Mühazirə sayı 20.
Adsorbsiyaadsorbentlərin adını geyən qazların, buxarların və mayelərin udulmasına, mayelərin udulmasına çağırırlar; Qaz və ya mayedəki adsorbed maddə deyilir adsorbentvə adsorbent mərhələsinə keçdikdən sonra - adsorbat. Təcrübədə istifadə olunan adsorbentlər xüsusi emal və ya bərk materialların sintezi ilə yaranan yüksək inkişaf etmiş bir daxili səthə (1000 m 2 / g) var.
Adsorbsiya prosesinin mexanizmi udma mexanizmindən fərqlənir, çünki maddənin hasilatı bərk həyata keçirilir və maye udma deyil.
Adsorbsiya iki növə bölünür: fiziki və kimyəvi. Fiziki adsorbsiya Əsasən, adsorbed molekulların ölçülərini əhəmiyyətli dərəcədə aşan məsafələrdə əks etdirən yerüstü Venderwaller qüvvələri ilə əlaqədar olaraq adətən adsorbentin bir neçə təbəqəsi adətən adsorbentin səthində keçirilir. Üçün kimyəvi adsorbsiya Emcorbing maddə səthində adi kimyəvi birləşmələr yaratmaq üçün Adsorbent ilə kimyəvi qarşılıqlığa malikdir.
Attraksion qüvvələri, yerüstü atomların və molekulların elektrik sahəsinin qonşu hissəciklərin qarşılıqlı əlaqəsi ilə balanslı olmadığı üçün adsorbentin səthində baş verir. Embled maddənin molekullarının qarşılıqlı qüvvəsinin fiziki təbiətinə görə və adsorbent əsasən əks molekullarda elektronların hərəkəti səbəbindən yaranan dağıntılara aiddir. Bəzi hallarda adsorbsiya, elektrostatik və induksiya qüvvələri də böyük əhəmiyyət daşıyır, habelə hidrogen istiqrazları.
Adsorbent səthinin adsorbatının doldurulması yerüstü qüvvələri qismən tarazlaşdırır və nəticədə səth gərginliyini azaldır (pulsuz səth enerjisi). Buna görə də, adsorbsiya kortəbii bir prosesdir, axını sərbəst enerji və sistemin entropiyasının azalması ilə müşayiət olunur.
Adsorbsiyanın prosesləri seçici və geri çevrilə biləndir. Proses, əks adsorbsiya, adlanır desorbsiyaudulmuş maddələri və adsorbent bərpa üsullarını təcrid etmək üçün istifadə olunur.
Ən rasional adsorbsiya, maddələrin aşağı konsentrasiyası ilə qarışıqları emal etmək üçün istifadə olunur. Bu vəziyyətdə adsorbsiya aparatının müddəti - adsorber - Desorbsiyaya keçmədən əvvəl adsorbsiya mərhələsində.
Adsorbsiyonun tipik nümunələri qazların və mayelərin, karbohidrogen qarışıqlarının ayrılması, həlledicilərin bərpası, havalandırma tullantılarının təmizlənməsi və Çirkab suyu və s. Bu yaxınlarda, adsorbsiyanın dəyəri xüsusilə ekoloji problemlərin və xüsusilə təmiz maddələrin alınması problemlərinin həlli ilə əlaqədar əhəmiyyətli dərəcədə artmışdır.
8.1. Əsas sənaye adsorbentləri və onların xüsusiyyətləri
Əsas sənaye adsorbentləri çox miqdarda mikropor olan məsaməli orqanlardır. Adsorbentlərin xüsusiyyətləri, hazırlandıqları və məsaməli daxili quruluşun təbiəti ilə müəyyən edilir.
Sənaye adsorbentlərində, udulmuş maddənin əsas miqdarı mikroporların divarlarında sorulmuşdur ( r. < 10–9 м). Роль переходных пор (10–9 < r. < 10–7 м) и макропор (r.\u003e 10-7 m) əsasən adsorbed maddənin daşınmasını mikroporlara azaldır.
Adsorbents özləri ilə xarakterizə olunur uducu, və ya adsorbsiya, qabiliyyətadsorbsiyanın kütlə vahidi və ya adsorbentin həcmində maksimum mümkün konsentrasiyası ilə müəyyən edilir. Abcorbsiya potensialının miqyası adsorbent, məsaməli quruluşu, udulmuş maddənin təbiəti, konsentrasiyası, temperaturu və qazlar və buxarlar üçün - qismən təzyiqlərindən asılıdır. Bu şərtlərdə mümkün olan maksimum, adsorbentin udma qabiliyyəti şərti olaraq çağırılır tarazlıq fəaliyyəti.
Tərəfindən kimyəvi birləşmə Bütün adsorbentlər bölünə bilər karbon və işsiz. Karbon adsorbentləri daxildir fəal (aktivləşdirilmiş) kömürlər, karbon lifli materiallar, eləcə də bəzi növlər bərk yanacaq. Bərpa olunan adsorbentlərə silisium gelləri, aktiv alüminium oksidi, alumino, zeolitlər və gil qayaları daxildir.
Təsadüfi bir şəkildə düzülmüş qrafit mikrokristallarından ibarət olan aktiv kömürlər, ümumiyyətlə, maye və qazların (buxarların) təmizlənməsində üzvi maddələri udmaq üçün istifadə olunur. Bu adsorbentlər, dəyişkənliyi çıxarmaq üçün bir sıra karbon tərkibli maddələrin (ağac, kömür, heyvan sümükləri, meyvə sümükləri və s.) Quru distillə ilə əldə edilir. Bundan sonra kömür aktivləşdirilir, məsələn, onu 850-900 ° C temperaturunda kalsalaşdırın, bu da qatranlı maddələrin məsamələrinin sərbəst buraxılmasına və yeni mikroporların meydana gəlməsinə səbəb olur. Aktivləşdirmə həmçinin məsamələrdən, üzvi həlledicilərin, hava oksigeninin oksigenləşməsi və s. Tərəfindən hasilatı ilə aparılır. Daha çox homojen kömür quruluşu aktiv olduqda əldə edilir kimyəvi metodlar: Duzların isti həlledicilərini müalicə etməklə (məsələn, sulfatlar, nitratlar və s.) Və ya mineral turşuları (kükürd, nitrik və s.).
Aktiv kömürlərin xüsusi səthi sahəsi çox yüksəkdir və 6 × 105-17 × 105 m2 / kq, onların toplu sıxlığı 200-900 kq / m3-dir. Aktiv kömürlər 1-7 mm, diametri 2-3 mm olan silindrlər, 4-6 mm olan silindr və 0,15 mm-dən az olan bir hissə olan silindrlər və bir hissəcikdir. Aktiv kömürün son tipi həlləri ayırmaq üçün istifadə olunur.
Aktiv kömürün əsas çatışmazlıqları onların alovlılığı və aşağı mexaniki gücü daxildir.
Silisium gel, susuzlaşdırılmış bir siliq turşusu gel () - qütb birləşmələrinin adsorbissiyası üçün istifadə olunur. Qaz və mayelərin proseslərində, qaz fazasında və xromatoqrafiyada üzvi maddələrin ayrılması ilə istifadə olunur. Silisium gel, sulfat turşusu (bəzən xlorid) və ya turş reaksiya olan duzların natrium silikat (bəzən xlorid) və ya duzları ilə müalicə ilə əldə edilir. Yaranan gel su ilə yuyuldu və 5-7% -nin son rütubətinə quruduldu, çünki bu cür nəmlik Silisian Gelinin ən böyük adsorbsiya gücü var. Silisium gelinin xüsusi səthi sahəsi 4 × 105-7.7 × 105 m2 / kq, toplu sıxlıq - 400-800 kq / m3. Yanlış forma hissəciklərinin ölçüsü kifayət qədər geniş bir sıra - 0,2 ilə 7 mm-dən dəyişir.
Silisium jellərinin üstünlükləri, aktiv kömürdən daha çox yanmaz və daha çox mexaniki gücü daxildir. Aktiv kömürlərlə müqayisədə silisium gellərinin dezavantajı, aşağı xüsusi səthinə əlavə olaraq, nəmin iştirakı ilə üzvi maddələrin parametrlərinə münasibətdə udma qabiliyyətinin kəskin azalmasıdır.
Silisium gelinə sorpiya xüsusiyyətləri altında, yaxından qonşu alumogeli.Alüminium hidroksidinin istilik müalicəsi ilə alınan temperaturda 600-1000 ° C. Əldə edilən sorbentin məsamələri (92%) diametri 1-3 Nm olan, xüsusi səthin 2 × 10 5 5 -4 × 10 5 m 2 / kq; Belə bir sorbentin ən sıxlığı 1600. Alumino qurutma qazları, təmizlik üçün istifadə olunur sulu həllər və mineral yağlar katalizator və onların daşıyıcıları kimi istifadə olunur.
Zeolitlər qələvi və qələvi torpaq metal oksidləri olan sulu alüminoSilicates olan təbii və ya sintetik minerallardır. Bu adsorbentlər müntəzəm məsam quruluşu ilə fərqlənir, homsbed molekulların ölçüləri ilə uyğunlaşır. Zeolitlərin xarakteristikası, adsorbsiya səthlərinin yalnız kiçik molekulların nüfuz edə biləcəyi müəyyən diametrin pəncərələri tərəfindən bir-birinə bağlıdır. Bu, Molekullar tərəfindən müxtəlif ölçülü qarışıqların ayrılmasına əsaslanır, bu da Zeolitləri çağırmasının səbəbi idi molekulyar sita.
Qaz qarışıqlarının ayrılması üçün Zeolitlər 1 ilə 5 mm ölçülü top və ya qranullar şəklində istifadə olunur və maye qarışıqların ayrılması üçün - incə doğranmış toz kimi istifadə olunur.
Xüsusilə geniş zeolitlər qazların və mayelərin dərinləşməsi, təmizlənməsində və maddələrin qarışıqlarının qarışıqları, habelə katalizator və onların daşıyıcıları kimi istifadə olunur.
Müxtəlif çirklərdən mayelərin təmizlənməsi üçün, təbii gil süxurları adsorbent kimi istifadə olunur. Bu gillər kükürdlü və ya hidroklor turşuları ilə müalicə olunur və müəyyən bir sifariş dəyəri (1.0 × 1.5) · 10 5 m 2 / kq olan adsorbent əldə edilir. Ayrıca, mayeləri təmizləmək üçün bəzi torf növləri tətbiq edilə bilər.
Qeyd edək ki, adsorbentlər hələ də statik və dinamik fəaliyyətlə xarakterizə olunur. Alt statik fəaliyyət Tarazlıq qurmadan əvvəl adsorbsiyanın əvvəlindən kütlə vahidi və ya adsorbentin həcminin həcminin miqdarını anlayın. Bu cür fəaliyyət növü statik şəraitdə müəyyən edilir, I.E. Qaz və ya havan qarışığının hərəkəti olmadan. Qarışıq, adsorbentin müəyyən bir müddətdə bir qat keçirsə, adsorbent tamamilə bərpa edilə bilən komponenti tamamilə mənimsəməyi dayandırır və bu komponentin "spok" nın tərkibində olan "Spock" nın konsentrasiyasının artması nəticəsində baş verir Qatadan tarazana qədər axan qarışıq. Kütlə vahidi və ya sürüşmə başlamazdan əvvəl adsorbentin həcmi ilə udulmuş maddənin miqdarı deyilir dinamik fəaliyyət adsorbent. Dinamik fəaliyyət həmişə az statikdir, buna görə adsorbentin miqdarı dinamik fəaliyyəti ilə müəyyən edilir.
Adsorbsiyada tarazlıq
Adsorbentdəki udulmuş maddənin tarazlıq konsentrasiyası (kq / kq saf adsorbent) konsentrasiya funksiyası kimi təqdim edilə bilər dən və temperatur T.:
və ya qismən təzyiq funksiyası şəklində r və temperatur T. Qazların adsorbsiyasına görə:
harada dən - toplu mərhələdə adsorbsiyanın konsentrasiyası, kq / m3; r - Kulz mərhələsində adsorbsiyanın qismən təzyiqi, pa.
Konsentrasiya arasında 
qaz qarışığında və qismən təzyiqində adsorbed maddə rKlapairon tənliyinə görə birbaşa mütənasiblik var:
harada R. - Qaz sabit, j / (kq · k).
Asılılıq və ya daimi bir temperaturda deyilir adsorbsiya isotherm.
Adsorbsiya izoteraları, bu forması əsasən adsorbat və adsorbent və məsaməli quruluşun təbiəti ilə müəyyən edilmiş əyrilər tərəfindən təsvir edilmişdir. Formaların müxtəlifliyinin, adsorbsiyanın proseslərini təhlil etmək üçün izoterm konveks və konkav tərəfindən təcrid olunmalıdır (Şəkil 8.1). İlkin saytların aroterm xətti olduğunu qeyd etmək vacibdir.
Tarazlıq asılılığı bir sıra empirik və nəzəri tənliklər tərəfindən təsvir edilmişdir. Adsorbsiya proseslərinin tarazlığını təsvir etmək üçün ən məhsuldar olan, potensial adayının inkişafı olan məsamələrin həcmli doldurulması nəzəriyyəsi idi.
Adsorbsiya potensialı altında AMMA Təzyiq qaz fazasının adsorbsiyasının bir duasını təhvil verərkən, adsorbsiya qüvvələrinin həyata keçirdiyi işləri başa düş r Adsorbsiya filminin səthində, doymuş cüt adsorbsiyanın təzyiqinə bərabər olan təzyiq ps. Nəzərə alınmış T..
Əndazəli 8.1. Konveks və konkav adsorbsiya izoteraları
Adsorbsiya potensialı nisbəti ilə ifadə olunur
(8.2)
Adventbissiya prosesində, mikroporların həcmi V.n, Həcm Acilibriprium adsorbsiyasının dəyəri ilə hesablana biləcək Həcm:
(8.3)
harada M. - Adsorbate-nin molekulyar çəkisi; V. - Adsorbate molar həcmi.
Müxtəlif maddələrin bir adsorbent, adsorbsiya potensialının nisbəti eyni dəyərlərdə müəyyənləşdirilmişdir V.p daim bərabərdir yaxınlıq əmsalı B, maye bir vəziyyətdə maye vəziyyətində və ya bir paraşorun nisbətini təmsil edən bu və ya Dəyərdə olan qovluqda olanlar.
Bir sıra microporay adsorbentlər üçün adsorbsiya həcminin müxtəlif doldurulmuş bölmələrinin paylanması Gauss paylanması növünə malikdir:
(8.4)
harada W.0 - ümumi mikroporez; E. - Paylama funksiyası parametri.
Tənliklərin birgə qərarı (8.2) və (8.3), yaxınlıq əmsalı nəzərə alaraq, homoli məsaməli bir quruluş (sintetik zeolitlər) olan mikro korserbentlər üçün adsorbsiya izotermlərini təsvir edən bir tənlik əldə edildi:
Mürəkkəb mikroporlu quruluşlar olan adsorbentlər üçün (mikroporay silikon gellər, aktiv kömürlər)
(8.6)
harada - Adsorbent'i xarakterizə edən sabitlər; T. - Temperatur.
Həcmli məsamə doldurma nəzəriyyəsinə görə nisbətləri ilə yanaşı, bir sıra digər tənliklər adsorbsiya tarazlığı təsvir etmək üçün bir sıra digər tənliklərdən istifadə olunur, əksinə Langmur tənliyi ən məşhurdur.
Proses sorbonsiya Digər mühitin bir orta - maye və ya bərk orqanının udulması - maddələr, qazlar və ya digər mayelər. Sonra ətraf mühiti udan maddə - sorbent.. Sorbent tərəfindən əmilən maddə, qaz və ya maye, çağırılır sorbat ya da sorbive.
Sorbsiya fenomeni, bəzi mediaların digər mediaların alqı-adsorbsiyasına, udma, kimyasorbsiya və kapilyar kondensasiyasına qədər udma mexanizmindən asılı olaraq bölünür.
Adsorbsiya və udma Digərində bir maddənin necə paylandığı ilə fərqlənir. Absorbsiya, maddənin udma və paylanması mayenin udma həcmi boyunca baş verir. Adsorbsiya bərk olduqda, maye və ya qazlı sorbat adsorbentin fazasının səthində toplanır (bərk və ya maye səthində).
Üçün statik sövq Qaz və ya maye əlaqələri şəklində udma maddəsi və ya sorbent olan sabit bir şəkildə qarışdırılmışdır. Statik Sorftion, qarışdıran cihazlarla avadanlıqla həyata keçirilir.
Üçün dinamik sövq Sorbent təbəqəsi vasitəsilə udulmuş hərəkətli maye və ya qazlı faza ötürülür. Dinamik sorbtion, mayeləşdirilmiş bir yataqda və müxtəlif növ filtrlərdə həyata keçirilir.
Sorbsiya növündən asılı olaraq, sorbentin statik və dinamik fəaliyyəti fərqlənə bilər. Sorbentin statik fəaliyyəti - Bu, Sorbentin bir vahidi tarazlıq dövrünə görə adlandırılan udulmuş maddənin miqdarıdır. Tariqliyin əldə edildiyi şərait, mayenin və maddənin ilkin konsentrasiyasının daimi temperaturudur.
Sorbentin dinamik fəaliyyəti Bu, ya sorbent qatının çıxışı, yəni sorbent qatının çıxışı və ya sorbentin vahid həcmində və ya sorbentin həcmində udulmuş maddənin maksimum miqdarı olduğu kimi müəyyən edilir sorbent təbəqəsi vasitəsilə udulmuş maddənin disflow.
Sənaye Adsorbers-də, sorbentin dinamik fəaliyyəti aralığında 45-90% .
Həqiqi şəraitdə, sorbusiya prosesləri dinamik tiplə davam edir, çünki istehsal prosesini və davamlılığını avtomatlaşdırmaq daha məqbuldur.
Sorbentin və tarazlıq zamanı həlldə qalan maddənin həssaslığı arasındakı əlaqə, tarazlıq dövründə paylama qanuna tabedir.
Adsorbsiya prosesinin sürətinə təsir edən xüsusiyyətlər:
Adsorbsiyanın prosesi üç mərhələdən ibarətdir:
Adventbordun yüksək sürətlə baş tutduğuna və adsorbsiya mərhələsinin proses sürətini məhdudlaşdırmadığı güman edilir. Buna görə də, məhdudlaşdırıcı bir mərhələ kimi xarici və ya daxili diffuziyanı nəzərdən keçirirlər. Prosesin həm diffuziya mərhələlərini məhdudlaşdırdığı hallar ola bilər.
Xarici diffuziya sahəsində, maddənin kütləvi transfer dərəcəsi axınının turubulanmasının böyüklüyündən, yəni mayenin axın sürətindən asılıdır.
İntradiffüzyon bölgəsindəki kütləvi transferin intensivliyi, adsorbentin xüsusiyyətləri, növləri, məsaməli ölçüsü, forma və taxıl ölçüsü, kütləvi eşitmə əmsalı olan molekulların ölçüsündə.
Çirkətin təmizlənməsinin adsorbsiyasının təmizlənməsinin optimal sürətlə gəldiyi şəraiti müəyyənləşdirmək mümkündür.
Hydrodinamik adsorbsiya rejimi daxili diffuziya sahəsində məhdud olmalıdır. İntradiffüzyon bölgəsinin müqaviməti adsorbentin seçilməsi ilə istədiyiniz quruluş və taxılının ölçüsünün azalması ilə azalır.
Adsorbentin taxılının sürətinin və diametrinin təxmini parametrləri bərabərdir 1.8 m / saat və d s \u003d 2,5 mm müvafiq olaraq. Drains D-nin diametri daha az tövsiyə olunursa, prosesi xarici yayılma bölgəsi tərəfindən məhdudlaşırsa, daha çox - intradiffüzyon bölgəsindədir.
Arvel
Hər bir fazanın səthindəki hissəciklər xüsusi bir səth mərhələsi, xüsusiyyətləri daxili fazalı bölgələrin xüsusiyyətlərindən əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənir. Səthdə yerləşən hissəciklər həm homojen hissəciklər ilə, həm də digər növ hissəciklərlə qarşılıqlı əlaqə qurur (Şəkil 6.1).
Əndazəli 6.1. Qatılaşdırılmış vəziyyətdə maddənin səth qatı
Bu fenomenin nəticəsi budur ki, faza ayrılmasının səthində yerləşən GS hissəciklərinin orta enerjisi GV mərhələsinin həcmində eyni hissəcikin orta enerjisindən fərqlənir. Səth fazasının vacib bir xüsusiyyəti səth enerjisidir GS - səthdə yerləşən hissəciklərin orta enerjisindəki fərq və fazanın həcmindəki hissəciklər səthindəki hissəciklərin sayına qədər vurulur:
G s \u003d n (g s -g v)
Alt səthi enerji Gibbs (GS) - səth formalaşmasının enerjisi kimi başa düşülür. Faza S-nin səth sahəsindəki xüsusi səth enerjisinin məhsulu ilə bərabərdir:
Xüsusi səth enerjisi (j / m 2) pulsuz səth sahəsinin vahidinin formalaşması üçün tələb olunan işə bərabərdir. Xüsusi səth enerjisi bir maddənin təbiəti ilə müəyyən edilir. Maddənin hissəcikləri arasındakı qarşılıqlı əlaqənin enerjisi nə qədər yüksəkdirsə, xüsusi səth enerjisi daha yüksəkdir. Artan temperatur, xüsusi səth enerjisi azalır. Kritik temperaturun yaxınlığında, səth gərginliyi sıfırdır.
Termin səthi enerjisi qaz hissəsinin sərhədinə tətbiq olunur - bərk. Qatılaşdırılmış faza bölməsinin (maye - maye, maye - bərk) sərhədi üçün, interfacial enerjisi termini istifadə olunur. Faza bölümünün sərhədində, maye - qaz (cüt), ümumiyyətlə səth gərginliyi adlanan xüsusi səth enerjisindən istifadə edir.
Səth gərginliyi σ. - Bu səthin bölgəsinin vahidinin geri dönüşlü izotermal formalaşması kimi müəyyən edilmiş faza ayrılması səthinin ən vacib termodinamik xüsusiyyətləri. Bölmənin maye səthi vəziyyətində, səth gərginliyi də boş səth uzunluğunun konturunu artırmaq üçün tələb olunan iş kimi qəbul edilir:
burada boş səth döngəsinin uzunluğunun artmasıdır, m;
σ - səthi gərginliyi, n / m.
Səth gərginliyinə görə, xarici güc təsirlərinin olmaması üçün maye minimum səth dəyərinə uyğun topun şəklini və nəticədə pulsuz səth enerjisinin ən kiçik dəyəri alır. Sərbəst səth enerjisinin aşağı düşməsinin yollarından biri sorbusdur.
Sorbonsiya (Lat. Sorbeo - udma) - bərk bədənin və ya maye maddənin mühitdən udulması. Emcorbing orqanının özləri tərəfindən əmilən bir sorbent adlanır - bir sorbat (və ya sorbivo). Maye sorbentin bütün kütləsi ilə maddənin udulmasını fərqləndirin - bu udmaAçıqlayır; Bərk və ya maye sorbentin səthi qatıdır adsorbsiya.
Udma - maddələrin maye ilə qaz qarışığından udulması. Texnikada, udma ümumiyyətlə bir qaz qarışığından hər hansı bir komponentdən istifadə edir. Absorbsiya təzyiqi və temperaturun azalmasını yaxşılaşdırır.
Adsorbsiya, maddənin fazalarının həcmindən hissələrinin sərhədindəki cəmləşdirilməsi prosesidir.
Adsorbent başqa bir maddə adlandıran bir maddədir. Adsorbsiya adsorb edə biləcək bir maddədir. Adsorbat - adsorbed maddə.
