химический каталог




Активные угли и их промышленное применение

Автор X.Кинле, Э.Бадер

рбции по Брунауэру: V — адсорбированный объем.

26

Рис. 3.7. Сравнение изотерм адсорбции паров воды и четыреххлористого углерода на активном угле:

1 — четыреххлориетый углерод (тип /); 2 — вода (тип V).

100

5

8 во

I

I40

У

0,4 0,6

Рг = Р/Ро

0,8 1,0

Изостерой адсорбции называется температурная зависимость парциального давления адсорбтива при постоянной адсорбции; в отдельных случаях она также представляет интерес для практики применения активного угля. 0 02

В соответствии с эмпирической классификацией, впервые предложенной Брунауэром [12], различают несколько основных типов изотерм адсорбции в зависимости от их вида (рис. 3.6).

Классическая систематизация Брунауэра вначале содержала только типы / — V; кроме них в настоящее время принято включать в качестве самостоятельного типа VI форму изотермы, предложенную Пиэрсом [13].

Для практического использования в адсорбционной технике представляют интерес преимущественно типы /, // и IV, поскольку при подобных видах изотерм достигаются высокие сорбционные емкости при низких концентрациях. В этих случаях обычно говорят о «благоприятных» изотермах. Следует однако подчеркнуть, что тип изотерм определяется не только адсорбентом, во многом он зависит от соответствующей системы адсорбент — адсорбтив. Например, один и тот же активный уголь можно отнести к типу / по адсорбции четыреххлористого углерода и к типу V по адсорбции паров воды (рис. 3.7).

3.5.2. Изотерма Фрейндлиха

В последние десятилетия не было недостатка в попытках дать математическое описание экспериментальных изотерм адсорбции. Простейшее описание, из-за формального подобия закону Генри для растворимости газа в жидкостях названное изотермой адсорбции Генри, имеет вид:

V = kp (3.11)

где V — объем адсорбированного газа; k — константа; р — равновесное давление.

Эта формула справедлива только при низком давлении, при котором поведение газов близко к идеальному.

Формула Фрейндлиха, предложенная для описания адсорбционного процесса

V=kplln (3.12)

использует наряду с константой k, зависящей в основном от температуры и поверхности адсорбента, также константу п,

27

HM

200

a a 4

100

20

10

Рис. 3.8. Сравнение изотерм Фрейидли-ха для двух активных углей: / — активный уголь F; 2— активный уголь Е.

являющуюся функцией температуры и всегда превышающую единицу.

Уравнение изотермы Фрейндлиха получено вначале эмпирически. Однако

5 10 50 Рабнобесноя остаточная концентрация,0/, его можно вывести и теоретически. Широкое практическое применение оно находит преимущественно для описания адсорбции из разбавленных водных растворов. В этом случае в уравнении (3.12) объем адсорбированного газа заменяется на адсорбированное количество вещества X, отнесенное к навеске адсорбента М. Вместо парциального давления р используется равновесная концентрация С;

в линейной форме:

Х/М = kClln

lg (X/M) = lgfe + (lg С)/п

(3.13)

(3.14)

Это уравнение дает в логарифмических координатах прямую линию, которая позволяет точно описать экспериментальные результаты. Однако главным образом в области высоких концентраций наблюдаются отклонения, не позволяющие использовать форму уравнения в первоначальном виде.

По стандарту ASTM D 2355—65 изотерма Фрейндлиха используется для сравнения и оценки порошковых углей (рис. 3.8).

3.5.3. Изотерма Лэнгмюра

Лэнгмюр вывел уравнение изотермы адсорбции при допущении, что на любом участке поверхности взаимодействие между адсорбтом и адсорбентом имеет одинаковый характер

V = VMOHOkp/(l + kp) (3.15)

где V— объем адсорбированного газа; Кмоно — объем газа, необходимый для образования мономолекулярного покрытия на поверхности адсорбента; р — парциальное давление; k — константа.

Это уравнение не учитывает взаимодействия молекул адсорбта друг с другом.

При очень низких значениях р произведение kp в знаменателе мало по сравнению с единицей, при этом адсорбция будет пропорциональна kp:

V = Vuoaokp (3.16)

28

При высоких парциальных давлениях единицей в выражении (3.15) можно пренебречь, тогда

V = Vaono (3.17)

Это равенство является границей применимости уравнения Лэнгмюра, которое в основном применяется для описания адсорбции газа на микропористых сорбентах, в которых по пространственным причинам возможна только низкая степень покрытия.

Преобразованная форма уравнения (3.15)

P/V = l/VMOHOk + р/Кмоно (3.18)

используется для описания процессов адсорбции по изотерме / типа в координатах p/V как функция р (см. раздел 3.5.1). В пределах применимости уравнения Лэнгмюра получают прямую с наклоном 1/Vmoho и отрезком l/VMouok по оси p/V. Экспериментальное определение величин 1/Моно позволяет при известных значениях посадочной площадки молекул адсорбтива определить площадь поверхности адсорбента.

3.5.4. Изотерма БЭТ

Чтобы использовать уравнение Лэнгмюра для других типов изотерм и соответственно областей более высоких концентраций, Брунауэр, Эмметт и Теллер [14] разработали модель, в которой первый адсорбционный слой подчиняется закономерностям, установленным Лэнгмюром. Однако при взаимодействии молекул адсорбта между собой становится возможной полимолекулярная адсорбция; при этом адсорбированный слой обладает свойствами жидкости. При давлении насыщенных паров возможно также образование бесконечно большого числа слоев, определяемого лишь объемом адсорбирующих пор. Для практического применения существует следующая форма так называемого уравнения БЭТ:

-(r%pif-i^ + T^(p!Ps)

где С — константа, содержащая энтальпию адсорбции.

Графическое изображение дается в так называемых координатах БЭТ: p/ps и p/ps/V(l-p/ps); (С-l)/(VaouoC)-наклон прямой; так как С имеет довольно высокие значения, то при (С —1)/С »1 наклон прямой будет равен 1/VMoho (см. раз-Дел 5.4.1). На ординате получают значение l/(VMOHoC). В таком виде уравнение БЭТ применимо только для однородных поверхностей и в областях ниже капиллярной конденсации, т- е. ниже p/ps = 0,3 -т- 0,35. Однако после различных преобразований пределы применимости уравнения БЭТ были расширены. Тем не менее, его форма чрезвычайно громоздка.

29

Для практики адсорбции уравнение изотермы БЭТ не стол! уж важно; исключение составляют случаи определения поверхности БЭТ, которая вычисляется различными расчетными методами, основанными на уравнении (3.19), и в настоящее время повсеместно используется в адсорбционной технике.

На практике широкое применение находят расчетные методы потенциальной теории адсорбции. Это обусловлено тем, что с помощью уравнения Дубинина — Радушкевича по стандартной изотерме при известном коэффициенте аффинности можно рассчитать изотерму адсорбции и распределение размеров пор для любого пара или газа.

3.6. МАССОПЕРЕДАЧА В АДСОРБЦИОННЫХ ПРОЦЕССАХ. ДИФФУЗИЯ

В предшествующем разделе обсуждались изотермы адсорбции, отражающие состояние после установления равновесия. Тем не менее, в адсорбционном процессе можно выделить, кроме собственно адсорбции, стадию переноса вещества — диффузии молекул адсорбтива. Установление адсорбционного равновесия в непосредственной близости к поверхности адсорбента требует незначительного времени по сравнению с процессом диффузии [15]. Поэтому для кинетического подхода механизм диффузии имеет большое значение.

Первая ступень адсорбционного процесса представляет собой перенос молекул адсорбтива через газовую или жидкую среду, окружающую адсорбент. Обычно в адсорбционной технике это достигается принудительным пропусканием рабочей среды через слой угля или, как, например, при использовании порошкового активного угля, сокращением диффузионных путей перемешивания фаз. Однако в процессе адсорбции в статических условиях стадия диффузии является лимитирующей.

В непосредственной близости к адсорбенту молекула адсорбтива должна преодолеть окружающую зерно активного угля граничную пленку — так называемая диффузия в пленке. В частности, в жидкости этот процесс контролирует начальную стадию процесса адсорбции. Только для относительно мелких молекул адсорбтива диффузия через пленку остается

страница 7
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58

Скачать книгу "Активные угли и их промышленное применение" (2.76Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
признание мнимых сделок недействительными
ачтв повышен что делать
купить gessi в москве
аренда микроавтобуса в москве с водителем на свадьбу

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(06.12.2016)