Se numește absorbția unei substanțe de către suprafața adsorbantului. Aparate de absorbție și adsorbție. Adsorbția fizică și chimică
Absorbția este un proces de separare bazat pe absorbția selectivă a gazelor sau vaporilor de către absorbanți de lichide - adsorbanți.
În absorbția fizică, gazul absorbit (absorbant) nu interacționează chimic cu absorbantul. Dacă absorbantul formează un compus chimic cu absorbantul, atunci procesul se numește chimisorbție.
Absorbția fizică este reversibilă. Această proprietate a proceselor de absorbție se bazează pe eliberarea gazului absorbit din soluție - desorbție.
Combinația dintre absorbție și desorbție face posibilă reutilizarea absorbantului (absorbantul) și izolarea componentului absorbit în forma sa pură.
Exemple de utilizare a proceselor de absorbție în tehnologia și inginerie chimică pot fi separarea gazelor de hidrocarburi în rafinăriile de petrol, producerea de acid clorhidric, apă amoniacală, purificarea gazelor de eșapament pentru a capta produse valoroase sau neutralizarea emisiilor de gaze, etc.
adsorbţie
Adsorbția este o creștere a concentrației unei substanțe dizolvate la interfața a două faze (fază solidă-lichid, fază condensată-gaz) datorită forțelor necompensate ale interacțiunii intermoleculare la separarea fazelor. Adsorbția este un caz special de sorbție, procesul invers de adsorbție – desorbție.
Noțiuni de bază
Substanța absorbită, care se află încă în cea mai mare parte a fazei, se numește adsorbat, iar substanța absorbită se numește adsorbat. Într-un sens mai restrâns, adsorbția este adesea înțeleasă ca absorbția unei impurități dintr-un gaz sau lichid de către un solid (în cazul gazului și lichidului) sau lichid (în cazul gazului) - un adsorbant. În acest caz, ca și în cazul general al adsorbției, impuritatea este concentrată la interfața adsorbant-lichid sau adsorbant-gaz. Procesul, inversul adsorbției, adică transferul unei substanțe de la interfață la volumul fazei, se numește desorbție. Dacă ratele de adsorbție și desorbție sunt egale, atunci se vorbește despre stabilirea echilibrului de adsorbție. Într-o stare de echilibru, numărul de molecule adsorbite rămâne constant pentru un timp arbitrar lung dacă condițiile externe (presiunea, temperatura și compoziția sistemului) rămân neschimbate.
adsorbție fizică
Adsorbția este cauzată de forțe van der Waals nespecifice (adică nu depind de natura substanței). Adsorbția complicată de interacțiunea chimică dintre adsorbant și adsorbat este un caz special. Fenomenele de acest fel se numesc chimisorbție și adsorbție chimică. Adsorbția „obișnuită” în cazul în care este necesar să se sublinieze natura forțelor de interacțiune se numește adsorbție fizică.
Adsorbția este un fenomen universal și omniprezent care are loc întotdeauna și peste tot acolo unde există o interfață între faze. De cea mai mare importanță practică este adsorbția agenților tensioactivi și adsorbția impurităților dintr-un gaz sau lichid de către adsorbanți speciali de mare eficiență. Diverse materiale cu o suprafață specifică ridicată pot acționa ca adsorbanți: carbonul poros (cea mai comună formă este cărbunele activ), gelurile de silice, zeoliții și, de asemenea, alte grupe de minerale naturale și substanțe sintetice.
Adsorbția (în special chimisorbția) este, de asemenea, importantă în cataliza eterogenă. Un exemplu de plante de adsorbție este dat pe pagina plante cu azot.
Instalația de adsorbție se numește adsorbant.
Cristalizare
Cristalizare - obţinerea (formarea) unei substanţe sub formă cristalină. Dintre cele trei cazuri principale de formare a cristalelor - în timpul sublimării, din stare topită, din soluții - ultimul este de cea mai mare importanță. Utilizați de obicei:
- 1. Evaporarea lentă a solventului.
- 2.. Prin adăugarea unei a treia substanțe care se amestecă cu solventul și reduce solubilitatea substanței cristalizate în acesta; la soluție se adaugă un precipitant (de obicei fierbinte) până când apare turbiditatea și se lasă să stea; de exemplu, se adaugă apă la o soluție alcoolică, eter de petrol la o soluție de eter, alcool la fenol etc.
- 3. Răcirea soluției saturate fierbinți; substanța este dizolvată într-un solvent adecvat cu încălzire și agitare, iar solventul este luat doar puțin mai mult decât este necesar pentru dizolvare și filtrat la cald (de preferință printr-o pâlnie de încălzire); cristalele se separă la răcire.
Odihna și răcirea lentă favorizează creșterea cristalelor, dar dimensiunea cristalelor depinde și de natura substanței. Dacă doriți să obțineți mai multe cristale decât este posibil când este răcit la temperatura camerei, utilizați un amestec de răcire, dar este necesar să folosiți lichide care nu îngheață la t° scăzute ca solvent, de exemplu. disulfură de carbon, alcool, eter, eter de petrol. Este adesea posibil să se provoace K. unei substanțe care a fost eliberată sub formă de ulei, introducând în ea („infectând”) un cristal al acestei substanțe și, uneori, chiar o substanță care este aproape de ea din punct de vedere chimic. structura. Frecarea peretelui vasului cu o baghetă de sticlă accelerează sau determină și cristalizarea.Cristalizarea este folosită pentru a purifica o substanță sau a o obține proaspăt cristalizată cu o anumită cantitate de solvent de „cristalizare” – apă, alcool, cloroform etc.
În unele cazuri, pentru a izola o substanță într-o formă individuală din punct de vedere chimic, ei recurg la K. dintre cei mai simpli derivați bine cristalizati ai săi: săruri, acetil, benzen și alți derivați. Foarte rară este formarea unui compus dublu bine cristalizat al unei substanțe organice indiferente, de exemplu. compuși ai glucozei și clorurii de sodiu: 2C6H1206 + MaCl + HgO. Unele substanțe, cum ar fi proteinele, pot fi obținute sub formă cristalină prin sărare (vezi). Când se purifică o substanță K. (deseori în mod repetat), se pornește de la presupunerea că o substanță care se cristalizează poate fi separată de o impuritate din cauza solubilității inegale într-un solvent adecvat. În unele cazuri, se poate obține o substanță pură numai prin K fracționat. Există cazuri de amestecuri inseparabile prin cristalizare și formarea de cristale mixte.- K. se efectuează de obicei în cristalizatoare - pahare joase cu pereți subțiri - sau în căni.- Cristalele obținute sunt eliberate de lichidul mumă prin spălare pe o pâlnie Buchner sau întinse pe o farfurie de porțelan nesmălțuită sau hârtie de filtru, absorbind lichidul mumă, și, dacă este necesar, , strâns între frunzele filtrării. hârtie.
Prin îngroșarea lichidului mamă sau prin adăugarea unui precipitant la aceasta, sau prin acțiunea combinată a ambelor, pot fi obținute porțiuni suplimentare de cristale. La alegerea unui solvent trebuie avut în vedere faptul că acesta nu afectează chimic substanțele de cristalizat și nu conține impurități nocive pentru K. și că în cazul K. prin răcirea unei soluții fierbinți, solubilitatea unei substanțe. într-un solvent fierbinte diferă destul de mult de solubilitatea într-unul rece. Cei mai des întâlniți solvenți sunt apa, alcoolii etilici, metilicii și amilicii, eterul, benzenul, cloroformul, acetona, acidul acetic, eterul de petrol, fenolul, piridina, sulfura de carbon, H2S04 și alții.
Pentru un microscop, substanța este cristalizată pe o lamă de sticlă, deoarece chiar și cu un transfer atent pe o lamă de sticlă, cristalele sunt deteriorate. O picătură dintr-o soluție concentrată a substanței de testat se aplică pe o lamă de sticlă, acoperită cu o lamă și lăsată în aer sau, dacă substanța este ușor delicvescentă, într-un desicator, iar cristalele formate sunt examinate la microscop.
Dacă absorbția este un proces fizic care nu este însoțit de alte procese fizice sau chimice, de obicei urmează legea distribuției Nernst:
„la echilibru, raportul dintre concentrațiile celui de-al treilea component în două stări lichide este o constantă.”;
Volumul constantei K N depinde de temperatură și se numește coeficient de distribuție. Această egalitate este adevărată cu condiția ca concentrațiile să nu fie prea mari și dacă moleculele „x” nu își schimbă forma în nicio altă dintre cele două stări. Dacă o astfel de moleculă suferă asociere sau disociere, atunci această egalitate descrie încă echilibrul dintre „x” în ambele stări, dar numai pentru aceeași formă - concentrațiile tuturor formelor rămase trebuie calculate luând în considerare toate celelalte echilibre.
În multe procese importante din punct de vedere tehnologic, absorbția chimică este utilizată în locul unui proces fizic, cum ar fi absorbția dioxidului de carbon de către hidroxidul de sodiu - astfel de procese nu respectă legea distribuției Nernst.
Pentru unele exemple ale acestui efect, poate fi luată în considerare extracția, în care o componentă poate fi extrasă dintr-o fază lichidă a unei soluții și transferată în alta fără o reacție chimică. Exemple de astfel de soluții sunt gazele nobile și oxidul de osmiu.
Legături
Fundația Wikimedia. 2010 .
Sinonime:Vedeți ce este „Sorption” în alte dicționare:
Sortie- - denumirea generala a fenomenului si proceselor de transfer de masa, in care are loc absorbtia de catre un solid sau lichid (sorbant) a unei substante (sorbant) din mediu. [Usherov Marshak A. V. Știința concretă: lexicon. Moscova: RIF Materiale de construcții. 2009... Enciclopedie de termeni, definiții și explicații ale materialelor de construcție
- (din latină sorbeo absorb) absorbția de către un solid sau lichid a oricărei substanțe din mediu. Principalele tipuri de sorbție sunt adsorbția, absorbția și chimisorbția. Corpul absorbant se numește sorbent, absorbit de un sorbat (sorbat). ... ... Dicţionar enciclopedic mare
- (din latină sorbeo absorb), absorbție TV. corp sau lichid (sorbent) lichid în va sau gaz (sorbat) din mediu. Absorbția în VA din faza gazoasă de către întregul volum al sorbantului lichid numit. absorbție, absorbție în stratul de suprafață ... ... Enciclopedie fizică
Adsorbție, chemisorbție, absorbție, sorbție, absorbție, absorbție chimică Dicționar de sinonime ruse. substantiv de absorbție, număr de sinonime: 7 absorbție (5) ... Dicţionar de sinonime
sorbția- - capacitatea unei substanțe de a absorbi (concentra) pe alta. Chimie generală: manual / A. V. Zholnin Sorpția este denumirea generală pentru fenomenele și procesele de transfer de masă în care un solid sau un lichid absoarbe o substanță din ... ... Termeni chimici
Procesul de absorbție de către întreaga masă (absorbție) sau suprafață (adsorbție) a unui solid sau lichid de substanțe din mediu. La interacțiunile intercelulare (celula virală, limfocitul macrofag etc.), termenul este aplicabil în cazul adăugării ... ... Dicţionar de microbiologie
Procesul prin care un corp absoarbe gaze, vapori sau substanțe dizolvate din mediul său. Include absorbția și adsorbția, care pot fi, de asemenea, însoțite de chimie. interacțiunea substanței absorbite cu absorbantul ...... Enciclopedia Geologică
SORPTIUNE- fizică. chimic. procese de absorbție a gazelor, vaporilor și substanțelor dizolvate de către solide sau lichide, numite (vezi). Distinge următoarele tipuri de S.: (vezi); (Vezi vezi); capilar (vezi), precum și S. schimbător de ioni, atunci când este selectiv ... ... Marea Enciclopedie Politehnică
ȘI; și. [din lat. sorbere absorb] Phys., chem. Absorbție de către un solid sau lichid de un fel. substanțe din mediu. ◁ Sorpție, oh, oh. procesele C. C. pompa. * * * sorbție (din latină sorbeo absorb), absorbție de către un corp solid sau ... ... Dicţionar enciclopedic
sorbția- ▲ absorbție în direcție, stare condensată, afară, absorbție medie absorbție selectivă de către un solid sau lichid la l. substanțe din mediu. sorbent. absorbtie sorbtie volumetrica. absorbant. absorbi. adsorbtie ...... Dicționar ideologic al limbii ruse
Cărți
- Absorbția prin schimb de ioni a substanțelor biologic active, Demin A., Chernova I., Shataeva L. Monografia este dedicată celor mai recente realizări în domeniul sintezei rețelelor de polielectroliți cu permeabilitate ridicată, cu morfologie fractală și suprafață hidrofilă ridicată a porilor. Comparaţie…
Adsorbția este o metodă universală care face posibilă extragerea aproape completă a unei impurități dintr-un mediu gazos sau lichid. În industria chimică, în special în pompa de combustibil, metoda de adsorbție este utilizată pe scară largă pentru curățarea și uscarea lină a fluxurilor de proces, îmbunătățirea calității materiilor prime și a produselor și este una dintre metodele de protecție a mediului.
Adsorbţie este concentrația de substanțe la suprafața sau în volumul unui solid. Cel puțin două componente sunt implicate în procesul de adsorbție. Se numește o substanță solidă, pe suprafața sau în volumul căreia este concentrată substanța absorbită adsorbant. Substanța absorbită în fază gazoasă sau lichidă se numește adsorbantși după ce a trecut în starea adsorbită, adsorbat. Orice solid are o suprafață și, prin urmare, este potențial un adsorbant. Cu toate acestea, adsorbanții solizi cu o suprafață interioară dezvoltată sunt utilizați în tehnologie. Dezvoltarea suprafeței interioare într-un solid se realizează prin crearea unor condiții speciale în timpul sintezei sale sau ca urmare a prelucrării suplimentare.
Din punct de vedere termodinamic, adsorbția se manifestă prin scăderea energiei libere Gibbs (G). Ca toate procesele însoțite de o scădere a energiei Gibbs, adsorbția este un proces spontan. Trecerea unei substanțe din faza gazoasă sau lichidă în starea adsorbită este asociată cu pierderea a cel puțin unui grad de libertate (gazul în vrac tridimensional sau fază lichidă faza de suprafață bidimensională), ceea ce duce la o scădere a entropia sistemului (S). Deoarece entalpia (Н) este legată de energia și entropia Gibbs prin ecuația Н = G + TS, ea scade în timpul adsorbției și, prin urmare, adsorbția este un proces exotermic.
Fenomenele de adsorbție sunt împărțite în două tipuri principale: adsorbția fizică și chimisorbția (sorbția bazată pe forțele interacțiunii chimice). adsorbție fizică cauzate de fortele interactiunii moleculare: dispersie si electrostatica. Forțele de dispersie au contribuția principală la energia de interacțiune a moleculelor. Astfel, moleculele oricărui adsorbant au dipoli și cvadrupoli fluctuanți, care provoacă abateri instantanee ale distribuției densității electronilor de la distribuția medie. Când moleculele adsorbante se apropie de atomii sau moleculele adsorbante, mișcarea dipolilor fluctuanți capătă un caracter sistematic și strict ordonat, ceea ce duce la apariția atracției între ei. Într-un număr de cazuri, forțele de dispersie sunt sporite de forțele electrostatice - de orientare și de inducție. Forțele de orientare apar în timpul interacțiunii moleculelor polare cu o suprafață care conține sarcini electrostatice (ioni, dipoli), iar forțele de inducție sunt cauzate de o modificare a structurii electronice a moleculelor adsorbant și adsorbant sub acțiunea reciprocă.
Spre deosebire de adsorbția fizică, chimisorbtie nu se păstrează individualitatea adsorbantului și adsorbantului. Când moleculele adsorbantului se apropie de suprafața adsorbantului, electronii componentelor care interacționează sunt redistribuiți cu formarea unei legături chimice. Dacă adsorbția fizică poate fi comparată cu condensarea, atunci chimisorbția este considerată un proces chimic care are loc la interfață.
Adsorbția fizică și chimisorbția pot fi distinse pe baza valorii numerice a căldurii de adsorbție. Căldura de adsorbție a componentelor gazelor industriale este proporțională cu căldura de condensare a acestora și nu depășește 85-125 kJ/mol. Căldura de chimiosorbție a unui mol dintr-o substanță atinge câteva sute de kJ. Chemisorbția, de regulă, are loc într-un ritm scăzut; această circumstanță este adesea folosită pentru a o recunoaște. În plus, chimisorbția poate avea loc la temperaturi ridicate, când adsorbția fizică este neglijabilă. În timpul chimiosorbției, o schimbare bruscă și bruscă a capacității de absorbție a componentei extrase este caracteristică în timpul tranziției de la un adsorbant de o natură chimică la un adsorbant de altă natură. În timpul chimiosorbției, moleculele adsorbite nu se pot deplasa pe suprafața adsorbantului, poziția lor este fixă și o astfel de adsorbție se numește localizată. Adsorbția fizică poate fi fie localizată, fie nelocalizată. De obicei, pe măsură ce temperatura crește, moleculele devin mobile și natura procesului se schimbă: adsorbția localizată devine nelocalizată.
Prelegerea #20
Adsorbţie se numește absorbția gazelor, vaporilor și lichidelor de către corpurile solide poroase, numite adsorbanți; substanta adsorbita intr-un gaz sau lichid se numeste adsorbantși după trecerea sa la faza de adsorbție, adsorbat. Adsorbanții utilizați în practică au o suprafață interioară foarte dezvoltată (până la 1000 m 2 /g), care se formează prin tratament special sau sinteza materialelor solide.
Mecanismul procesului de adsorbție diferă de mecanismul de absorbție, deoarece extracția unei substanțe este efectuată mai degrabă de un absorbant solid decât de un lichid.
Adsorbția este împărțită în două tipuri: fizică și chimică. adsorbție fizică se datorează în principal forțelor van der Waals de suprafață, care se manifestă la distanțe mult mai mari decât dimensiunile moleculelor adsorbite; prin urmare, mai multe straturi de molecule de adsorbat sunt de obicei reținute pe suprafața adsorbantului. La adsorbție chimică substanța absorbită intră în interacțiune chimică cu adsorbantul cu formarea de compuși chimici convenționali pe suprafața sa.
Forțele atractive apar pe suprafața adsorbantului datorită faptului că câmpul de forță al atomilor și moleculelor de suprafață nu este echilibrat de forțele de interacțiune ale particulelor învecinate. Conform naturii fizice, forțele de interacțiune dintre moleculele substanței absorbite și adsorbant sunt în principal dispersive, iau naștere din cauza mișcării electronilor în moleculele care se apropie. Într-un număr de cazuri de adsorbție, forțele electrostatice și inductive, precum și legăturile de hidrogen, sunt de mare importanță.
Umplerea suprafeței adsorbantului cu un adsorbat echilibrează parțial forțele de suprafață și, ca urmare, reduce tensiunea superficială (energie de suprafață specifică liberă). Prin urmare, adsorbția este un proces spontan, al cărui curs este însoțit de o scădere a energiei libere și a entropiei sistemului.
Procesele de adsorbție sunt selective și reversibile. Procesul invers de adsorbție se numește desorbtie, care este folosit pentru a elibera substanțele absorbite și pentru a regenera adsorbantul.
Este cel mai rațional să se utilizeze adsorbția pentru tratarea amestecurilor cu o concentrație scăzută de substanțe extractibile. În acest caz, durata aparatului de adsorbție crește - adsorbant– în stadiul de adsorbție corespunzătoare înainte de trecerea acesteia la desorbție.
Exemple tipice de adsorbție sunt uscarea gazelor și lichidelor, separarea amestecurilor de hidrocarburi, recuperarea solvenților, tratarea emisiilor de ventilație și a apelor uzate etc. Recent, importanța adsorbției a crescut semnificativ, mai ales în legătură cu soluționarea problemelor de mediu și a problemelor de obținere a unor substanțe foarte pure.
8.1. Principalii adsorbanți industriali și proprietățile acestora
Principalii adsorbanți industriali sunt corpuri poroase cu un volum mare de micropori. Proprietățile adsorbanților sunt determinate de natura materialului din care sunt fabricați și de structura internă poroasă.
În adsorbanții industriali, cantitatea principală de substanță absorbită este absorbită pe pereții microporilor ( r < 10–9 м). Роль переходных пор (10–9 < r < 10–7 м) и макропор (r> 10–7 m) se reduce în principal la transportul substanței adsorbite la micropori.
Adsorbanții se caracterizează prin absorbţie, sau adsorbţie, abilitate determinată de concentrația maximă posibilă a adsorbantului pe unitatea de masă sau de volum a adsorbantului. Valoarea capacității de absorbție depinde de tipul de adsorbant, de structura sa poroasă, de natura substanței absorbite, de concentrația acesteia, de temperatură, iar pentru gaze și vapori - de presiunea parțială a acestora. Capacitatea maximă posibilă de absorbție a adsorbantului în condiții date este denumită în mod convențional activitate de echilibru.
În funcție de compoziția chimică, toți adsorbanții pot fi împărțiți în carbonȘi non-carbon. Adsorbanții de carbon sunt activ cărbuni (activați), materiale din fibră de carbon și unii combustibili solizi. Adsorbanții fără carbon includ silicageluri, alumină activă, geluri de alumină, zeoliți și roci argiloase.
Carbonii activați, constând din multe microcristale de grafit dispuse aleatoriu, sunt de obicei utilizați pentru a absorbi substanțele organice în purificarea și separarea lichidelor și gazelor (vaporilor). Acești adsorbanți sunt obținuți prin distilarea uscată a unui număr de substanțe care conțin carbon (lemn, cărbune, oase de animale, sâmburi de fructe etc.) pentru a elimina substanțele volatile. După aceea, cărbunele este activat, de exemplu, este calcinat la o temperatură de 850–900 °C, ceea ce duce la eliberarea porilor din substanțele rășinoase și formarea de noi micropori. Activarea se realizează și prin extragerea rășinilor din pori cu solvenți organici, oxidarea cu oxigen atmosferic etc. O structură mai uniformă a cărbunilor se obține prin activarea lor prin metode chimice: prin tratarea lor cu soluții de sare fierbinte (de exemplu, sulfați, nitrați). , etc.) sau acizi minerali (sulfuric, nitric etc.).
Suprafața specifică a cărbunelui activ este foarte mare și se ridică la 6×105–17×105 m2/kg, iar densitatea lor în vrac este de 200–900 kg/m3. Cărbunii activați sunt utilizați sub formă de particule de formă neregulată cu dimensiunea de 1–7 mm, cilindri cu diametrul de 2–3 mm și înălțime de 4–6 mm și pulbere cu o dimensiune a particulelor mai mică de 0,15 mm. Ultimul tip de cărbune activ este folosit pentru a separa soluțiile.
Principalele dezavantaje ale cărbunelui activ sunt inflamabilitatea lor și rezistența mecanică scăzută.
Silicagel - gel de acid silicic deshidratat () - este folosit pentru adsorbția compușilor polari. Se foloseste in procesele de uscare a gazelor si lichidelor, in separarea substantelor organice in faza gazoasa si in cromatografie. Silicagelul se obține prin tratarea unei soluții de silicat de sodiu (sticlă solubilă) cu acid sulfuric (uneori acid clorhidric) sau cu soluții de sare acide. Gelul rezultat este spălat cu apă și uscat până la un conținut final de umiditate de 5-7%, deoarece gelul de silice are cea mai mare capacitate de adsorbție la acest conținut de umiditate. Suprafața specifică a gelului de silice este de 4×105–7,7×105 m2/kg, densitatea în vrac este de 400–800 kg/m3. Dimensiunea particulelor de formă neregulată variază într-un interval destul de larg - de la 0,2 la 7 mm.
Avantajele gelurilor de silice includ incombustibilitatea lor și rezistența mecanică mai mare decât carbonul activ. Dezavantajul gelurilor de silice în comparație cu carbonii activi este, pe lângă suprafața lor specifică inferioară, o scădere bruscă a capacității de absorbție față de vaporii de substanțe organice în prezența umidității.
În ceea ce privește proprietățile de sorbție, gelul de silice este aproape adiacent alumogeluri obţinut prin tratarea termică a hidroxidului de aluminiu la temperaturi de 600–1000 °C. Porii sorbantului obținut (92%) au un diametru de 1–3 nm, o suprafață specifică de 2×10 5 –4×10 5 m 2 /kg; densitatea în vrac a unui astfel de sorbant este de 1600 . Alumogelurile sunt utilizate pentru uscarea gazelor, purificarea soluțiilor apoase și a uleiurilor minerale, utilizate ca catalizatori și purtători ai acestora.
Zeoliții sunt minerale naturale sau sintetice care sunt aluminosilicați apoși care conțin oxizi de metale alcaline și alcalino-pământoase. Acești adsorbanți se disting printr-o structură regulată a porilor, ale cărei dimensiuni sunt proporționale cu dimensiunile moleculelor absorbite. O caracteristică a zeoliților este că suprafețele de adsorbție sunt interconectate prin ferestre cu un anumit diametru, prin care doar moleculele mai mici pot pătrunde. Aceasta este baza pentru separarea amestecurilor cu molecule de diferite dimensiuni, care a fost motivul denumirii zeoliților. Site moleculare.
Pentru separarea amestecurilor de gaze, zeoliții sunt utilizați sub formă de bile sau granule cu dimensiuni cuprinse între 1 și 5 mm, iar pentru separarea amestecurilor lichide - sub formă de pulbere cu granulație fină.
Zeoliții sunt folosiți în special pentru uscarea profundă a gazelor și lichidelor, în purificarea și separarea amestecurilor de substanțe cu greutăți moleculare similare, precum și ca catalizatori și purtători ai acestora.
Pentru purificarea lichidelor de diverse impurități, rocile naturale de argilă sunt folosite ca adsorbanți. Pentru activarea lor, aceste argile se tratează cu acizi sulfuric sau clorhidric şi se obţine un adsorbant cu o suprafaţă specifică a porilor de ordinul (1,0÷1,5)·10 5 m 2 /kg. De asemenea, unele tipuri de turbă pot fi folosite pentru purificarea lichidelor.
Rețineți că adsorbanții sunt, de asemenea, caracterizați prin activitate statică și dinamică. Sub activitate staticăînțelegeți cantitatea de substanță absorbită de o unitate de masă sau de volum a adsorbantului de la începutul adsorbției până la stabilirea echilibrului. Acest tip de activitate este determinat în condiții statice, adică. fără mișcarea unui amestec de gaze sau soluție. Când amestecul se deplasează prin stratul de adsorbant, după o anumită perioadă de timp, adsorbantul încetează să absoarbă complet componenta extrasă, iar această componentă „se scurge” cu o creștere ulterioară a concentrației componentului din amestec, părăsind stratul până la echilibru. este atins. Se numește cantitatea de substanță absorbită de o unitate de masă sau de volum a adsorbantului înainte de străpungere activitate dinamică adsorbant. Activitatea dinamică este întotdeauna mai mică decât cea statică, astfel încât cantitatea de adsorbant este determinată de activitatea sa dinamică.
Echilibru în adsorbție
Concentrația de echilibru (kg/kg de adsorbant pur) a substanței absorbite în adsorbant poate fi reprezentată în funcție de concentrație Cu si temperatura T:
sau în funcție de presiunea parțială R si temperatura Tîn cazul adsorbției gazelor:
Unde Cu este concentrația de adsorbat în faza vrac, kg/m3; R este presiunea parțială a adsorbantului în faza de vrac, Pa.
Între concentrare 
substanța adsorbită în amestecul de gaze și presiunea parțială a acestuia R, conform ecuației Clapeyron, există o proporționalitate directă:
Unde R este constanta gazului, J/(kg K).
Se numește dependență sau la temperatură constantă izotermă de adsorbție.
Izotermele de adsorbție sunt reprezentate de curbe a căror formă este determinată în principal de natura adsorbatului și adsorbantului și a structurii sale poroase. Din întreaga varietate de forme de izoterme pentru analiza proceselor de adsorbție, ar trebui să distingem convexe și concave (Fig. 8.1). Este important de menționat că segmentele inițiale ale izotermelor sunt liniare.
Dependențe de echilibru sunt descrise printr-un număr de ecuații empirice și teoretice. Cea mai fructuoasă pentru descrierea echilibrului proceselor de adsorbție a fost teoria umplerii volumului porilor, care a fost dezvoltarea teoriei potențiale a adsorbției.
Sub potențialul de adsorbție Aînțelegerea muncii efectuate de forțele de adsorbție în timpul transferului unui mol de adsorbat dintr-o fază gazoasă de echilibru prin presiune R pe suprafața filmului de adsorbție, presiunea deasupra căreia se presupune că este egală cu presiunea vaporilor saturați ai adsorbatului PSîn considerare T.
Orez. 8.1. Izoterme de adsorbție convexe și concave
Potențialul de adsorbție este exprimat prin relație
(8.2)
În timpul adsorbției, volumul microporilor V n este umplut cu un adsorbat, al cărui volum poate fi calculat din punct de vedere al valorii de adsorbție de echilibru:
(8.3)
Unde M este greutatea moleculară a adsorbatului; V este volumul molar al adsorbatului.
S-a stabilit că pentru diferite substanțe adsorbite pe același adsorbant, raportul potențialelor de adsorbție la aceleași valori V n constant și în mod egal coeficient de afinitate b, care este raportul dintre volumele molare în stare lichidă, sau parachore, ale unei substanțe date și standard, a cărei valoare se găsește în manual.
Pentru un număr de adsorbanți microporoși, distribuția diferitelor zone umplute de volume de adsorbție are forma unei distribuții gaussiene:
(8.4)
Unde W 0 este volumul total al microporilor; E este parametrul funcției de distribuție.
Prin rezolvarea în comun a ecuațiilor (8.2) și (8.3), ținând cont de coeficientul de afinitate, s-a obținut o ecuație care descrie izotermele de adsorbție pentru adsorbanții microporoși cu structură poroasă omogenă (zeoliți sintetici):
Pentru adsorbanți cu structuri microporoase complexe (silicagel microporos, cărbuni activi)
(8.6)
unde sunt constantele care caracterizează adsorbantul; T- temperatura.
Alături de relațiile bazate pe teoria umplerii volumului porilor, o serie de alte ecuații sunt folosite pentru a descrie echilibrul de adsorbție, dintre care ecuația Langmuir este cea mai cunoscută.
ADSORBŢIE(din latină ad-on, at și sorbeo-absorb), o modificare (de obicei o creștere) a concentrației de materie în apropierea suprafeței de separare a fazelor („absorbție la suprafață”). În cazul general, cauza adsorbției este intermolul necompensat. forțe în apropierea acestei suprafețe, adică prezența adsorbției Câmp de forță. Corpul care creează un astfel de câmp se numește. adsorbant, in-in, moleculele to-rogo pot fi adsorbite, iar d sorb t si in om, deja adsorbite. in-in-adsorbat. Procesul invers de adsorbție, numit. desorbtie.
Natura adsorbției forțe m. foarte diferit. Dacă acestea sunt forțe van der Waals, atunci se numește adsorbție. fizică, dacă valența (adsorbția este însoțită de formarea de compuși chimici de suprafață), - chimică, sau chimisorbția. Distinge. caracteristici ale chimisorbției - ireversibilitate, efecte termice ridicate (sute de kJ/mol), caracter activat. Între fizice si chimic. adsorbție, există mulți intermediari. cazuri (de exemplu, adsorbție datorită formării de legături de hidrogen). De asemenea, posibilă diferență. tipuri de fizice adsorbtie max. manifestare universală a dispersiei intermol. forțe de atracție, deoarece sunt aproximativ constante pentru adsorbanții cu suprafața oricărei substanțe chimice. natura (așa-numita adsorbție nespecifică). Fiz. adsorbția poate fi cauzată de electrostatic. forțe (reciprocă între ioni, dipoli sau cvadrupoli); în timp ce adsorbția este determinată de chem. natura moleculelor de adsorbție (așa-numita adsorbție specifică). Mijloace. rol în adsorbţie joaca si geometria suprafetei sectiunii: in cazul unei suprafete plane se vorbeste de adsorbtie pe o suprafata deschisa, in cazul unei suprafete usor sau puternic curbate, adsorbtie in porii adsorbantului.
În teoria adsorbției se face o distincție între statică (sistemul adsorbant-adsorbat este în echilibru termodinamic) și cinetică (nu există echilibru).
Statica de adsorbție
Deoarece atunci sistemul este în echilibru potențialele adsorbatului și ale adsorbatului sunt aceleași; entropia adsorbatului datorită scăderii mobilității moleculelor în timpul adsorbției este mai mică decât entropia adsorbatului. Prin urmare, cu un adsorbant inert, entalpia este întotdeauna negativă, adică. adsorbția este exotermă. Ținând cont de modificarea entropiei adsorbantului poate schimba această concluzie. De exemplu, în timpul sorbției de către polimeri in-in, în care polimerul se umflă, entropia acestuia din urmă (datorită unei creșteri a mobilității macromoleculelor) poate crește atât de mult încât adsorbția devine endotermă. În viitor, articolul consideră doar exotermic. adsorbţie .
Există integrale, diferențiale, izosterice. și căldură medie de adsorbție. Căldura integrală Q este egală cu pierderea de entalpie (la V = const - energie internă) atunci când adsorbția se schimbă de la 1 la 2 (într-un caz particular, poate 1 \u003d 0): Q \u003d - (H 2 - H 1) Aceasta valoare se referă de obicei la masa adsorbantului și este exprimată în J/kg.
Există un alt mecanism care duce la suplimentare adsorbția adsorbanților sub valoarea lor critică. t-ry pe adsorbanți poroși la valori relativ mari ale p/p s . Aceasta este condensarea capilară. Dacă într-un por se formează un menisc adsorbat concav, condensarea începe în el la p/p s<1.
Согласно
ур-нию Кельвина:
unde este tensiunea superficială a adsorbatului, V este volumul său molar, r este raza de curbură a meniscului. Condensarea capilară duce la o creștere bruscă a izotermei de adsorbție. În acest caz, așa-numitul este adesea (dar nu întotdeauna) observat. adsorbţie histerezis, adică nepotrivire de adsorbție. și desorbește. ramuri ale izotermei. De regulă, acest lucru se datorează faptului că formele meniscurilor nu coincid în timpul adsorbției și desorbției.
Folosind teoria potențialului, M.M. Dubinin a propus și dezvoltat teoria umplerii volumetrice a microporilor (TOZM). S-a postulat că această teorie se aplică numai adsorbanților microporoși. O caracteristică a unor astfel de adsorbanți, în care dimensiunile liniare ale porilor sunt r1 nm, este că întregul volum al porilor lor este „umplut” cu adsorbanți. camp. Prin urmare, în timpul adsorbției, acestea sunt umplute nu în straturi, ci volumetric. Valoarea în cazul în cauză nu este de adsorbție. potențial și până la semnul substanței chimice. potențial de adsorbat, măsurat de la nivelul de substanță chimică. potenţialul unui lichid normal la acelaşi t-re. Întregul set de pori adsorbanți este împărțit în trei clase: micropori (r0,6 nm), mezopori (0,6 nm-20 nm) și macropori (r20 nm). Adsorbția în micropori are loc conform schemei TOZM, adică. volumetric, în mezopori - prin mecanismul de umplere strat cu strat, completat prin condensare capilară. Macropori în timpul adsorbției. echilibrul nu joacă niciun rol.
Introducerea conceptului de distribuție f-tsii a volumelor porilor pe valorile chimice. potenţial de adsorbat în ele, M.M. Dubinin și L. V. Radushkevich au primit ecuația pentru izoterma de adsorbție TOZM, care este de obicei scrisă ca o urmă. formă: 
unde p, E și a 0 sunt parametri (a 0 \u003d a pentru p \u003d p s). Dependență de temperatură a 0:
unde = -(da 0 /dT); a 0 0 \u003d a 0 la T \u003d T 0. Parametrii n și E sunt practic independenți de t-ry. În cele mai multe cazuri, n \u003d 2. Numai pentru cazurile în care căldurile inițiale de adsorbție sunt foarte mari, n\u003e 2. Pentru a recalcula izotermele de adsorbție de la un adsorbant la altul, se presupune aproximativ că E 1 /E 2 P 1 / P \u003d și că a 01 / a 02 V 1 /V 2, unde P i este un parachor, V i este volumul molar al adsorbantului.
Folosind noțiunea că într-un adsorbant real există pori de diferite dimensiuni și introducând distribuția valorilor E cu o dispersie egală cu F. Stekli, el a propus o generalizare a ecuației (23), numită ecuația Dubinin-Stöckli: 
Cinetica de adsorbție
Adsorbția, ca orice proces real, are loc în timp. Prin urmare, o teorie completă a adsorbției ar trebui să conțină o secțiune despre cinetica de adsorbție. Actul elementar de adsorbție se realizează aproape instantaneu (excepția este chimisorbția). Prin urmare, dependențele de timp ale adsorbției sunt determinate în principal. mecanism de difuzie, adică furnizarea unui adsorbant la locul de adsorbție. Dacă adsorbția pe o suprafață deschisă nu este instantanee, un astfel de proces are loc într-o regiune de difuzie externă; în acest caz, legile difuziei nu sunt specifice adsorbţiei. În cazul adsorbanților poroși, pe lângă ext. difuzia, un rol important incepe sa joace vnutr. difuzie, adică transferul adsorbantului în porii adsorbantului în prezența unui gradient de concentrație în ei. Mecanismul unui astfel de transfer poate depinde de concentrația de adsorbat și de mărimea porilor.
Există difuzie moleculară, Knudsen și de suprafață (Volmer). Difuzia moleculară se realizează dacă lungimea este liberă. gama de molecule din pori este mai mică decât dimensiunea porilor, lungimea Knudsen este dacă această lungime depășește dimensiunea porilor. În timpul difuziei la suprafață, moleculele se mișcă de-a lungul suprafeței adsorbantului fără tranziție la faza în vrac. Cu toate acestea, valorile coeficientului difuziile nu sunt aceleași pentru diferite mecanisme de difuzie. In multe cazuri, nu este posibil să se stabilească experimental cu exactitate cum are loc difuzia și, prin urmare, așa-numita. coeficient efectiv. difuzie care descrie procesul în ansamblu.
Principal experimental materialul pe cinetica de adsorbție este așa-numitul. cinetică curbă, adică f-tion \u003d a / a este egal cu \u003d f (t) unde este adsorbția relativă egală cu raportul dintre valoarea actuală a adsorbției a și a egală cu valoarea sa la momentul t. Pentru a interpreta cinetica curbă în cel mai simplu caz, se presupune că grăuntul adsorbant are o structură poroasă complet uniformă în volum (acest model se numește cvasi-omogen). Mijloace. ameliorarea modelului cvasiomogen – noţiunea că fiecare bob conţine regiuni cu pori din ce în ce mai mari. Difuzia într-un astfel de bob este descrisă de două dec. coeficienți.
In cazul unei suprafete deschise, luand modelul Langmuir, se obtine usor o cinetica. nivelul de adsorbție. Rata de apropiere a echilibrului este diferența dintre ratele de adsorbție și desorbție. Presupunând, ca de obicei în cinetică, că vitezele proceselor sunt proporționale cu concentrațiile substanțelor care reacţionează, avem:
unde k ads și, respectiv, k dec sunt constantele ratei. adsorbție și desorbție. Se presupune că presiunea în faza gazoasă este constantă. Când integrăm această ecuație de la t = 0 la orice valoare a lui t, obținem:
Prin urmare, pentru f avem:= egal. Deci avem in sfarsit:
unde k = k ads + k dec.
Efectul t-ry asupra vitezei de adsorbție este exprimat printr-o ecuație similară cu ecuația Arrhenius. Odată cu creșterea t-ry k anunțurile crește exponențial. Deoarece difuzia în porii adsorbantului este asociată cu depășirea activării. bariere, dependențele de temperatură ale k ads și k des nu sunt aceleași.
Cunoașterea ratelor de difuzie este importantă nu numai pentru teoria adsorbției, ci și pentru calcularea prom. adsorbţie proceselor. În acest caz, de obicei nu se ocupă de boabele individuale ale adsorbantului, ci de straturile lor. Cinetica procesului în strat este exprimată prin dependențe foarte complexe. În fiecare punct al stratului la un moment dat, cantitatea de adsorbție este determinată nu numai de tipul de ecuație a izotermei de adsorbție și de legile cineticii procesului, ci și de aerodinamică sau hidrodinamică. condiţii pentru curgerea gazului sau a lichidului în jurul cerealelor. Cinetica procesului în stratul adsorbant, spre deosebire de cinetica dintr-un singur bob, se numește. dinamica adsorbției, schema generală de rezolvare a problemelor este următoarea: se alcătuiește un sistem de diferențe. ur-ţiune în derivate parţiale, ţinând cont de caracteristicile stratului, izoterma de adsorbţie, caracteristicile de difuzie (coeficient de difuzie, tipuri de transfer de masă peste strat şi în interiorul boabelor), aero- şi hidrodinamice. caracteristicile fluxului. Sunt stabilite condițiile inițiale și la limită. Rezolvarea acestui sistem de ecuații, în principiu, conduce la valorile valorilor de adsorbție la un moment dat în timp la un punct dat al stratului. De regulă, analitic soluția poate fi obținută doar pentru cele mai simple cazuri; prin urmare, o astfel de problemă se rezolvă numeric cu ajutorul unui computer.
Într-un studiu experimental al dinamicii adsorbției, un curent de gaz sau lichid cu caracteristici specificate este trecut prin stratul de adsorbție și compoziția fluxului de ieșire este examinată în funcție de timp. Aspectul in-va absorbit pentru un strat numit. breakthrough, and the time to breakthrough - timpul acțiunii protectoare. Dependența concentrației acestui component în spatele stratului de timpul numit. curba de iesire. Aceste curbe servesc drept principale experimental material care face posibilă aprecierea tiparelor dinamicii de adsorbție.
Proiectarea hardware a proceselor de adsorbție
Sunt multe tehnologii. tehnici de adsorbție. proceselor. Ciclic larg răspândit. instalatii (periodice) cu pat fix de adsorbant, osn. nodul to-rykh - unul sau mai multe. adsorbante realizate sub formă de coloane goale umplute cu adsorbant granular. Fluxul de gaz (sau lichid) care conține componentele adsorbite este trecut prin patul de adsorbant până la străpungere. După aceea, adsorbantul din adsorbant este regenerat, iar fluxul de gaz este trimis către un alt adsorbant. Regenerarea adsorbantului include o serie de etape, dintre care principala este desorbția, adică. eliberarea materiei absorbite anterior din adsorbant. Desorbția se realizează prin încălzire, depresurizare în fază gazoasă, deplasare (de exemplu, cu apă ascuțită
