ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Стадии массоперепоса и кинетика адсорбции растворенных веществ из "Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении" Массоперенос при адсорбции независимо от условий контакта адсорбента с адсорбирующимся веществом состоит из следующих стадий внещнего переноса молекул сорбируемого вещества из потока к поверхности частицы (массоотдача), внутренней диффузии молекул вещества от поверхности в глубь зерна по порам различного сечения (массопроводность) и стадии установления адсорбционного равновесия. Равновесие при адсорбции устанавливается практически мгновенно [1]. Поэтому общая скорость массопереиоса при адсорбции зависит от скоростей внешнего и внутреннего переносов массы и определяется (лимитируется) наиболее медленной из этих стадий. Для технологических расчетов важно установить лимитирующую стадию и оценить ее количественно. [c.112] Перенос массы вещества возникает между областями с разными химическими потенциалами. В изотермических условиях разность химических потенциалов является однозначной функцией разности концентраций. [c.112] Рассмотрим основные закономерности стадий массоперено-са при адсорбции растворенных веществ на активных углях (массоперенос в системе жидкость — твердое тело). [c.112] Толщина диффузионного пограничного слоя различна в различных участках поверхности, она зависит от природы вещества, т. е. каждому веществу отвечает свой пограничный диффузионный слой. [c.113] Отношение толщин гидродинамического и диффузионного пограничных слоев равно Рг з [2]. Следовательно, для капельных жидкостей диффузионный пограничный слой полностью локализуется внутри гидродинамического пограничного слоя — области, где скорость жидкости изменяется от нулевого значения до скорости внешнего потока. Толщина диффузионного слоя мала в сравнении с размерами зерна и возрастает вдоль поверхности от нулевого значения в точке набегания по закону квадратичной параболы. [c.113] Течение у тел необтекаемой формы происходит с отрывом пограничного слоя. Оценка массоотдачи в зоне после точки отрыва производится по соотношениям для диффузионного потока при турбулентном обтекании поверхности. На шероховатых поверхностях локальная турбулизация системы приводит к увеличению общего диффузионного потока на такую поверхность. [c.113] Учитывая сложность структуры потока вблизи тел необтекаемой формы, внешнедиффузионный массоперенос сорбционных процессов обычно рассчитывают по упрощенным уравнениям массоотдачи, в основу которых положена концепция движущей силы процесса. [c.113] Уравнение (V-5) применялось для исследования внешнедиффу-зионной кинетики сорбционных процессов в ряде работ (па-пример, в [1, 2, 7—И]). [c.114] При адсорбции из растворов точность и простота измерений величины адсорбции как функции времени достигается при условии переменной концентрации растворенного вещества в жидкости на границе раздела раствор — адсорбент в случае постоянного и ограниченного объема системы (аппараты с перемешиванием). [c.114] Построив с помощью уравнения (У-9) зависимость а Т), легко получить зависимость относительной величины адсорбции у = а1а-р от безразмерного времени Т, показывающую степень использования емкости адсорбе та к моменту Т. [c.115] Из уравнения С /-12) при известных величинах V, Ур, р. N можно рассчитать коэффициенты массоотдачи р. Коэффициент молекулярной диффузии растворенного вещества в воде можно найти по полуэмпирической зависимости Уилке — Чанга [13]. Величина 5о определяется по методике, описанной в [14]. Соотнощение (У-12) можно использовать для расчета коэффициентов массоотдачи при адсорбции смеси двух веществ из разбавленных растворов. Теоретическая модель ваешнедиффу-зионной кинетики адсорбции смеси двух органических веществ из водных растворов рассмотрена в [15]. [c.116] Внутридиффузионный массоперенос. При достаточно высокой турбулизации раствора скорость подвода растворенного вещества к внешней поверхности зерна адсорбента превосходит скорость его переноса внутри гранулы, следовательно, внутридиффузионный массоперенос будет определять общую скорость процесса уже на начальном его этапе. [c.117] Достижение адсорбционного равновесия при внутридиффу-зионном механизме массопереиоса зависит от величины энергии взаимодействия системы адсорбат — адсорбент и ряда других факторов размеров гранулы адсорбента, структуры зерна (пористости, геометрии пор, соотношения между размерами молекул вещества и радиусами пор), концентрационных условий проведения процесса. [c.117] При изучении впутридиффузионного процесса необходимо учитывать особенности пористой структуры сорбентов. В некоторых активных углях (КАД, АГ-3, СКТ) поры с различной энергией адсорбции образуют в грануле угля сплошные структуры, причем поры каждого вида выходят на поверхность зерна. Для углей с такой структурой развиты представления о параллельном массопереносе адсорбированных и неадсорбирован-ных молекул внутри гранулы [19, 20]. Для расчета внутридиффузионной кинетики адсорбции в таких сорбентах может быть использована модель однородного адсорбента, учитывающая массоперенос во внутрипоровой жидкости, заполняющей транспортные каналы (макро- и мезопоры) и в адсорбционном пространстве угля (в микропорах). Хорошее согласование экспериментальных кинетических кривых с данными расчетов по такой модели свидетельствует о корректности ее применения к изучению кинетики адсорбции растворенных веществ на активных углях [19, 21—24]. [c.117] На рис. V-1 даны графики зависимости относительной величины адсорбции у от безразмерного времени т при линейной изотерме адсорбции [31]. Задаваясь величинами Vs, Vp, k, R, Da, ИЗ рис. V-1 легко определить графически искомое время контакта адсорбента с очищаемой жидкостью при сорбции из ограниченного объема (аппараты с перемещиванием) и заданной степени использования сорбционной емкости у. [c.119] Задача нахождения кинетической кривой в случае нелинейных изотерм адсорбции связана с численными методами решения и требует применения ЭВМ (см., например [30, 34]). [c.119] Коэффициент пропорциональности в соотношении (V-18) определяется строением системы пор адсорбента. Можно предположить, что в процессе элементарного акта миграции адсорбированной молекулы образование вакансии происходит вследствие смещения только одной молекулы растворителя. Из этого предположения следует, что свободная энергия активации образования вакансии AF°h и расстояние между положениями центра адсорбированной молекулы до и после совершения элементарного акта миграции должны быть одинаковыми при диффузии органических веществ различного строения, и изменение величины Da должно быть связано с различным значением AF°b. [c.120] Величины Оа можно также рассчитать сопоставлением экспериментальной кинетической кривой с теоретически рассчитанной, являющейся решением исходной системы уравнений (У-15). Данные такого сопоставления, проведенного нами, свидетельствуют о том, что 0 а в пределах одного кинетического опыта удовлетворительно описывается моделью с постоянной величиной Оа [уравнения (У-15)] вплоть до относительно высокой степени приближения к равновесию. Измерение кинетики адсорбции одного и того же вещества на данном адсорбенте при различных начальных и конечных состояниях системы, показало, что величина 0 а несколько изменяется от опыта к опыту. [c.121] Рассмотрим методы расчета внутридиффузионной кинетики адсорбции органических загрязнений из биологически очищенных сточных вод. По нашим оценкам, величина эффективного уменьшения дифференциальной мольной свободной энергии адсорбции органических загрязнений из ряда бытовых и промышленных сточных вод равна 16,5 кДж/моль. Для веществ, которые адсорбируются активным углем с близкими к этой величине значениями показано, что внутридиффузионная кинетика адсорбции в основном определяется миграцией адсорбированных молекул в микропорах активного угля [19]. При этом внутридиффузионную кинетику адсорбции такой сложной смеси можно рассчитывать по модели (У-15) для такого растворенного вещества, ХПК которого равно ХПК смеси органических загрязнений. Величина коэффициента Оа в этом случае имеет порядок 10- см7с [37]. [c.121] Методы разграничения лимитирующих стадий. Для обоснования технологического режима работы адсорбционных установок с перемешиванием требуется, прежде всего,, установить наиболее медленную стадию массопе-реноса, контролирующую общую скорость адсорбционного процесса. Существует несколько методов определения лимитирующей стадии. [c.122] Вернуться к основной статье