Персональний сайт - Фільтрування диму через воду
Абсорбція
Фільтрація (пробулькування, промивання) диму через воду є прикладом поширеного в природі, на виробництві та в побуті процесу - абсорбції. Термін «абсорбція» походить від латинського слова «absorptio» (поглинання) і означає поглинання речовини з розчину або суміші газів твердим тілом або рідиною. На відміну від адсорбції – поглинання здійснюється усім обсягом рідини чи тіла. Віталій Максимович Рамм, дослідник процесу абсорбції газів, дає йому більш конкретне визначення: «Абсорбцією називають процес поглинання газу рідким поглиначем, у якому газ розчинний тією чи іншою мірою».
Існує два основних способи абсорбції - зрошення газу краплями рідини (здійснюється в "розпилюючих" абсорберах), і навпаки, пропускання газу через товщу рідини в пухирцевих (барботажних) або тарілчастих абсорберах. Ще один варіант застосовується рідше – плівкова абсорбція – насичення поверхні поточного середовища (наприклад, води) компонентами газами.
Ефект від зрошення газу краплями води спостерігається й у природі: дощ як змочує і перебиває пил, а й очищає повітря від вуглекислого газу та інших оксидів. Нині цей процес застосовується у роботі фільтрів-вогнегасників. При виникненні пожежі через розпилювач такого пристрою подається струмінь води з надзвуковими швидкостями і потрапляє в пристрій. Зі збираючого пристрою вода надходить на фільтрацію, після чого знову повертається до системи пожежогасіння. Повітря, що проходить через струмінь води, інтенсивно охолоджується і зволожується, що обмежує можливість поширення вогню за рахунок ефекту самозаймання предметів. Крім того, вода поглинає дим та інші шкідливі речовини із газової фази, що знижуєзадимленість, і дозволяє більш розгорнуто діяти пожежним службам.
Барботажна абсорбція протягом кількох століть використовується при курінні кальяну, менший час – при виробництві рідких препаратів копчення, наприклад “Рідкого диму”, а також виробництві багатьох хімічних сполук, наприклад сірчаної кислоти. Саме на його основі працював перший зареєстрований пилосос, патент на винахід якого був отриманий в 1860 американцем Даніелем Хессом. Існує так само і третій спосіб абсорбції - напрям струменів води і газу, що очищається на зустріч один одному в певних пропорціях.
Ефективність очищення при абсорбції дещо поступається процесам фільтрації через пористі тіла і зазвичай становить 60 - 95% (проти 80 - 99,9% для адсорбційних методів), і для кожного конкретного забруднювача по-своєму залежить від таких параметрів процесу, як температура та тиск газу , температура та склад поглинаючої рідини, і, що особливо специфічно, від температури газу щодо температури рідини. У загальному випадку приблизну ефективність очищення можна визначити за наступною формулою:
де Vп - обсяг міхура, S - площа контакту газової та рідкої фаз (у нашому випадку площа міхура), D - коефіцієнт дифузії конкретної речовини в газовій фазі за даних умов, t - середній час дотику фаз (наприклад, середній час підйому міхура до поверхні води). Коефіцієнт дифузії D характеризує середньоквадратичне переміщення частки за час t і визначається виразом:
де L - Середньоквадратичне переміщення частки за час t. Однак дана формула не враховує динамічної складової абсорбції, яка у ряді випадків відіграє головну роль.
Процеси абсорбції поділяють на фізичні та хімічні.(Хемосорбція).
Під фізичною абсорбцією мають на увазі процеси фільтрації, коли поглинаюча рідина не містить спеціальних компонентів, що сприяють уловленню (зв'язуванню) одного або кількох забруднювачів. Тим не менш, при попаданні у воду продуктів горіння або пари органічних сполук, у рідкій фазі неминуче відбуваються ті чи інші хімічні реакції: гідротація кислотних оксидів, взаємодія різних класів органічних та неорганічних речовин у рідині тощо. Фізична абсорбція в чистому вигляді присутня, в основному, при фільтрації через воду газів, насичених суспензією твердих частинок, наприклад, при роботі деяких типів пилососів, куріння кальяну і т.д. Значним недоліком фізичної абсорбції є зниження ефективності фільтрації в міру накопичення в рідині-поглиначі забруднюючих речовин, що зумовлює необхідність постійної заміни рідини. У меншій мірі цей недолік проявляється при додаванні у воду спеціальних речовин, що зв'язують, тобто – при використанні хімічної абсорбції або хемосорбції.
Хімічна абсорбція поширена набагато ширше: її використовують для уловлення деяких цінних продуктів, що містяться в газовій фазі, або нейтралізації та зв'язування в осад тих чи інших отруйних сполук.
Десорбція – процес виділення газів із рідини. Вона часто є причиною зниження ефективності процесу абсорбції багатьох домішкових газів. Зате у разі виділення газоподібних компонентів із рідини десорбція просто необхідна. У ряді випадків рідину використовують як переносник добре в ній розчинних компонентів.