Диффузия, коэффициент микропористость

Интерес к рассмотрению процесса диффузии адсорбированных флюидов в пористых углеродных материалах вызван прежде всего огромной практической важностью углеродных адсорбентов, широко применяемых в промышленности для очистки и разделения газовых и жидких смесей. Изучение диффузии имеет большое значение при разработке углеродных адсорбентов с заданными свойствами для лабораторного и промышленного применения. Особую практическую важность имеют количественное описание диффузии метана и анализ факторов, влияющих на протекание этого процесса. Такая информация необходима при оптимизации методов добычи природного газа из угольных пластов для использования в качестве энергоносителя. При изучении диффузии в микропористых средах наиболее эффективны методы компьютерного моделирования. Применение этих методов позволяет выявить закономерности влияния различных факторов (внешние условия, природа адсорбата и адсорбента, структура поверхности, топология пор, наличие примесей) на значения коэффициентов диффузии флюида и на механизм процесса. [c.167]

Кратко рассмотрим системы газ — твердое тело с наличием реакции в пределах твердой фазы. Такие системы представляют интерес в каталитических реакциях, когда катализатор выступает в виде микропористого твердого тела, через которое могут мигрировать реагенты и реакционные продукты под влиянием градиента концентрации, следуя закону диффузии Фика. Эффективный коэффициент диффузии зависит от механизма диффузии через поры (которая может быть обычной газовой диффузией или кнудсенов-ской диффузней, сопровождающейся мобильностью адсорбированных слоев), а также от геометрии пор. Проблемы оценки корректной величины эквивалентного коэффициента диффузии по известным значениям диаметров пор и их геометрии обсуждались в некоторых аспектах Франк-Каменецким [11], а также в работах [12-15]. [c.46]

Существенное влияние на величину D в катализаторах, содержащих узкие поры, оказывает распределение пор по размерам. При резко неоднородном распределении размеров пор само понятие эффективного коэффициента диффузии теряет определенность [8]. Представим себе частицу, свободный объем которой состоит из сети широких транспортных макропор и множества отходящих от них узких капилляров, работающих в кнудсеновской области. Зерна такой структуры, которые образуются при спрессовывании мелких микропористых гранул катализатора, находят себе широкое применение, поскольку они сочетают хорошо развитую внутреннюю поверхность с относительно высокой скоростью диффузии, обеспечиваемой системой транспортных макропор (см. главу V). Измерение величины D в подобном составном зерне (путем измерения скорости диффузии через зерно вещества, не вступающего в химические превращения) даст, очевидно, лишь величину D в макропорах. Между тем, химическая реакция, протекающая в основном в капиллярах, на которые приходится преобладающая часть внутренней поверхности катализатора, может лимитироваться гораздо более медленной диффузией в кнудсеновских микропорах. [c.101]

Применяют два типа мембран - гомогенные и микропористые. В гомогенных мембранах анализируемый газ растворяется в материале мембраны и диффундирует через нее, а в микропористых -газ диффундирует через поры мембраны. Коэффициенты диффузии газов в порах мембраны на несколько порядков выше, чем в фазе мембраны. Поэтому электроды с пористыми мембранами менее инерционны по сравнению с электродами с гомогенными мембранами. Однако в пористых мембранах возможен перенос воды через мембрану, что ведет к изменению концентрации электролита внутри электрода и, следовательно, к изменению его потенциала. [c.210]

Многие полимеры микропористой структуры в за-стеклованном состоянии имеют низкую проницаемость в связи с тем, что микропоры в полимерах, возникающие при рыхлой упаковке цепных молекул, имеют замкнутый характер. Заполнение пор диффундирующим газом увеличивает коэффициент статической сорбции и практически не влияет на коэффициент сорбции, определяемый динамическими методами. В то же время малый относительный объем пористости в полимере не сказывается заметно на величине коэффициента диффузии. В целом для застеклованных полимеров значение коэффициента проницаемости определяется не микропористостью, а величиной межмолекулярных сил (когезией) полимера. [c.127]

Для пористых зерен со сложной структурой (бипористых, поли-пористых и т. д.) суммарный поток вещества адсорбата внутри пористого зерна будет определяться диффузией внутри свободного пространства пор пористых зерен и диффузией молекул адсорбата внутри микропористых зон пористого зерна. Однако для описания межфазного массопереноса внутри пористых зерен сложной структуры можно приближенно использовать (в зависимости от характерных времен межфазного массообмена) модели типа Р или 5 с эффективными значениями коэффициентов диффузии которые учитывают специфические особенности межфазного массопереноса вещества внутри пористых зерен сложной структуры. [c.175]

Произведенные нами расчеты, которые можно расценивать как дающие только полуколичественные результаты в связи с рядом принятых допущений, показали, что коэффициенты диффузии для рассматриваемых реакций равны в среднем 2 см /сек. Это указывает на микропористость получаемого продукта, так как коэффициенты диффузии газов в твердых телах по межкристаллитным прослойкам и через кристаллическую решетку имеют в большинстве случаев порядок 10 см /сек. коэффициенты же диффузии газов в каналах имеют величину порядка 10 см /сек. Средняя скорость молекул азотной кислоты при 160° равна 3.78 10 см. Отсюда вычисляется, что поры, через которые протекает диффузия, имеют диаметр порядка 10 см, т. е. диффузия молекул азотной кислоты к поверхности раздела твердых фаз протекает через поры диаметром меньше длины свободного пробега молекул и путем поверхностного движения адсорбированных молекул. [c.55]

Разработан метод расчета полной степени использования fiy т Ли в случае бидисперсного распределения пор. Определение степени использования микропористого зерна / п) требует знания размеров этого зерна в работе предлагаются два простых метода для расчета их из структурных данных. Определение степени использования, относящейся в основном к макропорам у требует знания эффективного коэффициента диффузии через целое зерно в работе предложена простая формула для учета вклада макро- и микропор. [c.93]

Для расчета необходимо рассматривать эффективный коэффициент диффузии Афф , через единицу сечения макро- и микропористого зерна. Это приводит к вырал ению [c.95]

Рис. 3. Эффективный коэффициент диффузии для макро-микропористого зерна.

В бидисперсной модели П.П. Золотарева и соавт. [43, 44] ионообменный материал представляется в виде хаотически расположенных микропористых зон, соединенных между собой более широкими транспортными порами. Скорость переноса в микропористых зонах и в транспортных порах характеризуется двумя разными коэффициентами диффузии. Данная модель позволяет описать ситуацию, когда отсутствует равновесие между раствором в транспортных порах и микропористыми зонами при помещении мембраны между двумя растворами электролита разной концентрации диффузия идет в основном по крупным транспортным порам, тогда как микропористые зоны еще сравнительно долго могут сохранять свое прежнее состояние, выполняя таким образом роль "сорбционных стоков". [c.168]

Рассмотренная математическая модель внутридиффузион-ного переноса в гранулах адсорбента предполагает, что массоперенос в твердом теле полностью определяется некоторым постоянным коэффициентом диффузии. Действительно, проникание адсорбата внутрь зерна адсорбента — процесс диффузионный, а под коэффициентом диффузии D понимают количество вещества, диффундирующего в единицу времени через 1 см поверхности при градиенте концентрации, равном единице. Естественно, что нельзя ожидать, чтобы один постоянный коэффициент диффузии описал те явления, которые происходят в процессе переноса адсорбата в таких сложных пористых структурах, которыми обладают гранулы любого промышленного адсорбента. Величина D должна рассматриваться как эффективный коэффициент диффузии, значение которого зависит от структуры пор и вклада в массоперенос различных транспортных механизмов, таких как нормальная или объемная диффузия, молекулярная или кнудсенов-ская диффузия и поверхностная диффузия. Для того чтобы учесть негомогенность структуры адсорбентов, при экспериментальном и теоретическом изучении кинетики адсорбции микропористыми адсорбентами в настоящее время широко используется представление о бипористой структуре таких адсорбентов [18], которое предполагает два предельных механизма массопереноса диффузия в адсорбирующих порах (например, в кристаллах цеолита) и перенос в транспортных порах. [c.50]

Хакинс и Кэммермейер экспериментально показали, что уравнение (1Х-37) справедливо также и для микропористых перегородок, если величина ац равна отношению соответствующих проницаемостей или коэффициентов диффузии чистых газов, т. е. Ве, г Ве, Эксперименты проводились при одинаковых величинах рабочей температуры и относительного давления над разделительной перегородкой. На основе экспериментальных данных (см. рис. 1Х-46) можно прийти к выводу, что в рассматриваемом случае превалируют условия турбулентного режима течения и что в уравнении (1Х-37) а,-,- равно г/Ве, [c.615]

Во многих работах по определению коэффициентов внутрикристаллической диффузии адсорбционно-кинетическими методами а priori предполагается, что процесс лимитируется диффузией в кристаллах. Однако анализ большого числа экспериментальных данных по кинетике адсорбции микропористыми адсорбентами показывает, что в каждом конкретном случае необходимо проводить тщательную проверку относительной роли различных видов массопереноса, учитывая внутрикристаллическую диффузию, сопротивление на поверхности кристаллов, перенос в транспортных порах гранул, скорость подвода адсорбтива к грануле адсорбента, а также скорость рассеивания теплоты, выделяющейся при адсорбции. В наших исследованиях основное внимание уделялось изучению влияния диффузии в транспортных порах и роли конечной скорости рассеивания теплоты адсорбции. В этой целью одновременно с изучением кинетики адсорбции на гранулах различного размера проводились измерения изменения температуры адсорбента. [c.111]

Обобщение уравнений кинетики сорбции в однородном сорбенте на неизотермический случай не представляет трудностей. Существенно более сложными являются такие уравнения для бидисперсного сорбента. Они впервые получены в работе [2]. Эти уравнения с соответствующими граничными условиями, учитывающими в общем случае внешний массо- и теплообмен с коэффициентами р и а, содержат пять характерных времен процесса Те= Я 0 + Г)/Э, т, = / (l + Г) /Di, Та = rllDa, Т = hpR/a, = hpR /X, в то время как в изотермическом случае таких времен только три т , т , т . Здесь R — характерный размер гранулы Гц — характерный размер микропористой зоны Д и D — эффективные коэффициенты диффузии в транспортных порах и микропористых зонах р и а — коэффициенты внешнего массо- и теплообмена и т — характерные времени внешнего массо- и теплообмена т , — характерное время внутреннего теплообмена и — характерные времена установления сорбционного равновесия в транспортной пористой системе и микропористых зонах л, и ftp — эффективная теплопроводность и удельная теплоемкость сорбента Г — наклон изотермы. Наряду с перечисленными параметрами в уравнения кинетики неизотерми-ческой сорбции входит и коэффициент термодиффузии Dj- [2], учитывающий эффект термодиффузии в транспортной пористой системе. [c.128]

Здесь а, а а/ — средняя в расчете на единицу объема слоя величина сбрбции, локальная внутри сферического слоя гранулы и в микропористой зоне с, с , с, — концентрации адсорбтива в потоке, на поверхности гранул и в транспортных порах ро — коэффициент внешнего массообмена D , — коэффициенты диффузии в транспортных порах и микропористых зонах е — пористость слоя е,— доля транспортных пор в объеме гранул Го, / — радиусы микропористых зон и гранул. [c.168]

Чем больше энергия взаимодействия молекул вещества с адсорбентом, т. е. чем больше время жизни молекулы в адсорбированном состоянии, тем больший энергетический барьер приходится преодолевать адсорбированным молекулам при их миграции в пространстве микропор. Вследствие этого эффективный коэффициент диффузии адсорбированных в микропорах молекул Оа меньше, чем эффективный коэффициент диффузии молекул в жидкости, заполняющей транспортные поры Ор. При описании процесса адсорбции из раствора такими гранулами (например, формованными гранулами цеолитов или микропористых активных углей) необходимо учитывать, что изотермы равновесной адсорбции в микропорах и на стенках транспортных пор не одинаковы, JПo кoлькy значение — ДС° в микропорах больще, чем при адсорбции на поверхности широких пор, изотермы адсорбции в микропорах имеют более круто возрастающую начальную ветвь на кривой а — С), чем изотермы адсорбции тех же веществ в Транспортных порах гранулы. Поэтому дЛя зерна адсорбента, имеющего бипористую структуру, можно записать е, [c.214]

Аф, ) —эффективный коэффициент диффузии для пористой таблетки, см 1сек Афф —для микро-макропористого зерна Афф — для микропористого зерна Аффл1—вклад макропор Афф -вклад микропор [c.103]

Из этого видно, что свойства пор с бимодальным распределением их размеров для реакций не первого порядка будут различны. Микропористая таблетка всегда имеет большой фактор эффективности, так как она мала, и, соответственно, диффузионное торможение появляется преимущественно в макропорах. Увеличение эффективности, вызываемое микропористостью, может иметь различные выражения, но оно всегда существенно зависит от отношения эффективных коэффициентов диффузии Аффл /Афф . Это отношение очень близко к D когда макро- [c.104]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология