Основы динамики сорбции

ОСНОВЫ ДИНАМИКИ СОРБЦИИ [c.15]

Сорбцию можно осуществить двояко в статических или динамических условиях. Статическая сорбция (статика сорбции) — сорбционный процесс, протекающий при относительном покое обеих фаз п завершающийся установлением равновесного распределения вещества между фазами. Динамическая сорбция (динамика сорбции)—сорбционный процесс, в котором происходит направленное перемещение подвижной фазы относительно неподвижной. Явления динамики сорбции лежат в основе хроматографических методов разделения смесей веществ. Сущность всех хроматографических методов состоит в том, что разделяемые вещества перемещаются через слой неподвижного сорбента (неподвижной фазы) вместе с подвижной фазой (жидкой или газообразной) с разной скоростью вследствие различной сорби- [c.185]

Это объясняется тем, что величина сорбции в динамических условиях зависит не только от статических, но и от кинетических факторов. Одновременный учет их может быть осуществлен на основе общих представлений теории динамики сорбции, по отношению к которой динамика ионного обмена является лишь частным случаем (М. М. Сенявин [26]). [c.103]

Теория радиальной динамики сорбции является теоретической основой бумажной и тонкослойной круговой хроматографии [112]. Для экспериментальной проверки теории радиальной хроматографии Ин-чиным был сконструирован хроматографический прибор, позволяющий получать круговые хроматограммы в толстом слое зернистого сорбента, например ионообменной смолы [116]. [c.84]

Тихоновым [4] на основе того же подхода был дан расчет динамики сорбции газов для случая линейной изотермы, а методом конечных разностей — для случая изотермы Ленгмюра. Позже американскими авторами в общем виде рассмотрена возможность использования метода расчета Шумана для ионного обмена и дано приближенное аналитическое решение 15]. [c.167]

Выбор условий оптимального использования данного комплексообразующего реагента может быть сделан на основе расчета коэффициентов распределения компонентов разделяемой смеси, являющихся исходными величинами как для теории динамики сорбции, так и теории тарелок. [c.171]

В основе препаративного сорбционного ионообменного выделения органических физиологически активных веществ лежит избирательное взаимодействие их с ионитами. Это относится не только к статической избирательной сорбции, но и к динамическим фронтальным процессам. При ностроении теории равновесной динамики ионообменной сорбции константы избирательности и сорбционные предельные емкости являются основными факторами, входящими в критерии, определяющие эффективность процесса. Наконец, и в неравновесной динамике сорбции фактор избирательности, наряду с кинетическими параметрами и гидродинамическими характеристиками, а также размерами колонок, является важнейшим показателем, влияющим на возможность выделения веществ, их выхода при десорбции и концентрации в элюате. При рассмотрении закономерностей ионообменной сорбции ионов органических, особенно сложных ионов физиологически активных веществ необходимо учитывать размеры ионов, сложное поли-функциональное взаимодействие с ионитами, морфологические, электрохимические свойства ионитов, а также другие особенности ионитов, противоионов и жидкой среды, в которой осуществляется процесс гетерогенного ионного обмена. [c.63]

Влияние кинетики на колоночные процессы ионного обмена может быть оценено на основе теории неравновесной динамики сорбции. Такая теория в настоящее время достаточно полно разработана для одного вещества [372, 374—386]. Математически задача формулируется следующим образом [c.192]

Цель работы — изучение динамики сорбции паров фре-она-113, являющегося основой, моющих композиций органических растворителей. Опыты проводили на лабораторной установке (рис. 1), состоящей из адсорбционной колонки с внут И и Л 500 мм и устройства для приготовления парогазовой смеси фреона-113 с N2. Эту смесь получали пропусканием определенного количества N2 через термостатируемый (20°С) смеситель, содержащий жидкий фреон-113. Адсорбция протекала при 20°С и атмосферном давлении. [c.135]

Развитые П. А. Шиловым представления лежат в основе современной теории динамики сорбции, а следовательно, и теории хроматографии. В настоящее время задача состоит в том, чтобы дать теоретическое обоснование эмпирическому уравнению Шилова. [c.56]

В книге рассмотрены общие проблемы динамики сорбции, изложены методы решения типичных задач динамики (аналитические, приближенные, численные). В сочетании с обобщением работ по физическим основам кинетики гетерогенных процессов описаны физические и математические модели одно- и многокомпонентных задач, приведены их решения преимущественно с использованием ЭВМ. Даны примеры расчета различных задач динамики ионного обмена и фильтрационного осветления суспензий. [c.2]

В данной книге сделана попытка изложить в логической последовательности основы общей теории динамики сорбции и хроматографии. [c.3]

Процессы статики и динамики сорбции нашли с древнейших времен практическое применение в сорбционной технике. Явление динамики сорбции лежит в основе хроматографических методов разделения смесей веществ. Многие природные явления в неживом и живом мире совершаются на основе законов динамики сорбции. Хроматография в настоящее время приобрела значение одного из основных практических методов использования явлений динамики сорбции. Поэтому теоретическое исследование динамики сорбции — по существу одновременно и разработка теории хроматографии. [c.8]

В течение длительного исторического периода технические и аналитические применения динамики сорбции развивались как бы независимо, а между тем они имеют общую теоретическую основу [107]. Только в последнее время началась консолидация этих направлений на базе общности теории. [c.8]

Таким образом, современный этап развития практических применений динамики сорбции характеризуется объединением технического и аналитического направлений применения динамики сорбции. Это объединение происходит при ведущей роли хроматографии. Поскольку данная книга посвящена исключительно общим вопросам теории динамики сорбции и хроматографии, приводим 9 списке литературы лишь труды, освещающие практические основы сорбционной техники и хроматографии [4, 67—73, 76, 77, 79, 97, 107, 126-129, 132, 152, 153-157, 161, 167, 173-175, 199, 203, 213, 238, 240]. [c.15]

При статистическом решении задач динамики сорбции сорбент рассматривается как дискретная среда с хаотически расположенными сорбционными центрами, через которую в потоке движется статистический ансамбль сорбируемых частиц. Поле скоростей частиц, несмотря на общую направленность потока, имеет хаотический характер. Процесс сорбции характеризуется вероятностными функциями нахождения каждой частицы в фазе сорбента и подвижной фазе. Эти вероятностные функции и служат основой для расчета статистического распределения частиц в сорбирующей среде. [c.27]

Математической основой решения уравнений динамики сорбции является теория уравнений в частных производных. Это один из труднейших и еще сравнительно мало разработанных разделов высшей математики. При решении даже упрощенных уравнений динамики сорбции встречаются большие математические трудности. Как правило, сравнительно легко можно получить лишь асимптотические решения. Полные решения, описывающие все стадии процесса динамики сорбции, найти методами аналитического интегрирования часто невозможно. [c.40]

Поскольку в переднем фронте 1-й зоны будет содержаться только один, первый компонент, то профиль этого фронта может быть рассчитан на основе уравнений динамики сорбции одного вещества. Такой расчет может быть практически использован, например, для оценки времени начала выхода 1- ГО компонента из колонки сорбента, что очень важно, когда колонки сорбента используют в качестве сорбционных фильтров для улавливания многокомпонентных смесей веществ. [c.102]

Несмотря на существенные отклонения реального хроматографического процесса от идеального процесса равновесной хроматографии полученные теоретические результаты в равновесной теории имеют важное практическое значение. Такие важнейшие параметры процесса, как скорость движения фронтов хроматографических зон, равновесные концентрации компонентов в зонах, положение максимумов зон, могут быть предсказаны на основе теории равновесной динамики сорбции. Знание изотерм сорбции дает возможность предсказать режим динамики сорбции и эффективность разделения смесей. [c.116]

В случае вогнутых изотерм сорбции, как показано на рис. 26, в новой стационарной зоне концентрация п первичного компонента должна быть меньше, чем в первичной зоне. Таким образом, в этом случае получается разбавление первичного компонента. Случаи смешанных изотерм сорбции первичного компонента и вытеснителя могут быть также проанализированы на основе общего условия вытеснительного режима динамики сорбции и [c.122]

Хроматография как метод разделения веществ является одним из направлений практического применения динамики сорбции.Поэтому теория динамики сорбции представляет собой теоретическую основу хроматографии. В свою очередь динамика сорбции относится к более широкому кругу явлений направленного переноса веществ в гетерогенных системах, в частности — в пористых средах [5, 6]. [c.5]

Работы М. М. Дубинина посвящены вопросам физической сорбции на пористых телах [344, 345]. На основе классической потенциальной теории адсорбции создан новый мощный метод решения научных и практических задач сорбционного равновесия для любого пара в широком интервале температур и давлений. Разработана общая теория динамики сорбции смесей парообразных веществ. [c.63]

Работы Н. Д. Зелинского продолжил его ученик Н. А. Шилов, который создал современную методику исследования активных углей и основы теории динамической адсорбции. Н. А. Шилов впервые разработал существенно новые понятия и представления в динамике сорбции, такие, как проскок и время защитного действия . Им найдено нервов количественное выражение динамики сорбции. [c.260]

М. М. Дубинин (1932—1936 гг.) в результате всесторонних экспериментальных исследований развил на основе идей П. А. Шилова методы расчета динамической активности. Эти работы имели важное значение для развития рекуперационной техники. М. М. Дубинин разработал общую теорию динамики сорбции смеси парообразных веществ. Он ввел понятие о коэффициенте вытеснения и дал основное уравнение для определения времени динамической работы слоя угля по обоим компонентам смеси. Данные М. М. Дубинина и М. В. Хреновой по разделению спирта и толуола на шихте угля подтвердили выведенное ими уравнение. Эти исследования можно считать началом работ по молекулярной хроматографии смесей парообразных веществ. [c.261]

Н. Н. Туницкого с сотрудниками. В известной мере такой подход позволяет проводить некоторые практические расчеты в динамике адсорбции и в газовой хроматографии, однако его физическая основа всегда мне казалась недостаточной. Развитие статистических методов в динамике сорбции более целесообразно проводить с применением метода теории блуждания и теории цепей Маркова, что было сделано мною в докторской диссертации (1946 г.) в настоящее время этот метод описан в (1]. Но и он, являясь наглядным, полностью не решает задачи. Несомненно, что чрезмерное употребление примитивных уравнений вроде уравнения Глюкау-фа неоправданно. Использование метода высоты теоретической тарелки теперь критикуется во многих работах [1, 2], но пока этот метод все еще традиционно находит себе применение (так ке и в обсуждаемой статье). [c.458]

Решение дифференциальных уравнений динамики сорбции представляет большие математические трудности. Поэтому наряду с нримене-ниед[ методов математической физики в теории динамики сорбции и хроматографии используются методы исчисления конечных разностей, ( днидг из таких методов является так называемый послойный метод решения задач динамики сорбции. В развитие работ Мартина и Синжа, а также работ Ганона автором рассмотрена общая теория послойного метода расчета хроматограмм [15—19]. Эта теория может служить основой для численного расчета хроматограмм с помощью ЭВМ. [c.80]

Общая теория динамики сорбции была использована для построения теории осадочпо-ионной динамики сорбции. Разработана теория динамики сорбции одного комнопента [103], а так/ке теория стационарного режима динамики сорбции [104]. Получено, в частности, уравнение профиля стационарного фронта. При осадочно-ионной сорбции с образованием трудиорастворимых ионных осадков изотерма осаждения является сильно выпуклой. Это обеспечивает образование очень резких фронтов динамики сорбции. Лурье проведена дальнейшая разработка теории колец Лизеганга [105] и предложен метод количественного анализа ионов на основе явления диффузии определяемого иоиа в гель с осадите-лем [106]. [c.83]

Исследование динамики переноса воды и солей в почвогрунтах — одна из проблем гидромелиорации, имеющая крупное народнохозяйственное значение. Автором и сотрудниками на основе o6ui,eu теории динамики сорбции была разработана теория динамики вымывания солей, которая получила удовлетворительное экспериментальное подтверждение с применением радиохроматографического метода [171—174J. Динамика вымывания из почвогрунта солевого раствора подчиняется квазидиффу-зионному закону динамики переноса [171, 172]. При наличии в почве солей в виде твердой фазы по профилю почвы при ее промывании образуется стационарный фронт вымывания. Дано уравнение этого стационарного фронта [173]. Далее была исследована зависимость размытия фронта вымывания солевых растворов из почвогрунта от скорости потока и концентрации растворов [175, 176], а такнге от степени засоленности почвы при наличии солей в виде твердой фазы [177—179]. В частности, уста- [c.85]

Голубев В. С., Веницианов Е. В., Гарибянц А. А. Уравнения гидродинамической дисперсии и динамики сорбции для пористой среды с застойными зонами.— Теор. основы хим. технологии, 1980, т. 14, № 4, с. 607—610. [c.202]

В 1984 г. исполнилось 55 лет публикации известной работы Н. А. Шилова с сотрудниками, в которой были заложены основные аспекты теории динамики сорбции определяющая роль термодинамики, влияние кинетики на протекание процесса во времени, а также предложен метод расчета, используемый и поныне. Важное значение имели последующие работы А. Н. Тихонова, А. А. Жуховицкого, Я. Б. Зельдовича и др., которые четко сформулировали систему дифференциальных уравнений, описывающую на феноменологической основе модель динамики и включающую уравнения баланса, статики и кинетики. [c.152]

Препаративная крупномасштабная хроматография включает процессы избирательной сорбции в колоночном процессе и избирательной десорбции. Успешное выделение определенного вещества из многокомпонентного раствора основывается на фронтальном избирательном сорбционно-десорбционном процессе в условиях образования резких границ зон разделяемых веществ. Решение проблем равновесной динамики сорбции явилось основой для развития многих препаративных методов выделения антибиотиков, гормонов, алкалоидов, ферментов и многих других физиологически активных веществ [6—16]. При этом затруднения обычно возникали при осуществлении процессов избирательной десорбции в условиях образования резких границ зон веществ. Введение равновесно-динамических критериев [14, 16] позволило предсказать и осуществить режимы полного вытеснения выделяемых веществ методами препаративной ионообменной хроматографии на основе выбора констант избирательности сорбции при варьирова- [c.13]

Описанная задача является основным содержанием изучения динамики сорбции смеси веществ и хроматографии. Математической основой ее решения является теория уравнений в частных производных, далеко не всегда приводящая к точным результатам, которые получаются, как правило, лишь в асимптотическом пределе. При применении однокомпонентной системы, [c.83]

В книге уделено большое внимание физическим аспектам процессов кинетики и динамики, последовательно рассмотрены математические модели динамики сорбции на феноменологической основе, указана связь моделей различной степени агрегирования, изложены математические методы решения разнообразных задач. Весьма подробно рассмотрены впервые численные методы, реализуемые на ЭВМ, в частности, для решения задач динамики с учетом смешанного механизма кинетики и нелинейных изотерм. На этой основе выявлены лимитирующие стадии кинетики в смешан-но-диффузионном процессе, рассмотрено влияние дополнительных физико-химических механизмов (диссоциации в растворе, ионизации функциональных групп ионита), влияние многоком-понентности состава в процессах сорбции и фильтрации и т. д. Наряду с этим сформулированы принципы применения теории динамики для расчета конкретных практических задач. Все это позволяет надеяться, что книга по динамике сорбции окажется полезной для специалистов и с интересом будет прочитана научными и инженерно-техническими работниками, занимающимися собственно сорбционными процессами в их технологических и аналитических применениях или работающими в смежных отраслях науки и техники. [c.4]

Первая количественная закономерность динамики сорбции была установлена Н. А. Шиловым и сотрудниками [85, 168]. На основе обобщения экспериментальных данных, полученных при изучении динамики молекулярной сорбции газов и паров, было определено, что процесс динамической сорбции газов и паров на активированном угле состоит из двух стадий стадии формирования фронта и стадии его параллельного переноса. Им была предложена хорошо известная эмнирическая формула защитного действия сорбционного фильтра, которая выражает одну из важнейших закономерностей динамики сорбции. [c.20]

О. М. Тодес [139] дал подробную теорию установившегося режима неравновесной динамики сорбции смесей веществ. Он показал, что скорости движения отдельных сорбционных волн по своим величинам располагаются в порядке, обратном относительной сорбируемости компонентов смеси. При этом каждая отдельная волна распространяется со скоростью, большей той, с которой распространялось бы каждое отдельное вещество при той же входной концентрации. В этом процессе проявляется десорбирующее действие сильнее сорбирующегося компонента смеси. Для случая динамики сорбции двух веществ, сорбция которых подчиняется изотерме Ленгмюра, даны ко.личественные закономерности процесса, выведены формулы скоростей движения фронтов, а также формулы для определения концентраций компонентов в зонах. Для более сложных систем дано решение в общей форме. С. Клас-сон и А. Тизелиус [77, 228], независимо от О. М. Тодеса [139], дали расчетные формулы для определения концентраций веществ в зонах первичной, фронтальной хроматограммы и на этой основе разработали экспериментальный метод хроматографического анализа смесей веществ, получивший название фронтального анализа. [c.24]

Конечно, алгебраическое преобразование уравнений и приведение его к безразмерному виду не есть еще решение уравнений. Такое преобразование придает только большую общность, универсальность уравнению, поскольку все входяпрге в него величины безразмерны. Но получить решения уравнений динамики сорбции в безразмерной форме так же трудно, как и исходных уравнений с размерными величинами. Безразмерные уравнения — теоретическая основа для методов экспериментального моделирования процессов. [c.43]

Согласно классификации уравнений в частных производных это уравнение является уравнением в частных производных второго порядка параболического типа. Общее решение этого уравнения не. найдено. Однако приближенную картину динамики сорбции при рассматриваемых условиях можно получить на основе физического анализа этих условий. Первое, что следует отметить,— это действие в процессе динамики сорбции фактора размытия фронта (/> =/=0). Как только вещество начнет входить в колонку (ж > 0), сразу же начнется и размытие фронта. Таким образом, ни при каких условиях в процессе динамики сорбции при действии продольных эффектов невозможно возникновение фронта динамики сорбции с разрывом функции распределения. Но существование размытого фронта — необходимая и достаточная предпосылка для действия закона Викке, отражающего влияние изотермы сорбции на ход динамики сорбции. Итак, вторым дей-ствуюпщм фактором динамики сорбции можно считать влияние вида изотермы сорбции. [c.61]

Выпуклая изотерма. Режим динамики сорбции при выпуклой изотерме характеризуется тем, что в противоположных направлениях действуют два фактора — фактор размытия фронта (продольные диффузионные и квазидиффузионные эффекты) и фактор сжатия фронта (выпуклость изотермы сорбции и действие закона Викке). На основе этого представления о действии двух противоположно направленных факторов можно выдвинуть физическую предпосылку о том, что на некоторой асимптотической стадии динамики сорбции должно произойти взаимное уравновешивание этих факторов. Размытие фронта будет скомпенсировано его сжатием, в результате чего произойдет стабилизация фронта, установится движение стационарного фронта, перемещающегося вдоль колонки с постоянной скоростью в режиме параллельного переноса. Впервые это представление об условиях возникновения стационарного фронта при действии факторов размытия было высказано Я. В. Зельдовичем [63] и далее развито О. М. Тодесом [139]. Физическая предпосылка возможности образования стационарного фронта — это основа для постановки задачи отыскания асимптотического решения, т. е. определения функций распределения вещества для стадии стахщонарного фронта. Отметим, что здесь мы опять привлекаем представление о стадийности процесса динамики сорбции. В рассматриваемом случае можно условно выделить две стадии динамики сорбции стадию формирования стационарного фронта и стадию его параллельного переноса (рис. 9). [c.62]

Теория фронтально-вытеснительного процесса может быть развита на основе общих представлений теории динамики сорбции, аналогично тому, как это было сделано С. Классоном для случая молекулярных сорбентов. Мы рассмотрели тео])етически процесс фронтальной хромато- [c.146]

Имеющиеся в литературе работы по динамике сорбции обычно различаются пренеде всего физическими предпосылками, положенными в основу математического расчета процесса. В соответствии с предполагаемыми условиями сорбции авторы формулируют целесообразность учета продольной диффузии, а также учитывают кинетические особенности системы (внешне- и внутридиффузионная кинетика). В соответствнн с характером делаемых предположений и расположен ниже материал по динамике сорбции. [c.108]