У Д К 663.5-.66.0&1.3:549.67

Малежик І. Ф., Ткачук Н.А., Манк В.В., Мельник Л.М., Мельник З.П.

АДСОРБЦІЙНЕ ЗНЕВОДНЕННЯ МОРДЕНІТОМ РІДИННИХ ВОДНО-СПИРТОВИХ РОЗЧИНІВ

Національний університет харчових технологій

Найбільш економічним, на наш погляд, є спосіб зневоднення розчинів етилового спирту, побудований на принципі вибіркової адсорбції, тобто поглинання твердим адсорбентом одного з компонентів рідкого адсорбтиву, Таким адсорбентом може слугувати природний мінерал українського походження - морденіт [1].

Морденіт являє собою природний мінерал групи цеолітів, ідеалізований хімічний склад якого описується формулою На(А18і50і2)-ЗН20. Залежно від геологічних умов залягання руд катіони натрію можуть бути частково замінені на катіони калію, кальцію або магнію. Співвідношення 8Ю2/А120з = 8,3 ... 10,7. Цеоліт має адсорбційні вхідні вікна кристалічних решіток, утворені із 12 атомів кисню, що входять у суміжні тетраедри (розмір вікон 0,67 ... 0,70 нм) або із 8 атомів кисню (розмір вікон 0,29 ... 0,57 нм).

Морденіт - термостійкий мінерал. Його дегідратація відбувається в інтервалі 80-400°С. Структура сорбента зберігається навіть при його термообробці при 900 °С [2].

Розділення рідинних сумішей проводили безпосереднім контактом рідини та адсорбенту. В процесі досліджень при температурі 20 °С контролювали концентрації вихідної водно-спиртової суміші Сі (до 96% об. спирту) та цієї ж суміші С2 після контакту з адсорбентом.

Результати проведених дослідів наведені у вигляді ізотерм адсорбції води у поверхневому шарі адсорбенту та кривої надлишкової адсорбції, яка показує перевищення концентрації у рідинній фазі над концентрацією у адсорбованому шарі на рис. І та в табл. 1.

С1,%

Рис.1. Залежність адсорбції вих розчинах: 1 - крива адсорбції;

юди від мольної частки етанолу в водно-спирто-2 - крива надлишкової адсорбції

12

З аналізу рис.1 можна бачити, що в широкій області концентрацій розчинів (до 60% об.) в адсорбованій фазі концентрація води значно більша, ніж в об'ємі суміші, що свідчить про вибіркову адсорбцію води в цих межах. Максимальне підвищення вмісту води в адсорбованій фазі досягається при концентрації 30-40 % об, що є характерною у визначенні деяких харчових цінностей цих сумішей.

При концентрації розчинів вище 60 % об спостерігається явище від'ємної ідсорбції, тобто вміст води в адсорбованій фазі стає нижчим ніж в об'ємі. Спостерігається явище адсорбційної азеотропії. Ці ж висновки підтверджують

аналізу результатів, наведених в табл.1. Таблиця 1

Адсорбція води з рідинних водно-спиртових розчинів

морденітом при нормальних умовах

_ Г-

ІО о

'В ю я ои X 9 С о о о >> н Оч я с о

ю о

а о . СЦ а о Й о

о с 7 « 2С ц о Е >> н а к а о

Вміст води у вихід-

них водно-спир-тових розчи-

нах, %об

Вміст води у водно-спирто

вих роз-

чинах після

сорбції, %об

Концентрація води в адсорбційному шарі

адсорбенту,

С1 =

рв(Ч> -с, 1 +

^ • С , ) •100%

АС = с2 ~~ С]

%

22,5 22.5 77,5 77,5 77,7 +0,5

29,5 28,5 70,5 71,5 63 +7,5

40,5 41,0 59,5 59 63,6 -4,6

50 52 50 48 65 18

58,5 61 41,5 39 60 - 2 2

68 70 32 зо 46,7 18,3

78

96

80,95 22 19,05 43,3

98 18,6

-25,75

18,5

і.

-> з - густина води при 1=20 °С, кг/м ; рс - густина спирту при і=20°С, кг/м ; - початковий об'єм водно-спиртового розчину, пропущеного через шар

_ібенту, мл; У 2 ~ кінцевий об'єм водно-спиртового розчину, мл; концентрація спирту в адсорбційному шарі адсорбенту, %.

13

Таким чином, повного зневоднення водно-спиртових сумішей адсорбцією на цеолітах з рідинної фази досягти практично неможливо. Ці ж висновки можна обгрунтувати шляхом порівняння результатів адсорбції з термо-динамічною поведінкою водно-спиртових рзчинів, тобто аналіз активностей молекул води та спирту при різних концентраціях розчинів [3].

Співставивши поведінку активності води в об'ємній та в адсорбованій фазі ири малому її вмісті в розчині (4% об. і менше), між концентраціями в об'ємній фазі та в адсорбційних порожнинах морденіту встановлюється певна рівновага і, тому повного зневоднення водно-спиртової суміші досягти неможливо.

ЛІТЕРАТУРА 1. Манк В.В., Мельник Л.М., Стеценко Н.О. Дегідратація етилового спирту

природними та синтетичними цеолітами // Вісник Нац. техн. у-ту. "Харківський політехн. ін-тут", Харків: 2005. - С.71-78.

2. Челищев Н.Ф., Беренштейн Б.П., Володин В.Д., "Цеолигьі - новьгй тип минерального сьірья ". М., "Недра", 1987. - 176 с.

3. Технологическая знциклопедия справочньїх физических, химических и техно-логических величин. М.: ОНТИ НКТП СССР. - 1936. - С. 10.