Организационно-правовые основы промышленной экологии. Пылеосадительные камеры. Адсорбционная очистка газов. Водообеспечение и очистка сточных вод, страница 18

-  поверхности с чисто химической адсорбцией: катализаторы.

Классификация веществ в зависимости от легкости сорбируемости:

-  высокая: до 50 % масс. (поглощение бензола на акт. угле)

-  удовлетворительная: 10 ¸ 25 % масс.

-  слабая: 3 ¸ 10 % масс.

-  низкая:  < 1 % масс.

Характеристики сорбента:

-  твердость

-  механическая прочность

-  многократность использования

-  простота регенерации

-  склонность к слеживанию

Количество вещества, адсорбированного единицей массопоглотителя, зависит от температуры и концентрации поглощаемого вещества для           каждого типа адсорбента:

х = f(; T).

х = f(Y) при Т = const

Зависимость количества поглощённого вещества от количества поглощаемого вещества при постоянной температуре называется изотермой.

Изотермы определяются только опытным путём.

Вид изотермы зависит от:

-  удельной поверхности

-  объёма пор

-  их распределения по размерам

-  свойств поглощаемого вещества

-  температуры процесса.

Адсорбция всегда сопровождается понижением давления поглощаемого вещества над поглотителем и выделением тепла.

По принципу Ле-Шателье повышение температуры процесса и понижение давления не способствует процессу адсорбции.

1 – выгнутая

2 – линейная

3 – выгнутая (десорбция)

Уравнение Генри:

a = k × P  (прямая)                         при малых значениях Р.

Уравнение Фрейндлиха: (1906 г)

a = k × Pⁿ

k, n – const, характеризующие процесс адсорбции.

ограниченный характер уравнения.

Уравнение Лэнгмюра:

.

Поверхность адсорбента представляет собой набор энергетически одинаковых активных центров, на которых и локализуются молекулы улавливаемого вещества. На первом активном центре может локализоваться 1 молекула улавливаемого вещества. Взаимодействием между уловленными молекулами пренебрегают.

Уравнение Лэнгмюра – уравнение мономолекулярной адсорбции.

k∙Р  1 Þ a = k×P

k∙Р  1 Þ a = A

A – предельная степень насыщения адсорбента.

Теория полимолекулярной адсорбции:

Теория Эйлена и Поляни: при температуре ниже критической каждая молекула, адсорбированная в первом слое поглотителя  является центром для образования второго и третьего слоев и т.д. Вблизи поверхности адсорбента существует потенциальное адсорбированное силовое поле, убывающее с расстоянием. Заканчивается всё капиллярной конденсацией в слое адсорбента.

Уравнение Дубинина:

Дубинин предположил, что полимерная адсорбция существует только в макропорах; в мезопорах – объёмное поглощение; в микропорах – капиллярная конденсация.

Уравнение Дубинина – Радушкевича:

а – количество поглощенного вещества

W – суммарный объём пор сорбента

V – объём поглощаемого вещества

B – коэффициент, характеризующий природу адсорбента

T – температура процесса, °К

b - коэффициент аффинности – отношение молекулярных объёмов изучаемого и стандартного вещества (бензол)

P – парц. давление сорбируемого компонента

P_S – нас. давление сорбируемого компонента при температуре Т.

Адсорбция на поверхности поглотителя происходит в несколько стадий:

1.  Перенос молекул газа к внешней поверхности адсорбента (внешняя диффузия).

2.  Молекулы газа проникают в поры твёрдого вещества.

3.  Адсорбция молекул в определенной части поверхности пор .

4.  Диффузия адсорбированной молекулы внутрь зерна.

Удаление молекул с поверхности требует подвода тепла и испарение молекул. В случае с хемосорбцией одновременно могут быть удалены и некоторые атомы поглотителя, что ведет к изменению природы поверхности и уменьшению абсорбционных способностей.

Если бы скорость поглощения молекул поверхностью поглотителя была бесконечно большой, то адсорбция в последующих слоях поглотителя происходила бы после полного насыщения предыдущих  слоёв. Однако скорость массопередачи конечна и распределение поглощаемого вещества по высоте слоя происходит плавно с образованием так называемого фронта адсорбции.

Y – концентрация поглощаемого  вещества в газе (растворе)

l – длина неподвижного слоя  адсорбента