Равновесие и динамика адсорбции

Детальное рассмотрение системы корректных уравнений (П.5.1) для адсорбционных процессов в случае непроизвольно наложенного нестационарного температурного поля при взаимосвязанном тепломассопереносе показало меньшее влияние тепловых процессов на кинетику и динамику массообмена, определяемого наличием разности концентраций — фактической и равновесной. В этом случае концентрационный фронт движется в направлении достижения равновесия. Полученные математические модели неизотермической адсорбции отличаются характером приближений, однако особого внимания требуют приближенные математические модели кинетики и динамики неизотермической адсорбции, пригодные для инженерной практики. Приближенные математические модели для инженерного расчета неизотермической адсорбции позволяют на основе повышения точности методов расчета аппаратуры решить проблему конструирования адсорбционной аппаратуры с максимальной производительностью единицы объема и максимальной мощностью единичного агрегата. Кроме того, получение приближенных математических моделей неизотермической адсорбции, учитывающих основные физические фрагменты процесса, позволяет решить задачу постановки эксперимента и оценки параметров. С целью разработки инженерной методики расчета неизотермической адсорбции на основе приближенных математических моделей необходимо процесс разбить на два основных этапа [c.240]

Одна из основных задач прн определении технологического режима адсорбционной установки — это расчет условий адсорбционного равновесия, т. е. расчет изотермы адсорбции. Зависимость количества адсорбированного вещества от равновесной концентрации в растворе необходимо знать при расчете кинетики и динамики адсорбции, а также при расчете удельного расхода адсорбента при любом способе технологического оформления адсорбционного процесса. [c.93]

Равновесие и динамика адсорбции [c.167]

Четвертая Всесоюзная конференция по теоретическим вопросам адсорбции состоялась в Ленинграде с 29-го января по 2-е февраля 1974 г. Она была организована Научным советом по синтезу, изучению и применению адсорбентов Отделения общей и технической химии Академии наук СССр Институтом физической химии АН СССР и Ленинградским технологическим институтом им. Ленсовета. В отличие от трех предыдущих конференций, на которых рассматривались вопросы адсорбционных равновесий в однокомпонентных и многокомпонентных системах, вопросы кинетики и динамики адсорбции. Четвертая конференция была посвящена проблеме адсорбции и пористости. [c.5]

Если фронт адсорбции перемещается от лобового участка плотного слоя к выходу из слоя, оставляя за собой участок, в котором отработанный адсорбент насыщен практически до равновесия с концентрацией адсорбируемого вещества в потоке на входе в слой до адсорбции Со, то в псевдоожиженном слое на этом участке удельная адсорбция значительно меньше равновесной величины ао. Поэтому в начальный период работы слоя на участке, где daldL — 0, а<ао и лишь постепенно по мере продвижения зоны градиента da/dL к выходу из слоя удельная адсорбция на безградиентном участке слоя возрастает, приближаясь к равновесной величине ао. Таким образом, безградиентный участок псевдоожиженного слоя не является отработанным слоем. Протяженность зоны псевдоожиженного слоя, в которой da/dL —О — это протяженность участка, в котором за время работы слоя произошло полное перемешивание зерен адсорбента. При большой высоте слоя перемешивание его зерен требует значительного времени, которое при одинаковой высоте слоя тем больше, чем больше отношение его высоты к диаметру аппарата L/Dan- Концентрация же вещества в потоке, проходящем через псевдоожиженный слой адсорбента, падает вдоль слоя, как видно из рис. 7.7, б, очень быстро. Поэтому верхний участок псевдоожиженного слоя довольно долго не принимает участия в адсорбции из потока, т. е. является резервным участком. Перемещение зоны массообмена (где da/dLaO) вдоль слоя и существование резервной зоны в слое и обусловили формальное сходство уравнений динамики адсорбции из потока плотным и псевдоожиженным слоем рис. 7.8) [c.237]

Вся сумма задач, возникающих при решение вопроса об эффективности применения адсорбционной технологии для осуществления конкретного промышленного процесса и при проектировании адсорбционных установок, требует сведений как об адсорбционных равновесиях в заданной системе адсорбент — раствор, так и о кинетике и динамике адсорбции компонентов раствора в конкретных гидродинамических условиях проведения процесса. Однако многие данные, в том числе и параметры, наиболее важные для разработки проектного задания (а иногда и технического проекта адсорбционной установки), могут быть с достаточной точностью получены без выполнения каких-либо экспериментов — расчетным путем только на основе рассмотренных в предыдущих разделах этой книги характеристик адсорбционного равновесия — табличных значений инкрементов стандартного уменьшения дифференциальной мольной свободной энергии адсорбции из водных растворов для отдельных структурных элементов молекул и функциональных групп (in AF°) и растворимости извлекаемых продуктов (если она известна). [c.203]

Вторая группа вопросов, которую охватывает теория хроматографии, должна, очевидно, относиться к изучению процессов, приводящих к размыванию полосы, неизбежно, как мы уже указывали, сопровождающего ее движение по слою. В известной мере близкие вопросы разрабатывались достаточно давно в так называемой теории динамики сорбции [57, 58]. Однако в связи с огромным практическим значением хроматографии и рядом специфических ее особенностей, за границей обычно принято рассматривать теорию размывания хроматографической полосы в известном отрыве от теории динамики адсорбции Поскольку теория адсорбционных равновесий, представляющих наибольший интерес для катализа, рассмотрена в ряде монографий, мы уделили основное внимание теории размывания полосы. [c.87]

Динамика адсорбции растворенных веществ из потока зависит не только от скорости массопереноса, но также и от вида изотермы адсорбции. Для того чтобы упростить анализ зависимости динамики адсорбции от характера изотермы адсорбции, рассмотрим процесс при условии, что скорость переноса вещества в растворе к внешней поверхности зерен адсорбента и скорость внутреннего массопереноса настолько велики, что динамика адсорбции определяется только материальным балансом переноса вещества и видом изотермы адсорбционного равновесия Тогда процесс адсорбции из потока может быть описан уравнениями [c.222]

Технология адсорбционного процесса извлечения индивидуальных углеводородов из газоконденсатов рассматривалась нами с точки зрения адсорбционного равновесия индивидуальных углеводородов (бензол, циклогексан, к-гептан, к-гексан, метилциклопентан, 2,2 и 2,4-диметилпентан) и их бинарных смесей, а также динамики адсорбции многокомпонентной [c.225]

Книга написана в соответствии с общими задачами курса процессов и аппаратов химической технологии, в теоретической части которого рассматриваются вопросы статики и кинетики процессов. Последняя включает представления о механизме и скорости элементарных актов переноса или превращения (микрокинетика), а также учитывает гидродинамические и тепловые явления (макрокинетика). Ввиду того, что в литературе по адсорбции за последние 40 лет для целого круга макрокинетических явлений установился термин динамика адсорбции , мы сочли возможным придерживаться этой устоявшейся терминологии, хотя, по нашему мнению, теория каждого процесса химической технологии должна состоять из двух разделов — статики (равновесие) и кинетики (развитие процесса во времени). [c.6]

Можно непосредственно определить К надо учесть степень очистки поверхности, влияние адсорбции газа-носителя и перепада давления в колонне, обеспечить близость работы колонны к равновесию или учесть динамику процесса [c.155]

Сущность динамического метода заключается в том, что через уплотненный слой сорбента, находящегося в колонке, непрерывно пропускается раствор насыщающего иона до установления сорбционного равновесия между исходным раствором и сорбентом. По мере пропускания раствора через колонку в ней образуется сорбционный фронт, т. е. в верхней ее части наступает полное насыщение сорбента, затем фронт адсорбции передвигается вниз по колонке. С момента сформирования насыщенного слоя динамика сорбции происходит при режиме параллельного переноса фронта сорбции. Когда фронт достигает конца колонки, наступает проскок насыщающего иона в фильтрат. Дальнейшее пропускание исходного раствора приводит к тому, что по всей толщине сорбента достигается полное насыщение, т. е. наступает равновесие. С этого времени концентрация фильтрата становится равной концентрации исходного раствора. [c.24]

Одним из наиболее распространенных методов хроматографического разделения смесей веществ является ионообменная хроматография. Здесь мы переходим к рассмотрению хроматографических методов с точки зрения физических явлений, лежащих в основе хроматографии. Ранее уже было показано, что законы движения зон веществ зависят от равновесных законов, связывающих концентрации вещества в подвижной фазе и на неподвижном материале, а также от скорости установления равновесия, и что изотермы молекулярной адсорбции, ионного обмена и равновесия жидкость—газ и жидкость—жидкость в ряде случаев совпадают, в связи с чем законы хроматографической динамики рассматривались в общем виде для всех видов физических явлений. Ввиду этого в разделах ионообменная и адсорбционная хроматография необходимо рассмотреть лишь особенности применяемых сорбирующих материалов. [c.119]

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]

Таким образом, в результате работ советских ученых в области адсорбционных процессов созданы передовые современные теории адсорбции общая теория динамики сорбции смеси парообразных веществ теория объемного заполнения микропор, позволяющая вычислять основные параметры сорбционного равновесия теория локализованной адсорбции на адсорбентах с учетом взаимодействия между адсорбированными молекулами и др. [c.279]

Книга включает две части. В первой части адсорбционный процесс рассмотрен как комплекс равновесных и кинетических закономерностей адсорбционно-десорб-ционного цикла и вспомогательных стадий. Здесь освещены вопросы теории равновесия при адсорбции индивидуальных компонентов промышленных газов и их смесей, кинетики и динамики прямого (адсорбция) и обратного (десорбция) процессов, изложены закономерности адсорбции под высоким давлением и в жидкой среде. Вторая часть посвящена технологии и аппаратурному оформлению, а также технико-экономическим показателям современных адсорбционных процессов очистки, осушки, разделения газов, паров и жидкостей, в том числе в движущемся слое адсорбента. Большое внимание уделено процессам, позволяющим обезвредить промышленные выбросы, рекуперировать из них ценные продукты и решить проблему защиты биосферы. В дополнительном разделе рассмотрены примеры применения адсорбентов для снижения загрязнения атмосферы и гидросферы токсичными веществамн. Рассмотрены новые каталитические процессы на основе промышленных адсорбентов. [c.10]

Необходимо подчеркнуть, что высокая эффективность адсорбционных методов очистки сточных вод была достигнута только в тех случаях, когда технология разработана на базе теории адсорбции и подкреплена правильно поставленными исследова-. ниями равновесия, кинетики и динамики адсорбции компонентов раствора. При таких исследованиях нужно учитывать условия существования молекул извлекаемых веществ в водном растворе, т. е. степень ионизации, ассоциацию, присутствие других соединений в реальной многокомпонентной системе. Пренебрежение же основами теории адсорбции растворенных веществ или некритическое применение представлений адсорбции газов и паров к адсорбции растворенных веществ — наиболее распространенная причина неудачных попыток решения экологических задач при помощи адсорбционных процессов. [c.6]

В реальной динамике адсорбции растворенного эещества из потока неадсорбируемой жидкости ситуация усложняется тем, что скоростью достижения адсорбционного равновесия, т. е. кинетикой адсорбции, пренебрегать нельзя. При выпуклой изотерме адсорб ции учет кинетики массопереноса приводит к формуле, описывающей скорость перемещения стационарного фронта адсорбции вдоль слоя адсорбента [c.223]

Равновесие и динамика адсорбции сероуглерода на активированном угле марки Суперсорб , а также возможность применения в данном случае потенциальной теории адсорбции изучены в работе . Исследована роль внешней и внутренней диффузии в процессе адсорб- [c.255]

Следующая за первой порция раствора поступает не в свободный слой, а в слой зерен, уже поглотивших некоторое количество вещества. Вследствие этого скорость адсорбции дополнительного количества вещества оказывается меньше, чем скорость адсорбции на таком же участке свободного адсорбента, и полное поглощение растворенного вещества из этой порции раствора заканчивается дальше, чем при поглощении вещества из первой порции. Адсорбция из новой порции раствора заканчивается на еще большем расстоянии от начала слоя. Через некоторое время начальный участок слоя насыщается до равновесия с концентрацией входящего раствора и, естественно, больше в процессе адсорбции не участвует. Через этот начальный участок адсорбента раствор будет, очевидно, профильтровываться без изменения концентрации. Так заканчивается первая стадия динамики адсорбции ГмнвпьИ вещества из потока раствора [c.204]

Работы по получению особо чистых адсорбентов [1—3], а также использование метода радиоактивных индикаторов [4, 5], отличающегося высокой чувствительностью и точностью, позволили выявить как общие закономерности равновесия и динамики адсорбции в области микроконцептраций, так и исследовать процессы очистки ряда хлоридов III—V грунн с целью выбора адсорбентов, а также определения эффективности и параметров процесса. Во всех изученных нами случаях адсорбции (более 100 изотерм) в области концентраций менее 10 —10 вес.% соблюдается линейность изотерм (область Генри) а = Кс. [c.249]

Современные сорбционные процессы, характеризующиеся высокой интенсивностью, представляют собой, как правило, разделение или очистку смеси компонентов или выделение целевых компонентов из смеси с другими веществами. Основой для исследования и расчета сорбционных процессов являются закономерности динамики адсорбции, опирающиеся на представления об адсорбционном равновесии, кинетике и массоэнергопереносе (1, с. 26—40]. В настоящее время эти представления наиболее полно развиты для асимптотической стадии адсорбции отдельных компонентов. При переходе от динамики адсорбции одного компонента к динамике адсорбции смесей не только сохраняются все трудности и иерешенные вопросы, но и резко возрастает число переменных, что делает трудноосуществимыми экспериментальные исследования даже бинарных смесей. В связи с этим возникла необходимость в алгоритмизации процессов сорбционного разделения смесей веществ. [c.206]

Экспериментальная проверка показала, что у образцов пластизо-лей, полученных с учетом состояния термодинамического равновесия, наблюдается меньший рост вязкости при хранении, чем у образцов, изготовленных по традиционной технологии. Следует отметить, что разница в поведении образцов уменьшается при увеличении интенсивности (скорости сдвига и продолжительности) смешения ингредиентов. Вероятно, напряжение сдвига при интенсивном перемешивании уже в процессе смещения пластизоля способствует термодинамически выгодному распределению жидких компонентов по поверхности твердых. Таким образом, установлена связь между динамикой старения пластизолей и перестройкой граничных слоев на поверхности твердых компонентов, обусловленной избирательной адсорбцией их поверхности. [c.264]

Один из наиболее эффективных и универсальных методов очистки и разделения газовых и жидких сред — адсорбционный метод, связанный с механизмом физико-химического взаимодействия адсорбента и адсорбата. Однако успешное внедрение его в промышленность зависит, в частности, от эффективности эксплуатируемых и проектируемых адсорбционных установок, совершенствования действующих процессов, инженерных методов расчета равновесия систем адсорбент — адсорбат, кинетики в отдельном зерне адсорбента и динамики макрослоя адсорбентов, конструктивных решений и методов оптимизации циклических адсорбционных процессов. Основными особенностями циклических адсорбционных процессов являются их многостадий-ность (стадии адсорбции и десорбции целевых компонентов, стадии сушки и охлаждения, адсорбентов, т. е. стадии, взаимно влияющие одна на другую), разнообразие типов технологических схем, различие энергозатрат для проведения стадий процесса. Вследствие этого важным звеном разработки циклических адсорбционных процессов как на этапе проектирования, так и на этапе промышленной эксплуатации служит выбор оптимальных вариантов аппаратурного оформления процессов, режимов проведения различных стадий процесса для конкретных условий применения. Выполнение указанных задач полностью определяет технико-экономические оценки выбираемых вариантов. [c.4]

В работе [4] приведены результаты исследования динамики десорбции гидрофильных растворителей (этанол, пропанол, бута-Бол, ацетон, метилэтилкетон) из угля АР-3 водяным паром при температуре 102—110°С и скорости потока 0,1 м/с, причем растворители существенно различаются по сорбируемости. Установлено, что процесс десорбции растворителей сопровождается логлощением водяного пара, предельные величины адсорбции которого определяются изобарой (рис. 2.20,/). Одновременно была определена кинетика поглощения водяного пара активным углем (рис. 2.20,//). Можно видеть, что при t= 130 °С и выше равновесие устанавливается уже через 4—5 мин, и величиной адсорбции водяного пара (<0,02 г/г угля) можно пренебречь. В этом случае процесс десорбции водяным паром практически не отличается от десорбции несорбирующимися (малосорби-рующимися) газами (например, N2). [c.90]

Сложность оптимизации промышленного процесса рекуперации заключается в необходимости учитывать все факторы, влияющие на оптимальный вариант <гехнологического цикла в целом. Если для расчета основных стадий адсорбции и десорбции, можно использовать зависимости, учитывающие многочисленные и разнообразные аспекты — равновесие, кинетику, динамику и т. д. этих явлений, то для расчета экономической эффективности цикла в целом этого недостаточно. Необходимо связать все затраты, связанные с проведением процесса рекуперации, воедино с учетом как основных, так и вспомогательных фаз сушки, охлаждения, разделения (конденсации) и т. п. [c.173]

Адсорбционные процессы разпосторонни. Уже при расчете и выборе технологии основной стадии (адсорбции) инженеру необходимо учитывать многочисленные и разнообразные аспекты (равновесие, кинетика, динамика, гидравлика п т. д.). Еще сложнее создать оптимальный вариант технологического цикла в целом. [c.9]

Из данного уравнения вытекает требование соблюдения 1Дсорб-ционного равновесия и отсутствия продольной днффузнн, т. е. наличия отвесного фронта нри фронтальном ана.лнзе. Однако строгое соблюдение этих условий практически пе осуществимо, что ограничивает точность определепия изотерм адсорбции фронтальным методом. Возникает задача модификации этого метода, которая позволила бы получать изотермы адсорбции ири наличии раз.мываю-щих факторов. Для этого на выходной кривой фронтального анализа нужно пайтн точку, которая передвигалась бы по слою адсорбента со скоростью, выражаемой уравнением (I. 4). Как показывает теория динамики сорбции, такой точкой является та, в которой концентрация равна половине исходной [c.219]

Другой подход к анализу процессов, протекаюш,их в условиях линейной неидеальной хроматографии, был развит еще в первых работах нобелевских лауреатов Мартина и Синджа [71], предложивших в 1941 г. тарелочную теорию жидкостной распределительной хроматографии, распространенную затем на газо-жидкостную хроматографию Джеймсом и Мартином [72]. При этом слой неподвижной фазы рассматривается как совокупность последовательно соединенных элементарных ступеней ( тарелок ),на каждой из которых устанавливается межфазовое равновесие. Хотя теория тарелок и объясняет, почему профиль хроматографической зоны в случае линейной изотермы распределения для достаточно больших времен элюирования приближается к форме гауссовской кривой, однако она не позволяет непосредственно связать размывание с параметрами хроматографического опыта. Дальнейшее свое развитие тарелочная теория получила за рубежом в работах Майера [73], Глюкауфа [74—75] и Винка [76] и в исследованиях советских авторов [77—80], однако, вследствие указанного выше формального характера, она все больше уступает свои позиции теории скоростей , существенный вклад в которую сделан Жуховицким с сотрудниками [81—83] и Томасом [84], изучавшими процесс динамики сорбции вещества слоем зерпеного материала из потока инертного газа. В работе [82] приведено полное решение для процесса, лимитируемого внешнедиффузиоиной кинетикой при линейной изотерме адсорбции. Для изотермы Лэнгмюра задачу удалось решить только численно [67]. Отметим, что внутридиффузионные задачи в динамике сорбции еще в середине и конце тридцатых годов исследовались Викке [85] и Дам-коллером [86], причем было показано, что предложенный механизм хорошо описывает опыты при низких давлениях, при повышенном же давлении процесс, видимо, начинает контролироваться внешней диффузией. [c.88]

При изложении вопросов динамики ионного обмена примем, что адсорбционное равновесие между раствором и адсорбентом устанавливается практически моментально. Это значит, что нри просасывании раствора в любом, в том числе и как угодно малом, слое колонки время установления адсорбционного равновесия меньше, чем время нахождения в этом объеме поступившего раствора. Поэтому уравнения скорости адсорбции и скорости диффузии сорбируемого вещества внутрь зерен сорбента можно не рассматривать и опустить. Следствием принятого допущения является независимость адсорбционного распределения по длине колонки от скорости фильтрации. Допущение несправедливо лишь при очень большой скорости фильтрации. [c.72]

Покажем, что при решении задачи динамики равновесной сорбции (хроматографии) послойным методом [1—3] может быть учтена либо внешнедиффузионная кинетика сорбции, либо кинетика, обусловленная потоком, при соответствующем выборе величины элементарного слоя Ах. Рассматривая динамику равнонесной сорбции (хроматографии) послойным методом, мы моделируем процесс как перенос.вещества из (1 — 1)-го слоя колонки в г-й слой без адсорбции плюс равновесная адсорбция в -м слое без переноса. Таким образом учитывается дискретность поглощающей среды сорбента. Считается, что равновесие в каждом слое устанавливается мгновенно тогда скорость внешней диффузии намного больше скорости подвода адсорбируемого вещества потоком, а — время, необходимое для того, чтобы вещество, равновесное с (г — 1) слоем сорбента, было перенесено к слою г 1 == 1, 2,. . . ). Следовательно, условие (9) выражает тот факт, что скорость доставки адсорбируемого вещества от одного сорбирующего слоя к другому конечна и равна скорости потока. Легко видеть, что для учета кинетики, обусловленной потоком, необходимо выбрать величину слоя, равную усредненному по потоку расстоянию между двумя соседними зернами сорбента плюс усредненное значение толщины зерна сорбента. Для колонки, упакованной шарообразными зернами радиуса г о, как показывают вычисления, [c.14]