropiere a valorilor parametrilor de reacţie de cele ce se folosesc la scară de laborator sunt adesea net diferite. De fapt, la nivel industrial aspectul economic este cel care primează şi studenţii trebuie să se deprindă să evalueze şi din acest punct de vedere performanţele unui sistem de reacţie.

ADSORBTIA

Adsorbtia are loc atunci când structura unui solid poros-adsorbentul (în cazul nostru carbune activ) – retine pe suprafata sa exterioara si interioara molecule de lichid, gaz sau particule solide fin dispersate – adsorbatul - din mediul înconjurator.

Considerând principalele forte care actioneaza între adsorbent si adsorbat, fenomenul de adsorbtie poate fi împartit în doua tipuri principale:

• Adsorbtia fizica, ca efect al fortelor Van der Waals, determina retinerea adsorbatului în strat mono sau polimolecular pe suprafata adsorbentului si consta în:

o Stabilirea unui echilibru rapid între cele doua faze (dependent de presiune, temperatura si concentratie);

o Scaderea randamentului de retinere a adsorbatului cu cresterea temperaturii.

• Adsorbtia chimica, ca efect al fortelor chimice, constând în rearanjarea electronilor periferici ai fazelor care interactioneaza, prin legaturi covalente între ”centrii activi” – structuri atomice nesaturate – ale adsorbentului si adsorbatului, fiind caracterizata de:

o Stabilirea unui echilibru lent între fazele aflate în contact;

o Cresterea randamentului de retinere cu cresterea temperaturii.

I n timp ce adsorbtia fizica este complet reversibila, adsorbtia chimica nu este în totalitate reversibila datorita disocierii anumitor specii chemosorbite.

Adsorbtia este un proces nestationar care se opreste în momentul stabilirii echilibrului termodinamic între adsorbent si adsorbat.

Purificarea prin adsorbtie a aerului evacuat din fluxurile de aer viciat incarcat cu COV este, datorita flexibilitatii procedeului, o tehnica foarte raspandita. Prin adsorbtie se intelege acumularea gazului pe suprafetele de separatie a corpurilor solide. Pentru regenerarea adsorbantului, substantele atasate trebuie reevacuate. La adsorbtia fizica, COV nu sunt modificati chimic si, din acest motiv, pot fi recuperati. Daca recuperarea nu prezinta nici un interes, atunci fluxurile cu o concentratie ridicata de solventi pot alimenta o ardere suplimentara termica. Datorita concentratiei ridicate de solventi, intr-o astfel de instalatie se poate aplica o functionare autoterma.