Апсорпција на супстанција од страна на површината на адсорбентот се нарекува. Апарати за апсорпција и адсорпција. Физичка и хемиска адсорпција
Апсорпцијата е процес на сепарација заснован на селективна апсорпција на гасови или пареи од течни апсорбери - адсорбенти.
При физичка апсорпција, апсорбираниот гас (апсорбирачки) не е хемиски интеракција со абсорбентот. Ако абсорбентот формира хемиско соединение со абсорбентот, тогаш процесот се нарекува хемисорпција.
Физичката апсорпција е реверзибилна. Ова својство на процесите на апсорпција се заснова на ослободување на апсорбираниот гас од растворот - десорпција.
Комбинацијата на апсорпција и десорпција овозможува повторна употреба на абсорбентот (апсорбент) и изолирање на апсорбираната компонента во чиста форма.
Примери за употреба на процеси на апсорпција во хемиската технологија и инженерството може да бидат одвојување на јаглеводородни гасови во рафинерии за нафта, производство на хлороводородна киселина, амонијак вода, прочистување на издувните гасови со цел да се заробат вредни производи или неутрализација на емисиите на гасови, итн.
адсорпција
Адсорпцијата е зголемување на концентрацијата на растворената супстанца на интерфејсот на две фази (цврста фаза-течна, кондензирана фаза-гас) поради некомпензираните сили на интермолекуларната интеракција при раздвојувањето на фазите. Адсорпцијата е посебен случај на сорпција, обратен процес на адсорпција - десорпција.
Основни концепти
Апсорбираната супстанција, која сè уште е во најголемиот дел од фазата, се нарекува адсорбат, а апсорбираната супстанција се нарекува адсорбат. Во потесна смисла, адсорпцијата често се подразбира како апсорпција на нечистотија од гас или течност од цврст (во случај на гас и течност) или течност (во случај на гас) - адсорбент. Во овој случај, како и во општиот случај на адсорпција, нечистотијата се концентрира на интерфејсот адсорбент-течност или адсорбента-гас. Процесот, обратна страна на адсорпцијата, односно пренос на супстанција од интерфејсот до волуменот на фазата, се нарекува десорпција. Ако стапките на адсорпција и десорпција се еднакви, тогаш се зборува за воспоставување на рамнотежа на адсорпција. Во состојба на рамнотежа, бројот на адсорбирани молекули останува константен произволно долго време ако надворешните услови (притисокот, температурата и составот на системот) останат непроменети.
физичка адсорпција
Адсорпцијата е предизвикана од неспецифични (односно, независни од природата на супстанцијата) ван дер Валс сили. Адсорпцијата комплицирана со хемиска интеракција помеѓу адсорбентот и адсорбатот е посебен случај. Појавите од овој вид се нарекуваат хемисорпција и хемиска адсорпција. „Обичната“ адсорпција во случај кога е потребно да се нагласи природата на силите на интеракцијата се нарекува физичка адсорпција.
Адсорпцијата е универзален и сеприсутен феномен кој се случува секогаш и секаде каде што има интерфејс помеѓу фазите. Од најголемо практично значење е адсорпцијата на сурфактанти и адсорпцијата на нечистотии од гас или течност со специјални високоефикасни адсорбенти. Различни материјали со висока специфична површина можат да дејствуваат како адсорбенти: порозен јаглерод (најчестата форма е активен јаглен), силика гелови, зеолити, а исто така и некои други групи на природни минерали и синтетички материи.
Адсорпцијата (особено хемисорпцијата) е исто така важна во хетерогената катализа. Пример за постројки за адсорпција е даден на страницата азотни растенија.
Фабриката за адсорпција се нарекува адсорбер.
Кристализација
Кристализација - добивање (формирање) на супстанција во кристален облик. Од трите главни случаи на формирање на кристали - при сублимација, од стопена состојба, од раствори - последниот е од најголемо значење. Обично користете:
- 1. Бавно испарување на растворувачот.
- 2.. Со додавање на трета супстанција која се меша со растворувачот и ја намалува растворливоста на кристализираната супстанција во него; таложник се додава во растворот (обично топол) додека не се појави заматеност и се остава да отстои; на пример, вода се додава во алкохолен раствор, нафтен етер во раствор на етер, алкохол во фенол итн.
- 3. Ладење на заситениот топол раствор; супстанцијата се раствора во соодветен растворувач со загревање и мешање, а растворувачот се зема само малку повеќе отколку што е потребно за растворање и се филтрира топло (по можност преку грејна инка); кристалите се одвојуваат при ладење.
Одморот и бавното ладење го поттикнуваат растот на кристалите, но големината на кристалите зависи и од природата на супстанцијата. Ако сакате да добиете повеќе кристали отколку што е можно при ладење во просторија t °, користете смеса за ладење, но неопходно е да користите течности што не замрзнуваат на ниски t ° како растворувач, на пример. јаглерод дисулфид, алкохол, етер, нафтен етер. Често е можно да се предизвика К. на супстанција што е ослободена во форма на масло, внесувајќи во неа („зарази“) кристал од оваа супстанца, а понекогаш дури и супстанца што е блиску до неа во хемиски поглед. структура. Триењето на ѕидот на садот со стаклена прачка исто така ја забрзува или предизвикува кристализација.Кристализацијата се користи за прочистување на супстанција или нејзино добивање свежо кристализирана со одредена количина на растворувач за „кристализација“ - вода, алкохол, хлороформ итн.
Во некои случаи, за да се изолира супстанцијата во хемиски индивидуална форма, тие прибегнуваат кон К. од неговите добро кристализирани наједноставни деривати: соли, ацетил, бензен и други деривати. Многу ретко е формирање на добро кристализирано двојно соединение на рамнодушна органска супстанција, на пример. соединенија на гликоза и натриум хлорид: 2C6H1206 + MaCl + HgO. Некои супстанции, како што се протеините, може да се добијат во кристална форма со солење (види). При прочистување на супстанција К. (често повеќепати) се тргнува од претпоставката дека супстанцијата за кристализирање може да се одвои од нечистотијата поради нееднаква растворливост во соодветен растворувач. Во некои случаи е можно да се добие чиста супстанција само со фракциониран К. Има случаи на мешавини неразделни со кристализација и формирање на мешани кристали.- К. обично се изведуваат во кристализатори - тенки ѕидови ниски чаши - или во чаши - Добиените кристали се ослободуваат од мајчиниот алкохол со миење на Бухнерова инка или се шират на неглазирана порцеланска чинија или филтер-хартија, апсорбирајќи го мајчиниот алкохол и. ако е потребно, , исцеден помеѓу листовите филтрирање. хартија.
Со згуснување на мајчиниот пијалак или со додавање на преципитант на него, или со комбинирано дејство на двете, може да се добијат дополнителни делови од кристалите. При изборот на растворувач треба да се има предвид дека тој хемиски не влијае на супстанците кои треба да се кристализираат и не содржи нечистотии штетни за К. и дека во случајот на К. со ладење на топол раствор, растворливоста на супстанцијата во топол растворувач прилично остро се разликува од растворливоста во ладен. Најчести растворувачи се вода, етил, метил и амил алкохоли, етер, бензен, хлороформ, ацетон, оцетна киселина, нафтен етер, фенол, пиридин, јаглерод дисулфид, H2S04 и други.
За микроскоп, супстанцијата се кристализира на стаклен тобоган, бидејќи дури и со внимателно пренесување на стаклен табоган, кристалите се оштетуваат. Капка концентриран раствор на супстанцијата за испитување се нанесува на стаклен тобоган, покриен со капак и се остава во воздух или, ако супстанцијата лесно се смирува, во десикатор, а формираните кристали се испитуваат под микроскоп.
Ако апсорпцијата е физички процес кој не е придружен со други физички или хемиски процеси, таа обично го следи Nernst законот за дистрибуција:
„при рамнотежа, односот на концентрациите на третата компонента во две течни состојби е константа.“;
Волуменот на константата K N зависи од температурата и се нарекува коефициент на дистрибуција. Оваа еднаквост е точно под услов концентрациите да не се премногу високи и ако молекулите „x“ не ја променат својата форма во која било друга од двете состојби. Ако таквата молекула претрпи асоцијација или дисоцијација, тогаш оваа еднаквост сепак ја опишува рамнотежата помеѓу „x“ во двете состојби, но само за истата форма - концентрациите на сите преостанати форми мора да се пресметаат земајќи ги предвид сите други рамнотежи.
Во многу технолошки важни процеси, хемиската апсорпција се користи наместо физички процес, како што е апсорпцијата на јаглерод диоксид со натриум хидроксид - таквите процеси не го следат Нернстовиот закон за дистрибуција.
За некои примери на овој ефект, може да се земе предвид екстракција, во која компонента може да се извлече од една течна фаза на растворот и да се пренесе во друга без хемиска реакција. Примери за такви раствори се благородни гасови и осмиум оксид.
Врски
Фондацијата Викимедија. 2010 година.
Синоними:Погледнете што е „Sorption“ во другите речници:
Сорпција- - општото име на феноменот и процесите на пренос на маса, во кои се јавува апсорпција на цврста или течност (сорбент) на супстанција (сорбент) од околината. [Ушеров Маршак А.В. Конкретна наука: лексикон. Москва: RIF Градежни материјали. 2009 година ... Енциклопедија на поими, дефиниции и објаснувања за градежни материјали
- (од латински sorbeo јас апсорбирам) апсорпција од цврста или течна супстанција од околината. Главните типови на сорпција се адсорпција, апсорпција и хемисорпција. Апсорбирачкото тело се нарекува сорбент, апсорбирано од сорбат (сорбат). Голем енциклопедиски речник
- (од латински sorbeo апсорбирам), ТВ апсорпција. тело или течна (сорбента) течност во ва или гас (сорбат) од околината. Апсорпција во VA од гасната фаза од целиот волумен на течниот сорбент наречен. апсорпција, апсорпција во површинскиот слој ... ... Физичка енциклопедија
Адсорпција, хемисорпција, апсорпција, сорпција, апсорпција, хемиска апсорпција Речник на руски синоними. сорпциска именка, број на синоними: 7 апсорпција (5) ... Речник на синоними
сорпција- - способност на една супстанција да апсорбира (концентрира) друга. Општа хемија: учебник / A. V. Zholnin Сорпција е општо име за појавите и процесите на пренос на маса во кои цврста или течност апсорбира супстанција од ... ... Хемиски термини
Процес на апсорпција од целата маса (апсорпција) или површина (адсорпција) на цврста или течна супстанција од околината. На меѓуклеточните интеракции (вирусна клетка, макрофаг лимфоцит, итн.), терминот е применлив во случај на додавање ... ... Речник на микробиологија
Процес со кој телото апсорбира гасови, пареи или растворени материи од околината. Вклучува апсорпција и адсорпција, кои исто така може да бидат придружени со хем. интеракцијата на апсорбираната супстанција со апсорберот ... ... Геолошка енциклопедија
СОРПЦИЈА- физички. хем. процеси на апсорпција на гасови, пареи и растворени материи од цврсти или течности, наречени (види). Разликувајте ги следниве видови С.: (види); (види), (види); капиларна (види), како и јонска размена С., кога селективно ... ... Голема политехничка енциклопедија
И; и. [од лат. sorbere апсорбира] Физ., хем. Апсорпција од некој вид цврста или течност. супстанции од околината. ◁ Сорпција, о, ох. C-ти процеси. C. пумпа. * * * сорпција (од латински sorbeo апсорбирам), апсорпција од цврсто тело или ... ... енциклопедиски речник
сорпција- ▲ апсорпција во насока, кондензирана состојба, надвор, селективна апсорпција со средна сорпција од цврста или течност до l. супстанции од околината. сорбент. апсорпција волуметриска сорпција. абсорбента. апсорбираат. адсорпција ... ... Идеографски речник на рускиот јазик
Книги
- Јон-разменлива сорпција на биолошки активни супстанции, Демин А., Чернова И., Шатаева Л. Монографијата е посветена на најновите достигнувања во областа на синтеза на високопропустливи полиелектролитни мрежи со фрактална морфологија и висока хидрофилна порна површина. Споредба…
Адсорпцијата е универзален метод кој овозможува речиси целосно извлекување на нечистотијата од гасовита или течна средина. Во хемиската индустрија, особено во пумпата за гориво, методот на адсорпција е широко користен за непречено чистење и сушење на процесите, подобрување на квалитетот на суровините и производите и е еден од методите за заштита на животната средина.
Адсорпцијае концентрацијата на супстанции на површината или во волуменот на цврсто тело. Најмалку две компоненти се вклучени во процесот на адсорпција. Цврста супстанција, на површината или во волуменот на која е концентрирана апсорбираната супстанција, се нарекува адсорбент. Апсорбираната супстанција во гасна или течна фаза се нарекува адсорбенти откако ќе помине во адсорбирана состојба, адсорбираат. Секое цврсто тело има површина и затоа е потенцијално адсорбент. Меѓутоа, во технологијата се користат цврсти адсорбенти со развиена внатрешна површина. Развојот на внатрешната површина во цврста материја се постигнува со создавање посебни услови при неговата синтеза или како резултат на дополнителна обработка.
Од термодинамичка гледна точка, адсорпцијата се манифестира со намалување на слободната енергија на Гибс (G). Како и сите процеси придружени со намалување на енергијата на Гибс, адсорпцијата е спонтан процес. Преминот на супстанцијата од гасна или течна фаза во адсорбирана состојба е поврзана со губење на најмалку еден степен на слобода (тродимензионален волуменски гас или течна фаза дводимензионална површинска фаза), што доведува до намалување на ентропијата на системот (S). Бидејќи енталпијата (Н) е поврзана со Гибсовата енергија и ентропијата со равенката Н = G + TS, таа се намалува за време на адсорпцијата и затоа адсорпцијата е егзотермичен процес.
Адсорпционите феномени се поделени на два главни типа: физичка адсорпција и хемисорпција (сорпција врз основа на силите на хемиската интеракција). физичка адсорпцијапредизвикани од силите на молекуларната интеракција: дисперзија и електростатско. Дисперзивните сили го даваат главниот придонес во енергијата на интеракцијата на молекулите. Така, молекулите на кој било адсорптив имаат флуктуирачки диполи и четириполи, кои предизвикуваат моментални отстапувања на дистрибуцијата на густината на електроните од просечната дистрибуција. Кога адсорбентните молекули се приближуваат до атоми или молекули на адсорбента, движењето на флуктуирачките диполи добива систематски и строго уреден карактер, што доведува до појава на привлечност меѓу нив. Во голем број случаи, силите на дисперзија се засилени со електростатски сили - ориентациони и индукциски. Силите на ориентација се јавуваат за време на интеракцијата на поларните молекули со површина што содржи електростатски полнежи (јони, диполи), а индукциските сили се предизвикани од промена на електронската структура на молекулите на адсорбента и адсорбента под дејство на едни со други.
За разлика од физичката адсорпција, хемисорпцијане е зачувана индивидуалноста на адсорбентот и адсорбентот. Кога молекулите на адсорбентот се приближуваат до површината на адсорбентот, електроните на компонентите кои содејствуваат се прераспределуваат со формирање на хемиска врска. Ако физичката адсорпција може да се спореди со кондензацијата, тогаш хемисорпцијата се смета како хемиски процес што се случува на интерфејсот.
Физичката адсорпција и хемисорпцијата може да се разликуваат врз основа на нумеричката вредност на топлината на адсорпција. Топлината на адсорпција на компонентите на индустриските гасови е пропорционална со топлината на нивната кондензација и не надминува 85-125 kJ/mol. Топлината на хемисорпција на еден мол од супстанцијата достигнува неколку стотици kJ. Хемисорпцијата, како по правило, се одвива со мала брзина; оваа околност често се користи за да се препознае. Покрај тоа, хемисорпцијата може да продолжи на високи температури, кога физичката адсорпција е занемарлива. За време на хемосорпцијата, остра, нагла промена на капацитетот за апсорпција на извлечената компонента е карактеристична за време на преминот од адсорбент од една хемиска природа на адсорбент од друга природа. За време на хемисорбцијата, адсорбираните молекули не можат да се движат над површината на адсорбентот, нивната положба е фиксирана, а таквата адсорпција се нарекува локализирана. Физичката адсорпција може да биде или локализирана или нелокализирана. Обично, како што температурата се зголемува, молекулите стануваат подвижни и природата на процесот се менува: локализираната адсорпција станува нелокализирана.
Предавање бр.20
Адсорпцијаповикајте ја апсорпцијата на гасови, пареи и течности од цврсти порозни тела, наречени адсорбенти; адсорбирана супстанција во гас или течност се нарекува адсорбенти по неговото преминување во адсорбентна фаза, адсорбираат. Адсорбентите кои се користат во пракса имаат високо развиена внатрешна површина (до 1000 m 2 /g), која се формира со посебен третман или синтеза на цврсти материјали.
Механизмот на процесот на адсорпција се разликува од механизмот на апсорпција, бидејќи екстракцијата на супстанцијата се врши со цврст, а не со течен апсорбер.
Адсорпцијата е поделена на два вида: физичка и хемиска. физичка адсорпцијаглавно се должи на површинските ван дер Валс сили, кои се манифестираат на растојанија кои се многу поголеми од големините на адсорбираните молекули; затоа, неколку слоеви на адсорбирани молекули обично се задржуваат на површината на адсорбентот. На хемиска адсорпцијаапсорбираната супстанција влегува во хемиска интеракција со адсорбентот со формирање на конвенционални хемиски соединенија на неговата површина.
Атрактивните сили се појавуваат на површината на адсорбента поради фактот што полето на сила на површинските атоми и молекули не е избалансирано од силите на интеракцијата на соседните честички. Според физичката природа, силите на интеракција помеѓу молекулите на апсорбираната супстанција и адсорбентот се главно дисперзивни, што произлегуваат од движењето на електроните во молекулите што се приближуваат. Во голем број случаи на адсорпција, електростатските и индуктивните сили, како и водородните врски се од големо значење.
Пополнувањето на површината на адсорбентот со адсорбат делумно ги балансира површинските сили и, како резултат на тоа, го намалува површинскиот напон (слободна специфична површинска енергија). Затоа, адсорпцијата е спонтан процес, чиј тек е придружен со намалување на слободната енергија и ентропија на системот.
Процесите на адсорпција се селективни и реверзибилни. Обратен процес на адсорпција се нарекува десорпција, кој се користи за ослободување на апсорбираните материи и регенерирање на адсорбентот.
Најрационално е да се користи адсорпција за третман на мешавини со мала концентрација на супстанции што можат да се извлечат. Во овој случај, времетраењето на апаратот за адсорпција се зголемува - адсорбер– во фаза на правилна адсорпција пред нејзино преминување на десорпција.
Типични примери за адсорпција се сушење на гасови и течности, одвојување на јаглеводородни мешавини, обновување на растворувачи, третман на вентилациони емисии и отпадни води итн. Неодамна, важноста на адсорпцијата е значително зголемена, особено во врска со решавањето на еколошките проблеми и проблемите со добивање на високо чисти материи.
8.1. Главните индустриски адсорбенти и нивните својства
Главните индустриски адсорбенти се порозни тела со голем волумен на микропори. Карактеристиките на адсорбентите се одредуваат според природата на материјалот од кој се направени и порозната внатрешна структура.
Во индустриските адсорбенти, главната количина на апсорбираната супстанција се сорбира на ѕидовите на микропорите ( р < 10–9 м). Роль переходных пор (10–9 < р < 10–7 м) и макропор (р> 10-7 m) главно се намалува на транспортот на адсорбираната супстанција до микропорите.
Адсорбентите се карактеризираат со нивните апсорпција, или адсорпција, способностопределена од максималната можна концентрација на адсорбентот по единица маса или волумен на адсорбентот. Вредноста на капацитетот за апсорпција зависи од видот на адсорбентот, неговата порозна структура, природата на апсорбираната супстанција, нејзината концентрација, температура, а за гасовите и пареите - од нивниот парцијален притисок. Максималниот можен капацитет на апсорпција на адсорбентот во дадени услови се нарекува конвенционално рамнотежна активност.
Според хемискиот состав, сите адсорбенти можат да се поделат на јаглеродИ не-јаглерод. Јаглеродните адсорбенти се активни(активиран) јаглен, материјали од јаглеродни влакна и некои цврсти горива. Адсорбентите без јаглерод вклучуваат силика гелови, активна алумина, гелови од алумина, зеолити и глинести карпи.
Активираните јаглероди, кои се состојат од многу случајно наредени графитни микрокристали, обично се користат за апсорпција на органски материи при прочистување и одвојување на течности и гасови (пари). Овие адсорбенти се добиваат со сува дестилација на голем број супстанции што содржат јаглерод (дрво, јаглен, животински коски, овошни јами итн.) со цел да се отстранат испарливите материи. После тоа, јагленот се активира, на пример, се калцинира на температура од 850–900 °C, што доведува до ослободување на порите од смолести материи и формирање на нови микропори. Активирањето се врши и со екстракција на смоли од порите со органски растворувачи, оксидација со атмосферски кислород итн. Поеднаква структура на јагленот се добива со нивно активирање со хемиски методи: со нивна обработка со раствори на топла сол (на пример, сулфати, нитрати итн.) или минерални киселини (сулфурна, азотна и сл.).
Специфичната површина на активните јаглероди е многу висока и изнесува 6×105–17×105 m2/kg, а нивната волуменска густина е 200–900 kg/m3. Активираните јаглероди се користат во форма на честички со неправилна форма со големина од 1–7 mm, цилиндри со дијаметар од 2–3 mm и висина од 4–6 mm и прав со големина на честички помала од 0,15 mm. Последниот тип на активен јаглен се користи за одвојување на растворите.
Главните недостатоци на активните јаглероди се нивната запаливост и малата механичка сила.
Силика гел - гел со дехидрирана силициумска киселина () - се користи за адсорпција на поларни соединенија. Се користи во процесите на сушење гасови и течности, во раздвојување на органски материи во гасна фаза и во хроматографија. Силика гел се добива со третирање на раствор од натриум силикат (растворливо стакло) со сулфурна киселина (понекогаш хлороводородна киселина) или со кисели раствори на сол. Добиениот гел се мие со вода и се суши до крајна содржина на влага од 5-7%, бидејќи силика гелот има највисок капацитет на адсорпција при оваа содржина на влага. Специфичната површина на силика гелот е 4×105–7,7×105 m2/kg, волуменската маса е 400–800 kg/m3. Големината на честичките со неправилна форма варира во прилично широк опсег - од 0,2 до 7 мм.
Предностите на силика геловите ја вклучуваат нивната незапаливост и поголема механичка сила од активните јаглероди. Недостатокот на силика геловите во споредба со активните јаглероди е, покрај нивната долна специфична површина, нагло намалување на капацитетот за апсорпција во однос на пареата на органските материи во присуство на влага.
Во однос на својствата на сорпција, силика гелот е тесно во непосредна близина алумогелидобиени со термичка обработка на алуминиум хидроксид на температури од 600–1000 °C. Порите на добиениот сорбент (92%) имаат дијаметар од 1–3 nm, специфична површина од 2×10 5 –4×10 5 m 2 / kg; волуменската густина на таков сорбент е 1600 . Алумогелите се користат за сушење гасови, прочистување на водени раствори и минерални масла, кои се користат како катализатори и нивни носители.
Зеолитите се природни или синтетички минерали кои се водни алумосиликати кои содржат оксиди на алкални и земноалкални метали. Овие адсорбенти се одликуваат со правилна структура на порите, чии димензии се пропорционални со големината на апсорбираните молекули. Карактеристика на зеолитите е тоа што адсорпционите површини се меѓусебно поврзани со прозорци со одреден дијаметар, низ кои можат да навлезат само помали молекули. Ова е основа за раздвојување на мешавините со молекули со различна големина, што беше причина за нарекување на зеолити молекуларни сита.
За раздвојување на гасни смеси, зеолитите се користат во форма на топчиња или гранули со големина од 1 до 5 mm, а за одвојување на течни смеси - во форма на ситно зрнест прав.
Зеолитите се особено широко користени за длабоко сушење на гасови и течности, во прочистување и одвојување на мешавини на супстанции со слична молекуларна тежина, а исто така и како катализатори и нивни носители.
За прочистување на течности од разни нечистотии, природните глинени карпи се користат како адсорбенти. За нивно активирање овие глини се обработуваат со сулфурна или хлороводородна киселина и се добива адсорбент со специфична порна површина од редот на (1,0÷1,5)·10 5 m 2 /kg. Исто така, некои видови тресет може да се користат за прочистување на течности.
Забележете дека адсорбентите се карактеризираат и со статична и динамична активност. Под статичка активностда се разбере количината на супстанција апсорбирана од единица маса или волумен на адсорбентот од почетокот на адсорпцијата до воспоставувањето на рамнотежа. Овој тип на активност се одредува при статични услови, т.е. без движење на мешавина од гасови или раствор. Кога смесата се движи низ адсорбентниот слој, по одреден временски период, адсорбентот престанува целосно да ја апсорбира извлечената компонента, а оваа компонента „протекува“ со последователно зголемување на концентрацијата на компонентата во смесата оставајќи го слојот до рамнотежа. се постигнува. Се нарекува количината на супстанција апсорбирана од единица маса или волумен на адсорбентот пред пробивот динамична активностадсорбент. Динамичката активност е секогаш помала од статична, така што количината на адсорбент се одредува според неговата динамичка активност.
Рамнотежа во адсорпцијата
Концентрацијата на рамнотежа (kg/kg чист адсорбент) на апсорбираната супстанција во адсорбентот може да се претстави како функција на концентрацијата Сои температура Т:
или како функција на парцијален притисок Ри температура Тво случај на адсорпција на гас:
Каде Сое концентрацијата на адсорбат во масовната фаза, kg/m3; Ре парцијалниот притисок на адсорптивното средство во масовната фаза, Pa.
Помеѓу концентрацијата 
адсорбирана супстанција во мешавината на гас и нејзиниот парцијален притисок Р, според Клапејроновата равенка, постои директна пропорционалност:
Каде Ре гасната константа, J/(kg K).
Зависноста или при константна температура се нарекува адсорпциона изотерма.
Адсорпционите изотерми се претставени со криви чија форма е одредена главно од природата на адсорбатот и адсорбентот и неговата порозна структура. Од целата разновидност на форми на изотерми за анализа на процесите на адсорпција, треба да се разликуваат конвексни и конкавни (сл. 8.1). Важно е да се забележи дека почетните сегменти на изотермите се линеарни.
Зависностите од рамнотежа се опишани со голем број емпириски и теоретски равенки. Најплодна за опишување на рамнотежата на процесите на адсорпција беше теоријата за волуменско полнење на порите, што беше развој на потенцијалната теорија на адсорпција.
Под потенцијалот на адсорпција Ада ја разбере работата направена од силите на адсорпција при пренесување на еден мол адсорбат од рамнотежна гасна фаза со притисок Рна површината на филмот за адсорпција, притисокот над кој се претпоставува дека е еднаков на притисокот на заситената пареа на адсорбат П.Се предмет на разгледување Т.
Ориз. 8.1. Конвексни и конкавни адсорпциски изотерми
Адсорпциониот потенцијал се изразува со релацијата
(8.2)
За време на адсорпцијата, волуменот на микропорите В n е исполнет со адсорбат, чиј волумен може да се пресмета во однос на вредноста на рамнотежната адсорпција:
(8.3)
Каде Ме молекуларната тежина на адсорбатот; Ве моларниот волумен на адсорбатот.
Утврдено е дека за различни супстанции адсорбирани на ист адсорбент, односот на потенцијалите на адсорпција со исти вредности В n постојано и подеднакво коефициент на афинитет b, што е односот на моларните волумени во течна состојба, или парахори, на дадена и стандардна супстанција, чија вредност се наоѓа во прирачникот.
За голем број микропорозни адсорбенти, распределбата на различни пополнети области на волумени на адсорпција има форма на Гаусова дистрибуција:
(8.4)
Каде В 0 е вкупниот волумен на микропорите; Ее параметарот на функцијата на дистрибуција.
Со заедничко решавање на равенките (8.2) и (8.3), земајќи го предвид коефициентот на афинитет, добиена е равенка која ги опишува адсорпционите изотерми за микропорозни адсорбенти со хомогена порозна структура (синтетички зеолити):
За адсорбенти со сложени микропорозни структури (микропорозни силика гелови, активни јаглероди)
(8.6)
каде се константите кои го карактеризираат адсорбентот; Т- температура.
Заедно со односите засновани на теоријата за волуменско полнење на порите, се користат и голем број други равенки за да се опише рамнотежата на адсорпција, меѓу кои најпозната е равенката Лангмуир.
АДСОРПЦИЈА(од латински ad-on, at и sorbeo-absorb), промена (обично зголемување) на концентрацијата на материјата во близина на површината на фазното одвојување („апсорпција на површината“). Во општиот случај, причината за адсорпција е некомпензираниот интермол. сили во близина на оваа површина, т.е. присуство на адсорпција поле на сила. Телото што создава такво поле се нарекува. адсорбент, внатре-во, молекулите до-рого може да се адсорбираат, а д сорб т и во ом, веќе адсорбирани. во-во-адсорбат. Обратен процес на адсорпција, наречен. десорпција.
Природата на адсорпцијата силите m. многу различни. Ако ова се ван дер Валс сили, тогаш се нарекува адсорпција. физички, ако валентноста (т.е., адсорпцијата е придружена со формирање на површински хемиски соединенија), - хемиска или хемисорпција. Разликувајте. карактеристики на хемисорпција - неповратност, високи термички ефекти (стотици kJ / mol), активиран карактер. Помеѓу физички и хем. адсорпција, има многу посредници. случаи (на пример, адсорпција поради формирање на водородни врски). Исто така можна разлика. видови на физички адсорпција макс. универзална манифестација на дисперзија интермол. сили на привлекување, бидејќи тие се приближно константни за адсорбенти со површина од која било хемикалија. природата (т.н. неспецифична адсорпција). Phys. адсорпцијата може да биде предизвикана од електростатско. сили (меѓу јони, диполи или четириполи); додека адсорпцијата се одредува со хем. природата на адсорптивните молекули (т.н. специфична адсорпција). Средства. улога во адсорпцијаигра и геометријата на површината на пресекот: во случај на рамна површина, тие зборуваат за адсорпција на отворена површина, во случај на малку или силно заоблена површина, адсорпција во порите на адсорбентот.
Во теоријата на адсорпција, се прави разлика помеѓу статика (системот адсорбент-адсорбат е во термодинамичка рамнотежа) и кинетика (нема рамнотежа).
Статика на адсорпција
Бидејќи тогаш системот е во рамнотежа потенцијалите на адсорбат и адсорбат се исти; ентропијата на адсорбатот поради намалувањето на подвижноста на молекулите при адсорпција е помала од ентропијата на адсорбат. Затоа, кај инертен адсорбент, енталпијата е секогаш негативна, т.е. адсорпцијата е егзотермна. Земајќи ја предвид промената на ентропијата на адсорбентот може да се промени овој заклучок. На пример, за време на сорпцијата од полимерите внатре, во кои полимерот отекува, ентропијата на вториот (поради зголемување на мобилноста на макромолекулите) може да се зголеми толку многу што адсорпцијата станува ендотермична. Во иднина, написот смета само егзотермичен. адсорпција .
Постојат интегрални, диференцијални, изостерични. и просечна топлина на адсорпција. Интегралната топлина Q е еднаква на загубата на енталпија (при V = конст - внатрешна енергија) кога адсорпцијата се менува од 1 на 2 (во одреден случај, можеби 1 \u003d 0): Q \u003d - (H 2 - H 1) Оваа вредност обично се однесува на масата на адсорбентот и се изразува во J/kg.
Постои уште еден механизам што води до дополнителни адсорпција на адсорбенти под нивната критична. t-ry на порозни адсорбенти со релативно високи вредности на p/p s. Ова е капиларна кондензација. Ако конкавен адсорбат менискус се формира во пора, кондензацијата започнува во него со p/p s<1.
Согласно
ур-нию Кельвина:
каде е површинскиот напон на адсорбатот, V е неговиот моларен волумен, r е радиусот на искривување на менискусот. Капиларната кондензација доведува до нагло зголемување на изотермата на адсорпција. Во овој случај, често (но не секогаш) се забележува т.н. адсорпција хистереза, т.е. несовпаѓање на адсорпција. и десорбира. гранки на изотермата. Како по правило, ова се должи на фактот дека облиците на менискусите не се совпаѓаат при адсорпција и десорпција.
Користејќи ја потенцијалната теорија, М.М. Дубинин ја предложи и ја разви теоријата за волуметриско полнење на микро-порите (TOZM). Се претпоставува дека оваа теорија се однесува само на микропорозни адсорбенти. Карактеристика на таквите адсорбенти, во кои линеарните димензии на порите се r1 nm, е тоа што целиот волумен на нивните пори е „исполнет“ со адсорбенти. Поле. Затоа, за време на адсорпцијата, тие се пополнуваат не во слоеви, туку волуметриски. Вредноста во случајот што се разгледува не е адсорпција. потенцијал, и до знакот на хемикалијата. адсорбатен потенцијал, мерено од нивото на хемикалија. потенцијал на нормална течност на истиот т-ре. Целиот сет на адсорбентни пори е поделен на три класи: микропори (r0,6 nm), мезопори (0,6 nm-20 nm) и макропори (r20 nm). Адсорпцијата во микропорите се јавува според шемата TOZM, т.е. волуметриски, во мезопори - со механизмот на полнење слој по слој, завршен со капиларна кондензација. Макропори при адсорпција. рамнотежата не игра никаква улога.
Воведување на концептот на f-tsii дистрибуција на волумени на пори врз вредностите на хемикалија. адсорбира потенцијал во нив, М.М. Дубинин и Л. В. Радушкевич ја добиле равенката за изотермата на адсорпција TOZM, која обично се запишува како трага. форма: 
каде што p, E и a 0 се параметри (a 0 \u003d a за p \u003d p s). Температурна зависност a 0:
каде = -(da 0 /dT); a 0 0 \u003d a 0 на T \u003d T 0. Параметрите n и E се практично независни од t-ry. Во повеќето случаи, n \u003d 2. Само за случаи кога почетните горештини на адсорпција се многу големи, n\u003e 2. За повторно пресметување на изотерми на адсорпција од еден адсорбент до друг, приближно се претпоставува дека E 1 /E 2 P 1 / P \u003d и дека a 01 / a 02 V 1 /V 2, каде што P i е парахор, V i е моларниот волумен на адсорбентот.
Користејќи ја идејата дека во вистински адсорбент има пори со различни големини и воведувајќи ја распределбата на вредностите на E со дисперзија еднаква на F. Stekli, тој предложи генерализација на равенката (23), наречена равенка Dubinin-Stöckli: 
Кинетика на адсорпција
Адсорпцијата, како и секој реален процес, се случува со време. Затоа, целосната теорија на адсорпција треба да содржи дел за кинетиката на адсорпција. Елементарниот чин на адсорпција се изведува скоро веднаш (исклучок е хемисорпцијата). Затоа, временските зависности на адсорпција се одредуваат главно. механизам за дифузија, т.е. снабдување со адсорбент до местото на адсорпција. Ако адсорпцијата на отворена површина не е моментална, таков процес се јавува во надворешен регион на дифузија; во овој случај, законите на дифузија не се специфични за адсорпција. Во случај на порозни адсорбенти, покрај лок. дифузија, важна улога почнува да игра vnutr. дифузија, т.е. трансфер на адсорбентот во порите на адсорбентот во присуство на градиент на концентрација во нив. Механизмот на таквото пренесување може да зависи од концентрацијата на адсорбат и големината на порите.
Постојат молекуларна, Кнудсен и површинска (Волмер) дифузија. Молекуларна дифузија се врши ако должината е слободна. опсегот на молекули во порите е помал од големината на порите, должината на Кнудсен е ако оваа должина ја надминува големината на порите. За време на површинската дифузија, молекулите се движат по површината на адсорбентот без транзиција во масовната фаза. Сепак, вредностите на коефициентот дифузиите не се исти за различни механизми на дифузија. Во многу случаи, не е можно експериментално да се утврди точно како настанува дифузијата и затоа т.н. ефективен коефициент. дифузија што го опишува процесот како целина.
Главна експериментален материјал за кинетиката на адсорпција е т.н. кинетички крива, т.е. f-ција \u003d a / a еднакво \u003d f (t) каде што е релативната адсорпција еднаква на односот на тековната вредност на адсорпција a до еднаква на нејзината вредност во времето t. Да се толкува кинетиката крива во наједноставен случај, се претпоставува дека адсорбентното зрно има целосно униформа порозна структура по волумен (овој модел се нарекува квазихомоген). Средства. подобрување на квазихомогениот модел - сфаќањето дека секое зрно содржи региони со поголеми и пофини пори. Дифузијата во такво зрно е опишана до два дек. коефициенти.
Во случај на отворена површина, земајќи го моделот Лангмуир, лесно е да се добие кинетика. ниво на адсорпција. Стапката на пристап до рамнотежа е разликата помеѓу стапките на адсорпција и десорпција. Претпоставувајќи, како и обично во кинетиката, дека стапките на процесите се пропорционални со концентрациите на супстанциите што реагираат, имаме:
каде k реклами и k dec се константи на брзина соодветно. адсорпција и десорпција. Притисокот во гасната фаза се претпоставува дека е константен. Кога ја интегрираме оваа равенка од t = 0 до која било вредност на t, добиваме:
Оттука, за f имаме:= еднакво. Така конечно имаме:
каде k = k реклами + k дек.
Ефектот на t-ry врз брзината на адсорпција се изразува со равенка слична на равенката Арениус. Со зголемување на t-ry k рекламите експоненцијално се зголемуваат. Бидејќи дифузијата во порите на адсорбентот е поврзана со надминување на активирањето. бариери, температурните зависности на k ads и k des не се исти.
Познавањето на стапките на дифузија е важно не само за теоријата на адсорпција, туку и за пресметување на матурска. адсорпција процеси. Во овој случај, тие обично се занимаваат не со поединечни зрна на адсорбентот, туку со нивните слоеви. Кинетиката на процесот во слојот се изразува со многу сложени зависности. Во секоја точка на слојот во дадено време, количината на адсорпција се определува не само од видот на равенката на изотермата на адсорпција и законите на кинетиката на процесот, туку и од аеро- или хидродинамиката. услови за проток на гас или течност околу зрната. Кинетиката на процесот во адсорбентниот слој, за разлика од кинетиката во едно зрно, се нарекува. динамика на адсорпција, општата шема за решавање проблеми е следна: се составува систем на диференцијали. ур-ција во парцијални деривати, земајќи ги предвид карактеристиките на слојот, изотермата на адсорпција, карактеристиките на дифузија (коефициент на дифузија, видови на пренос на маса преку слојот и внатре во зрната), аеро- и хидродинамиката. карактеристики на проток. Поставени се почетни и гранични услови. Решението на овој систем на равенки, во принцип, води до вредностите на вредностите на адсорпција во даден момент во времето во дадена точка во слојот. Како по правило, аналитички решението може да се добие само за наједноставните случаи, затоа, таков проблем се решава нумерички со помош на компјутер.
Во една експериментална студија за динамиката на адсорпција, проток на гас или течност со одредени карактеристики се поминува низ адсорбентниот слој и составот на излезниот тек се испитува во функција на времето. Појавата на апсорбираната in-va за слој наречен. пробив, а време до пробив - време на заштитното дејство. Зависноста на концентрацијата на оваа компонента зад слојот од повиканото време. излезна крива. Овие кривини служат како главни експериментален материјал кој овозможува да се процени моделите на динамиката на адсорпција.
Хардверски дизајн на процеси на адсорпција
Има многу технологии. техники на адсорпција. процеси. Распространета циклична. (периодични) инсталации со фиксно адсорбентно корито, осн. јазол to-rykh - еден или неколку. адсорбери направени во форма на шупливи столбови исполнети со грануларен адсорбент. Текот на гас (или течност) што ги содржи адсорбираните компоненти се пренесува низ адсорбентното корито до пробив. После тоа, адсорбентот во адсорберот се регенерира, а протокот на гас се испраќа до друг адсорбер. Регенерацијата на адсорбентот вклучува голем број фази, од кои главната е десорпција, т.е. ослободување на претходно апсорбирана материја од адсорбентот. Десорпцијата се врши со загревање, депресирање во гасната фаза, поместување (на пример, со остра вода
