منزل، تصميم، إصلاح، ديكور. الفناء والحديقة. افعلها بنفسك

محاضرة رقم 20.

الامتزازيسمونه امتصاص الغازات والأبخرة والسوائل مع أجسام مسامية قوية، وارتداء اسم الممثلين؛ يسمى المادة الممتازة في الغاز أو السائل الممتزاتوبعد انتقالها إلى مرحلة ADSorbent - adsorbat.وبعد يحتوي Adsorbents المستخدمة في الممارسة على سطح داخلي متطور للغاية (ما يصل إلى 1000 م 2 / ز) تشكلته معالجة خاصة أو توليف المواد الصلبة.

تختلف آلية عملية الامتزاز عن آلية الامتصاص، حيث يتم تنفيذ استخراج المادة قوية، وليس امتصاص سائل.

ينقسم الامتزاز إلى نوعين: المادية والكيميائية. الامتزاز الجسدي في الأساس بسبب قوات Venderwaller السطحية، التي تتجلى على المسافات التي تتجاوز بشكل كبير أبعاد الجزيئات الممتصة، فإن عدة طبقات من جزيئات Adsorbate تعقد عادة على سطح الممتزات. ل الامتزاز الكيميائي تدخل المواد الممتصة بالتفاعل الكيميائي مع ADSorbent لتشكيل المركبات الكيميائية التقليدية على سطحها.

تحدث قوات الجذب على سطح الممتزات بسبب حقيقة أن مجال الطاقة من ذرات السطح والجزيئات غير متوازنة من خلال تفاعل الجزيئات المجاورة. وفقا للطبيعة المادية لقوة التفاعل من جزيئات الجزيئات الممتصة والمملة تتعلق بشكل رئيسي بالتشتت الناشئة بسبب حركة الإلكترونات في الجزيئات المعاكسة. في بعض حالات الامتزاز، تكون القوى الإلكتروستاتيكية والتعريفي ذات أهمية كبيرة، وكذلك روابط الهيدروجين.

تعبئة امتصار سطح المغمس يوازن جزئيا القوى السطحية ونتيجة لذلك يقلل من التوتر السطحي (الطاقة السطحية المجانية المحددة). لذلك، فإن الامتزاز هو عملية عفوية، والتدفق الذي يرافقه انخفاض في الطاقة الحرة وإنتروب النظام.

عمليات الامتزاز انتقائية وقابلة للعكس. العملية، والامتصاص العكسي، يسمى الفاصلةتستخدم لعزل المواد الممتصة وتجديد الممتزات.

يستخدم الامتزاز الأكثر عقلانية لمعالجة الخلائط مع تركيز منخفض من المواد التي تمت إزالتها. في هذه الحالة، مدة جهاز امتصاص - adsorber. - في مرحلة الامتزاز نفسها قبل التبديل إلى الفاصلة.

الأمثلة النموذجية للامتصاص هي تجفيف الغازات والسوائل، وفصل مخاليط الهيدروكربونات، واستعادة المذيبات، وتنظيف انبعاثات التهوية و مياه الصرف الصحي إلخ. في الآونة الأخيرة، زادت قيمة الامتزاز بشكل كبير، خاصة فيما يتعلق بحل المشاكل البيئية ومشاكل الحصول على مواد نظيفة خاصة.

8.1. الدقة الصناعية الرئيسية وخصائصها

الداءات الصناعية الرئيسية هي أجسام مسامية مع كمية كبيرة من الأجهزة الغذائية. يتم تحديد خصائص Adsorbents بطبيعة المواد التي يصنعون منها والهيكل الداخلي المسامي.

في Adsorbents الصناعية، يتم مسح الكمية الرئيسية للمادة الممتصة على جدران micropores ( رديئة < 10–9 м). Роль переходных пор (10–9 < رديئة < 10–7 м) и макропор (رديئة\u003e 10-7 م) يقلل أساسا من نقل المادة الممتصة إلى الدماغ الدقيقة.

تتميز Adsorbents بمفردها امتصاص، أو الامتزاز, قدرةتحددها أقصى تركيز ممكن من الامتزاز في وحدة كتلة أو حجم ADSorbent. تعتمد حجم قدرة الامتصاص على نوع الممتزات، وهيكلها المسامي، طبيعة المادة الممتصة، تركيزها، درجة الحرارة، والغازات والأبخرة - من ضغطها الجزئي. الحد الأقصى الممكن بموجب هذه الظروف، يتم استدعاء قدرة الامتصاص في ADSorbent تقليدي توازن النشاط.

بواسطة التركيب الكيميائي يمكن تقسيم جميع الممتزات إلى كربون و غير عاملوبعد تشمل الممتزات الكربون نشيط (تنشيط) الفحم، مواد ليفية الكربون، وكذلك بعض الأنواع الوقود الصلبوبعد تشمل الممتزات المتجددة المواد الهلامية السيليكا، أكسيد الألومنيوم النشط، ألوما، الزيوليت، الصخور الطينية.

عادة ما تستخدم الفحم النشط الذي يتكون من مجموعة من الأجهزة الدقيقة الجرافيتية الترتيب عشوائيا لامتصاص المواد العضوية في تنقية وفصل السوائل والغازات (الأبخرة). يتم الحصول على هذه الممتزات من خلال تقطير جاف لعدد من المواد التي تحتوي على الكربون (الخشب، الفحم، عظام الحيوانات، عظام الفاكهة، إلخ) من أجل إزالة المتقلب. بعد ذلك، يتم تنشيط الفحم، على سبيل المثال، احتجاجه عند درجة حرارة 850-900 درجة مئوية، مما يؤدي إلى إطلاق مسام من مواد راتندية وتشكيل micropores جديدة. يتم التنشيط أيضا عن طريق استخراج الراتنجات من المسام بواسطة المذيبات العضوية، أو الأوكسجين من الأكسجين الهواء، إلخ. يتم الحصول على المزيد من هيكل الفحم متجانس عند تنشيطها الأساليب الكيميائية: عن طريق علاج المذيبات الساخنة للأملاح (على سبيل المثال، الكبريتات، النترات، إلخ) أو الأحماض المعدنية (الكبريت، النيتريك، إلخ).

إن مساحة السطح المحددة للفحم النشط مرتفعة للغاية وتكون 6 × 105-17 × 105 م 2 / كجم، وكثافتها السائبة هي 200-900 كجم / م 3. يتم استخدام الفحم النشط كجزيئات شكل غير منتظم من 1-7 مم، أسطوانات ذات قطرها 2-3 مم وارتفاع 4-6 ملم ومسحوقا بحجم جسيم يبلغ أقل من 0.15 ملم. يتم استخدام النوع الأخير من الفحم النشط لفصل الحلول.

تتضمن العيوب الرئيسية للفحم النشط قابلية القابلية وقوتها الميكانيكية المنخفضة.

هلام السيليكا هلام حمض سليكي مجفف () - يستخدم لامتصاص المركبات القطبية. يتم استخدامه في عمليات الغازات والسوائل، مع فصل المواد العضوية في مرحلة الغاز وفي اللوني. يتم الحصول على جل السيليكا عن طريق العلاج مع سيليكات الصوديوم (الزجاج القابل للذوبان) من حمض الكبريتيك (كلوريد في بعض الأحيان) أو أملاح وجود رد فعل حامض. تم غسل الجل الناتج بالماء والتجفيف إلى الرطوبة في نهاية المطاف من 5 إلى 7٪، لأن مع هذه الجلوس هلام السيليكا لديه أكبر قدر من القدرة على الامتصاص. مساحة السطح المحددة من هلام السيليكا هي 4 × 105-7.7 × 105 م 2 / كجم، وكثافة كبيرة - 400-800 كجم / م 3. تختلف حجم جزيئات الشكل الخطأ في مجموعة واسعة إلى حد ما - من 0.2 إلى 7 ملم.

تشمل مزايا المواد الهلامية السيليكا قوتها غير الاحترافية وأكبر قوة ميكانيكية أكثر من الفحم النشط. إن عيب المواد الهلامية السيليكا مقارنة بالفحم النشط، بالإضافة إلى سطحها المحدد أقل، انخفاض حاد في قدرة الاستيعاب فيما يتعلق بمعايير المواد العضوية بحضور الرطوبة.

تحت خصائص الامتصاص على هلام السيليكا، مجاورة عن كثب alumogeli.تم الحصول عليها عن طريق العلاج الحراري لهيدروكسيد الألومنيوم في درجات حرارة 600-1000 درجة مئوية تتميز المسام التي تم الحصول عليها (92٪) قطرها 1-3 نانومتر، السطح المحدد هو 2 × 10 5 -4 × 10 5 م 2 / كجم؛ الكثافة السائبة مثل هذا السعة 1600. alumino تستخدم لغازات التجفيف، التنظيف محاليل مائية وتستخدم الزيوت المعدنية كمحفزات وناقلاتهم.

تعد Zeolites من المعادن الطبيعية أو الاصطناعية الألومنات المائية التي تحتوي على أكاسيد معدنية قلوية وقلوية. تتميز هذه الممتزات بنية المسام العادية، وهي أبعادها بما يتناسب مع أبعاد الجزيئات الممتصة. تتمثل سمة Zeolites في أن أسطح الامتزاز مترابطة بواسطة نوافذ قطر معين من خلالها فقط جزيئات أصغر فقط يمكن أن تخترق. يعتمد هذا على فصل الخلائط ذات الحجم المختلفة من قبل الجزيئات، والتي كانت سبب استدعاء الزيوليت سيتا الجزيئية.

لفصل مخاليط الغاز، يتم استخدام الزيوليت في شكل كرات أو حبيبات بحجم من 1 إلى 5 ملم، وفصل الخلائط السائلة - كمسحوق غرامة.

تستخدم الزيوليت واسعة بشكل خاص للتجفيف العميق من الغازات والسوائل، في تنقية وانفصال الخليط من المواد ذات الوزن الجزيئي الوثني وثيق، وكذلك المحفزات وناقلاتهم.

بالنسبة لتنقية السوائل من الشوائب المختلفة، يتم استخدام صخور الطين الطبيعية كأربطة. يتم التعامل مع هذه الطين بأحضام الكبريتية أو الهيدروكلوريك والحصول على ممتد بقيمة أخرى للطلب (1.0 1.5) · 10 5 م 2 / كجم. أيضا، يمكن تطبيق بعض أنواع الخث لتنظيف السوائل.

لاحظ أن Adsorbents لا تزال تتميز بنشاط ثابت وديناميكي. تحت النشاط الثابت فهم كمية المادة الممتصة بواسطة وحدة الكتلة أو حجم الممتزات من بداية الامتزاز قبل إنشاء توازن. يتم تحديد هذا النوع من النشاط في الظروف الثابتة، أي دون حركة خليط الغازات أو الهاون. عندما يتحرك الخليط من خلال طبقة من Amporbent في فترة زمنية معينة، يتوقف Adsorbent عن امتصاص المكون القابل للاسترداد تماما، ويحدث "Spock" لهذا المكون، متبوعا بزيادة في تركيز المكون الخليط يتدفق من الطبقة حتى توازن. مقدار المادة الممتصة بواسطة وحدة الكتلة أو حجم Adsorbent قبل بدء تشغيل SLIPPURY النشاط الحيوي الممتزات. النشاط الديناميكي أقل ثابتة دائما، لذلك يتم تحديد كمية الممتزات من خلال نشاطها الديناميكي.

توازن في الامتزاز

يمكن تمثيل تركيز التوازن (KG / KG من الممتزات النقية) من المادة الممتصة في ADSorbent كدالة تركيز من عند ودرجة الحرارة T.:

أو في شكل وظيفة الضغط الجزئي رديئة ودرجة الحرارة T. في حالة الغازات الامتزاز:

أين من عند - تركيز الامتزاز في المرحلة السائبة، كجم / م 3؛ رديئة - الضغط الجزئي الامتزاز في المرحلة السائبة، السلطة الفلسطينية.

بين التركيز مضمون كثف في خليط الغاز وضغطه الجزئي رديئةوفقا لمعادلة KlapaRone، هناك التناسب المباشر:

أين رديئة - ثابت الغاز، J / (كجم · ك).

يتم استدعاء الاعتماد أو في درجة حرارة ثابتة الامتزاز isotherm.

يصور Isothermms الامتزاز بواسطة المنحنيات، وهو شكل ما يتم تحديده بشكل رئيسي بطبيعة ADSORBATE والمملة والهيكل المسامي الخاص به. من بين مجموعة متنوعة من النماذج، يجب عزل Isotherm لتحليل عمليات الامتزاز بواسطة محدب ومقعر (الشكل 8.1). من المهم أن نلاحظ أن المواقع الأولية متخصصة الخطية.

يتم وصف اعتزاز التوازن من قبل عدد من المعادلات التجريبية والنظريية. وكان الأكثر إثارة لوصف مواد التوازن في عمليات الامتزاز هي نظرية ملء المسام الحجمي، والتي كانت تطور النظرية المحتملة الامتزاز.

تحت امتصاص الإمكانات لكن فهم العمل الذي أجرته قوى الامتزاز عند نقل صلاة واحدة من امتصاص مرحلة غاز التوازن مع الضغط رديئة على سطح فيلم الامتزاز، فإن الضغط الذي يتم فيه الاستيلاء على ضغط الزوج المشبع من الامتزاز ملاحظة. مع النظر في T..

تين. 8.1. محدب ومقعر الامتزاز المتساوي

يتم التعبير عن إمكانات الامتزاز عن طريق النسبة

(8.2)

في عملية الامتزاز، حجم micropores الخامس.تم ملؤها N مع ADSorbate، وحجم حجمها يمكن حسابها من خلال قيمة امتصاص التوازن:

(8.3)

أين م. - الوزن الجزيئي للمصادفة؛ الخامس. - حجم المولار من ADSorbate.

وقد ثبت أنه لمواد مختلفة كثف على الممتزات، نسبة إمكانات الامتزاز في نفس القيم الخامس.ع المساواة باستمرار معامل التقارب ب، تمثيل نسبة وحدات التخزين المولية في حالة سائلة، أو مظافير، من هذا النوع القياسي، تم العثور على قيمةها في الدليل.

لعدد من الثغرات الدقيقة، فإن توزيع مختلف الأقسام المملوءة من أحجام الامتزاز له نوع توزيع غاوس:

(8.4)

أين د0 - مجموع الرائعة هيا - المعلمة وظيفة التوزيع.

مع قرار مشترك من المعادلات (8.2) و (8.3)، مع مراعاة معامل التقارب، تم الحصول على المعادلة التي تم الحصول عليها وصف مزايا الامتزاز للحصول على امتصاصات مغرية مع هيكل مسامية متجانسة (Zeolites الاصطناعية):

بالنسبة إلى الممتصات مع الهياكل الدقيقة المعقدة (لوحات الهلامات الغذائية السيليكا، الفحم النشط)

(8.6)

حيث - الثوابت التي تميز ADSorbent؛ T. - درجة الحرارة.

جنبا إلى جنب مع نسب بناء على نظرية ملء المسام المعياري، يتم استخدام عدد من المعادلات الأخرى لوصف توازن الامتزاز، من بينها معادلة LANGMUR معروفة بشكل جيد.

igel.

تشكل الجزيئات الموجودة على سطح كل مرحلة مرحلة سطحي خاصة، والتي تختلف خصائصها بشكل كبير من خصائص مناطق المرحلة الداخلية. يتفاعل الجزيئات على السطح مع جزيئات متجانسة ومع جزيئات نوع آخر (الشكل 6.1).

تين. 6.1. طبقة سطح من مادة في حالة مكثفة

النتيجة لهذه الظاهرة هي أن متوسط \u200b\u200bطاقة جسيمات GS الواقعة على سطح فصل الطور يختلف عن متوسط \u200b\u200bطاقة نفس الجسيمات في حجم مرحلة GV. خاصية مهمة لمرحلة السطح هي الطاقة السطحية GS - الفرق في متوسط \u200b\u200bطاقة الجسيمات الموجودة على السطح، والجزيئات في حجم المرحلة مضروبة في عدد الجزيئات على السطح N:

g s \u003d n (g s-g-v)
تحت الطاقة السطحية من المعلوم بأنها طاقة من Gibbs (GS) - تشكيل السطح. إنه يساوي نتاج الطاقة السطحية المحددة σ على مساحة السطح في المرحلة S:

الطاقة السطحية المحددة (J / M 2) تساوي العمل المطلوب لتكوين وحدة من مساحة السطح الحرة. يتم تحديد طاقة سطح محددة حسب طبيعة مادة. كلما ارتفعت طاقة التفاعل بين جزيئات المادة، كلما ارتفعت الطاقة السطحية المحددة. مع زيادة درجة الحرارة، تنخفض الطاقة السطحية المحددة. بالقرب من درجة الحرارة الحرجة، والتوتر السطحي صفر.

يتم تطبيق طاقة سطح المصطلح على حدود قسم الغاز - صلب. لحدود قسم المرحلة المكثفة (السائل - السائل والسائل - الصلبة)، يتم استخدام مصطلح الطاقة interfacial. بالنسبة إلى حد تقسيم المرحلة، يستخدم الغاز السائل (أزواج) عادة مصطلح طاقة سطحي محددة، تسمى التوتر السطحي.

التوتر السطحي σ. - أهم الخصائص الديناميكية الحرارية لسطح فصل الطور، المعرفة بأنها تشغيل تكوين متساوي الحرارة عكسها لوحدة مساحة هذا السطح. في حالة السطح السائل للقسم، يتم اعتبار التوتر السطحي للنظام بشكل قانوني لأن العمل المطلوب لزيادة الخطوط العريضة لطول السطح الفضفاض:

حيث δL هو زيادة في طول حلقة السطح فضفاضة، م؛

σ - التوتر السطحي، ن / م.

نظرا للتوتر السطحي، فإن السائل في غياب تأثيرات الطاقة الخارجية يأخذ شكل الكرة المقابلة للحد الأدنى للقيمة السطحية، وبالتالي، فإن أصغر قيمة للطاقة السطحية المجانية. واحدة من طرق خفض الطاقة السطحية الحر هي الامتداد.

امتصاص (من LAT. سوربيو - امتصاص) - امتصاص الجسم الصلب أو المادة السائلة من البيئة. يسمى الهيئة الممتصة بولاية امتصاصها من قبل المواد - سوربات (أو سوربيفو). التمييز بين امتصاص المادة مع كتلة كاملة من السائل - هذا امتصاص؛ الطبقة السطحية الصلبة أو السائلة الامتزاز.

امتصاص - امتصاص المواد من خليط الغاز مع السوائل. في التقنية، يستخدم الامتصاص عادة أي مكون من خليط الغاز. الامتصاص يحسن الضغط وانخفاض درجة الحرارة.

امتزاز هو عملية تركيز المادة من حجم المراحل على حدود قسمهم.

Adsorbent هو مادة قادرة على امتصاص مادة أخرى. الامتزاز هو مادة يمكنها امتصاص. ADSORBAT - مادة كثف.