АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Понизители твердости для различных пород

Оба метода - типичные ионообменные процессы, в которых избыток ОН^- способствует выделениюиз обменного комплекса трудноудаляемых ионов Н⁺:

2 П^- Н⁺ + Са(ОН)₂ ® П₂^- Са²⁺ + 2Н₂О,

П^- Н⁺ + NH₄ОН ® П^- NH₄ ⁺ + Н₂О,

где П - ионогенная группа поглотителя.

Равновесие сдвигается вправо вследствие малой величины константы диссоциации воды, и торфяная почва,приобретая Са²⁺ или NH₄⁺ - форму (форма ионита определяется составом противоионов), становится плодо­родной.

Изучение адсорбции весьма важно для понимания механизма и соответственно повышения эффективности многих производственных процессов.

К числу таковых следует отнести получение в производственных масш­табах воды, пригодной для пищевых и техническихцелей (ее умягчение, опреснение или полная деминерализация).

Практически все природные воды обладают жесткостью (большей или меньшей), обусловленной присутствием растворимых кальциевых и магниевых солей (карбонатов, бикарбонатов, сульфатов, хлоридов), а также соединений железа и алюминия. Использование жесткой воды в паровых котлах приводит к образованию накипей, разрушающих стенки котлов и способствующих перегреву, что уменьшает срок эксплуатации котлов, увеличивает опасность работы с ними.

Жесткая вода неприменима также для многих производственных процес­сов: она нарушает моющее действие мыл¹⁷ 2⁾ вследствие образования не­раство­римых магниевых и кальциевых солей, часто непригодна для питья и приготовления пищи (сваренные в такойводе овощи тверды и безвкусны).

Разнообразные способы умягчения воды разрабатывались с давних времен, однако лишь с использованием ионного обмена удалось осуществить достаточно рентабельный метод умягчения воды в промышленных маштабах. В этом методе ионообменную смолу (катионит), выпускаемую промышленностью обычно в виде зерен, переводят в Na - форму и загружают в колонку, через которую пропускают природнуюводу.Процесс идет по схеме

2П^-Na⁺ + Ca²⁺ ® П₂^- Са²⁺ + 2 Na⁺.

В результате обмена в воду поступают ионы Na⁺. Анионы в обмене не участ­вуют.

Применение катионитов позволяет устранить жесткость воды, но не обеспе­чивает ее деминерализацию - частичное или полное опреснение (обессоливание) воды, т.е. удаление содер­жащихся в ней электролитов (получение пресной воды на морских судах, дистиллированной воды и т.д.). Благодаря использованию различных син­тетических смол, способных к обмену, как катионов, так и анионов, здесь также удалось добиться значительных успехов.

Обычную водопроводную воду последовательно пропускаютчерез Н⁺ -фор­му катионита сильно кислотного типаи затем - через ОН^- - форму сильного атионита¹⁸ 3⁾

П^-H⁺ +Na⁺ + C1^- ® П^- Na⁺ + H⁺ + C1^-

П⁺ ОН^- +Н⁺ + С1^- ®П⁺ С1^-+Н₂О

Происходит замена всех катионов раствора ионами водорода, а анионов - ионами гидроксила, что позволяет получить воду, по качествуне у ступающую дистиллированной.

Иониты после использованияих емкости могут быть легко регенериро­ваны посредством обработки кислотой и щелочью. Поскольку последние легко получаются из природной воды путем электролиза, процесс опреснения в принципе не требует расхода химических веществ - затрачивается лишь электроэнергия. Используемые в промышленности иониты обладают высокой механической и химической стойкостью и выдерживают практически сотни регенерационных циклов.

Возможность получать дистиллированную воду с помощью адсорбентов имеет большое значение для питания водой паровых котлов высокого давления и в ряде других производств (пивоварение, текстильное, аккумуляторное, фарма­цевтических и фотографических препаратов, хими­чески чистых реактивов и др.).

Подобные схемы используются и для решения не менее важной проблемы современности - очистки заводских сточных вод, в которых многие вредные вещества, в том числе радиоактивные, содержатся в ионных формах (ионы тяжелых металлов, органические ос­нования и др.). Задача извлечения этих веществ, часто весьма ценных для народного хозяйства, решается во многих случаях сравнительно легко благодаря их высокой адсорбционной способности.

Необходимо особо отметить широкое применение ионообменной адсорб­ции для извлечения ценных компонентов, например урана, золота, серебра, меди (из рудничных вод). В промышленности редких металлов специально подобранными адсорбен­тами извлекают из растворов ценные соединения. Практически нет про­изводства по переработке урановых руд, в котором не применялась бы ионообменная адсорбция. Ионный обмен используется для разделения редкоземельных элементов, что позволяет получать их в больших коли­чествах и с высокой степенью чистоты. Раньше для этой цели применя­ли перекристаллизацию, производительность которой несравненно ниже. Уместно также сказать об улавливании ценных паров и газов различными твердыми адсорбентами.

На склонности к обмену многих органических ионов основывается техно­логия крашения в текстильной промышленности. Благодаря наличию постоянного дипольного момента и большой поляризуемости, многие красите­ли адсорбируются настолько прочно (вытесняя при этом эквивалентное коли­чество неорганических ионов), что этот процесс является необратимым. Кислые красители (окрашенные анионы) адсорбируются на положительно заряженных, т.е. основ­ных адсорбентах (анионитах), основные красители (окрашенные катио­ны) - на отрицательно заряженных, т.е. кислотных адсорбентах (катиони­тах). Такие адсорбенты, как шерсть, шелк и вообще белковые вещества, обла­дают амфотерными свойствами и в зависимости от сре­ды способны менять знак своего заряда. Поэтомуих можно красить и кислыми, и основными красителя­ми, для чего достаточно предварительно подвергнуть обработке протравами (кислыми или щелочными растворами).

Следует также сказать о примененияхионного обмена в современной медицине: при заболеваниях, характеризующихся нарушениями ионного баланса в органах и тканях (язве желуд­ка, гипертонических отеках и др.). Путем введения высокодиспергиро­ванных порошков из ионообменных смол удается во многих случаях сдвинуть в нужную сторону и далее поддерживать необходимый ионный баланс организма.

Небольшие количества чистого активированного угля и коллоидных препара­тов используются в медицине в качестве противоядий приотравлениях.

Адсорбция газов и паров на твердых адсорбентах лежит в основе сорбционной техники, применяемойдля борьбы с отравляющими и вредными для здоровья газами и парами в воздухе. Первостепенна ее роль при кондиционировании воздуха.

Экономически выгодно применение адсорбентов (угля, силикагеля и др.) для улавливания паров бензина при химичес­кой чистке тканей, сероуглерода - в резиновой промышленности, паров летучих растворителей - в производстве лаков, целлулоида, искусственных волокон, кинопленки и др. Большое количество активированного угля расходуется для заполне­ния противогазов.

Важную роль адсорбционные явления играют при флотации, в гетеро­генном катализе. Исследование адсорбционной способности катализа­то­ров спо­собст­вовало их рациональному подбору и широкому применению в разных технологических процессах.

Адсорбция на твердых адсорбентах используется для обесцвечивания и осветления растворов в производстве сахара, глюкозы, многих фармацевтических препаратов, нефтепродуктов.

С явлениями адсорбции связано получение устойчи­вых эмульсий, играющих огромную роль в кожевенной, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности.

Адсорбция играет основную роль во многих процессах, протекающих в коллоидных растворах, в частности процессах, связанных с их строением и зарядом коллоидных частиц [18].

Более подробно рассмотрим роль адсорбции (на различных границах раздела) на примере пищевой пpoмышленности.

Адсорбция газов на твердых поверх­ностях используется для очистки воздуха в производственных помещениях от паров некоторых растворителей, вредных веществ и примесей (аммиака, сероводорода, диоксида серы, некоторых спиртов), а такжедля очистки технологических газовых потоков с целью предотвращения выбро­сов вредных веществ в атмосферу. Особенно много вредных газообразных примесей образуется в масложировой (например, в произ­водстве маргарина) и в бродильной промышленности (например, в произ­водстве дрожжей).

Поглощение паров воды происходит на пористых пищевых маслах, кото­рые выполняют роль твердого адсорбента. Подобные процессы наблюдаются на сахаре рафинаде, сухарях, некоторых сортах конфет, сухо­фруктах, какао-порошке, крахмале и других продуктах питания.

Адсорбционный способ регулирования газового состава хранилищ скоропортящихся продуктов позволяет в несколько раз сократить потери и уве­личить сроки хранения. Способ основан на адсорбции кислорода и сниже­нииего концентрации в 7-9 раз (по сравнению с его концентрацией в атмосферном воздухе) с одновременным увеличением концентрации диоксида углерода (СО₂ получают искусственным путем). Так, например, для хранения картофеля оптимальная температура воздуха составляет +10 ⁰С (283 К), а газовая среда должна иметь следующий состав: 1-5 % СО₂; 1-3 %О₂; 93-97 % N₂.

Адсорбция на границе жидкость - гaз обычно приводит к снижению по­верхностного натяжения жидкости и, как следствие этого, к улучшению сма­чи­­ва­ния поверхности.

Так, адсорбция различных пищевых кислот, в частности лимонной, снижает по сравнению с водой поверхностное натяжение большинства прохладительных на­питков (типа «Байкал», «Буратино» и др.). Адсорбция на указанной гра­нице способствует устойчивости пен, образующихся при производстве соков и напитков.

Подобный процесс имеет место в бродильной промышленности при произ­водстве дрожжей и некоторых других полупродуктов.

Усиление смачивания водой различных поверхностей широко используется в пищевой промышленности в качестве сопутствующего процесса: при мойке оборудования, подготовке сырья, обработке полуфабрикатов и т. д.

Адсоpбция на границе твердое тело - жидкость широко применяется при очистке жидкостей (например, диффузионного сока при производстве сахаров, растительных масел и соков) от примесей.

Следует отметить, что часто один и тот же адсорбционный процесс в пищевой промышленности используют для различных целей. Например, при обесцве­чивании сахарных спиртов и других жидкостей одновременно устраняется их запах, привкус, удаляются коллоидные и иные примеси.

Обобщить сказанное можно табл. 4.2.

Процессы адсорбции нашли широкое применение для разделения и анализа газовых смесей, растворов сложного состава в хроматографии, основывающейся на способности избирательного и последовательного поглощения адсорбентами соответствующих веществ. Замечательной особенностью данного метода является возможность разделения сложныхсмесей без изменения хими­ческого состава их компонентов [1].

Таблица4.2

Адсорбция в пищевой технологии

Дата добавления: 2015-10-11 | Просмотры: 555 | Нарушение авторских прав