ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
h
(порядка 1 Дж/м
2
) требуют применения прецизионных калориметров и учета тепловыделений, даже связанных с разбива-
нием ампулы и размешиванием жидкости. Для устранения невоспроизводимого влияния природы поверхности адсорбента
Гаркинс и Джура предложили покрывать ее достаточно толстой адсорбционной пленкой той же жидкости до полной экрани-
ровки влияния специфики поверхности адсорбента. В этом случае
h
определяется только работой когезии жидкости. Но при
существовавшей в то время технике оказалось, что толщина покрытия должна достигать пяти – семи мономолекулярных
слоев, что делает бессмысленным использование такого метода для измерений, например, поверхности тонкопористых сис-
тем.
В более поздних экспериментах, выполненных в 1979 г. Роукероллем с сотрудниками на современном прецизионном
калориметре, показано, что для полной экранировки влияния природы поверхности достаточна адсорбционная пленка тол-
щиной в один–полтора монослоя. Ее дальнейшее утолщение уже не влияет на удельные теплоты смачивания, которые сов-
пали в измерениях для 11 адсорбентов разной химической природы по девяти разным жидкостям, включая воду и органиче-
ские компоненты.
3.3. КИНЕТИКА АДСОРБЦИИ
В основе расчета процессов очистки и рекуперации, осуществляемых с помощью твердых адсорбентов, лежат законо-
мерности динамики адсорбции. Динамика сорбционных процессов рассматривает пространственно-временные распределе-
ния компонентов между фазами системы (одна из которых – твердая), возникающие при перемещении этих фаз относитель-
но друг друга.
Процессы адсорбции экзотермичны, обратные процессы (десорбция) требуют подвода тепла. Поэтому при анализе нек-
торых задач динамики сорбции следует учитывать распределение температуры в обеих фазах системы.
Пусть концентрация адсорбата в адсорбенте до начала процесса равна нулю, концентрация адсорбтива во входящем по-
токе постоянна. Введем поток в колонну и проследим за изменением концентрации в обеих фазах. В этот момент во всех
сечениях слоя, кроме лобового, концентрация адсорбата равна нулю. Адсорбент в лобовом слое начинает поглощать адсор-
бтив, концентрация которого в вошедшей «элементарной» порции газа убывает. Частично истощенная «элементарная» пор-
ция адсорбтива вместе с потоком газа поступает в следующий «элементарный» объем слоя адсорбента. В нем также начина-
ет идти поглощение вещества. Далее в сорбционный процесс вовлекаются третий, четвертый и так далее «элементарные»
объемы.
Рассмотрим процесс извлечения пара в гипотетическом горизонтальном адсорбере. В момент времени
1
τ
количество
поступившего адсорбтива еще недостаточно для насыщения лобового слоя адсорбента и распределение адсорбата в слое
характеризуется кривой
1
(рис. 3.5).
Рис. 3.5. Фронт сорбции в моменты времени τ
1
, τ
2
, τ
3
и τ
4
В момент времени
12
τ>τ
лобовой слой адсорбента насыщается адсорбатом до величины равновесной адсорбционной спо-
собности.
Распределение концентрации по длине адсорбера в любой из фаз, достигнутое ко времени
2
τ
, называют
фронтом сорб-
ции
. После этого момента кривая распределения адсорбата часто перемещается с постоянной скоростью
U
, определяемой
по формуле:
p0
a/wcU =
,
где
−
w
скорость газового потока, см/с;
−
0
c
концентрация адсорбтива в газе, моль/см
3
газа;
−
p
a
равновесная адсорбционная
способность, моль/см
3
адсорбента.
В момент времени
3
τ
слой адсорбента можно разделить на три зоны: полностью отработавший слой
1
L
, работающий
слой
p
L
и еще не вступивший в работу слой
0
L
. В момент времени
4
τ
кривая распределения перемещается в концевой слой
адсорбента. С этого момента, момента «проскока», в выходящем потоке газа появляется и начинает прогрессивно возрастать
концентрация извлекаемого вещества:
пр4
τ=τ
,
где
−τ
пр
момент проскока или время защитного действия слоя адсорбента.
Получим уравнение динамики адсорбции, приняв ряд упрощающих допущений:
1) адсорбируется лишь один компонент потока;
2) подвижная фаза несжимаема, и концентрация адсорбируемого вещества в ней так мала, что можно пренебречь изме-
нием плотности потока вследствие убыли адсорбтива;
3) движение потока осуществляется в одном направлении с постоянной скоростью (
const
=
w
);
В этом случае процесс адсорбции описывается системой уравнений материального и теплового балансов, кинетики ад-
сорбции и теплопередачи, изотермы адсорбции [14].
Пусть
х
-координата соответствует направлению перемещения потока со скоростью
w
через элемент пористого тела с
площадью поперечного сечения
dS
и толщиной
dx
. Скорость потока при неизотермической адсорбции не является посто-
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 97
- 98
- 99
- 100
- 101
- …
- следующая ›
- последняя »
