Задачи № 51–60

51. Рассчитать оптимальное значение рН и выбрать диапазон температур (0–5С, 10–15С, 20–25С), при которых активированный уголь максимально будет поглощать из растворов фенол и анилин.

52. Предскажите, что будет эффективнее адсорбироваться активированным углем из растворов: а) молочная или муравьиная кислота; б) метиламин или этиламин? Ответ обосновать.

53. Объясните, что лучше адсорбируется из водных растворов на поверхности активированного угля – фенол или уксусная кислота?

54. Рассчитать оптимальное значение рН и выбрать диапазон температур (8–10С, 15–18С, 20–22С), с целью максимального поглощения активированным углем из растворов: а) мочевины; б) щавелевой кислоты.

55. Предполагается очистка растворов органических кислот: хлорноватистой, уксусной, и муравьиной. Расположить эти соединения в ряд по убыванию степени очистки активированным углем, если начальные концентрации их одинаковы. Каковы оптимальные значения рН?

56. Рассчитать оптимальное значение рН и выбрать диапазон температур (5–10С, 15–20С, 20–25С), при которых активированный уголь максимально будет поглощать из растворов гидроксиламин и гидрозин. Объяснить причину.

57. Объясните, что лучше адсорбируется на поверхности активированного угля – молочная кислота или мочевина, если раствор: а) щелочной; б) кислый.

58. Предполагается очистка растворов органических оснований: гидроксиламина, этиламина и мочевины. Расположить эти соединения в ряд по убыванию степени очистки активированным углем, если начальные концентрации их одинаковы. Каковы оптимальные значения рН?

59. Подберите условия (рН, t) адсорбции активированным углем из растворов: а) щавелевой кислоты; б) пиридина.

60. Адсорбция бензойной кислоты на поверхности активированного угля велась при рН = 6,5 и t = 20С. Эффективность очистки составила 30%. Как надо изменить условия, чтобы повысить степень очистки?

6. Абсорбция

Абсорбцией называется процесс поглощения газа или пара жидким поглотителем (абсорбентом). Обратный процесс – выделение поглощенного газа из поглотителя – называется десорбцией.

Состояние газа характеризуется его температурой, давлением и объемом.

Растворимость газов в жидкости подчиняется закону Генри: масса газа, растворенного при постоянной температуре в данном объеме жидкости, прямо пропорционально парциальному давлению газа:

Сi = kpi ,

(6.1)

где С_i – массовая, или молярная, концентрация газа в насыщенном растворе:

Сi = или Сi = ,

(6.2)

где G_i, n_i – соответственно масса и число молей растворенного i-го газа в объеме жидкости V_ж;

р_i – парциальное давление газа в смеси;

k – коэффициент Генри, зависит от природы газа и температуры.

При постоянной температуре справедливо следующее соотношение:

,

(6.3)

где С_i1, C_i2 – концентрации газа в насыщенном растворе соответственно при парциальном давлении i-го газа и .

При одинаковых условиях (t, Р) 1 моль любого газа занимает один и тот же объем и при нормальных условиях (0С, Р = 101, 325 кПа) он составляет 22,4 л.

Объем растворяющегося газа не зависит при данной температуре от парциального давления. Поэтому растворимость газов часто оценивают коэффициентом абсорбции, то есть объемом газа, растворенного в одном объеме растворителя с образованием насыщенного раствора (Приложение 4).

Состав газов как в газовой, так и в жидкой фазах может быть выражен в массовых, молярных и объемных долях.

Массовая доля (х_i) – это отношение масс содержащихся компонентов к массе всей фазы:

хА =

(6.4)

где G – масса всей фазы;

G_A, G_B, G_C, … – массы содержащихся в ней компонентов А, В, С, …

Следует учитывать, что: х_А + х_В + х_С + … = 1.

Молярная доля (N_i) – это отношение числа молей компонента в данной фазе к общему числу молей в этой фазе:

NА =

(6.5)

причем: N_A + N_B + N_C + … = 1,

где n_A, n_B, n_C – число компонентов в данной фазе;

n – общее число молей: n = n_A + n_B + n_C + …

nА =

(6.6)

где М_А, М_В, М_С, … – молекулярные массы компонентов.

Объемная доля (V_i) – это отношение парциального давления компонента к общему давлению смеси, или отношение объема занимаемого газа к общему объему газовой смеси:

VА = VВ = ; VС

(6.7)

причем: V_A + V_B + V_C + … = 1,

где V_А, V_В, V_С, … – объемы газов в смеси при давлении Р;

V – объем газовой смеси; V = V_A + V_B + V_C + …

р_A, р_B, р_C, … – парциальные давления газов в смеси;

Р – общее давление смеси Р = р_A + р_B + р_C + …

Пример 8. Коэффициенты абсорбции кислорода и азота при температуре, равной 0С, равны соответственно 0,049 и 0,023. Газовую смесь, содержащую 20% (об.) О₂ и 80% (об.) N₂ барботировали в воде при 0С до получения насыщенного раствора. Найти общий объем и соотношение объемов растворенных в воде газов.

Решение: коэффициенты абсорбции означают, что в 1 л воды растворяется соответственно 0,049 л О₂ и 0,023 л N₂.

Однако парциальные давления обоих газов составляют соответственно 0,2 и 0,8 от общего давления газовой смеси. Тогда объемы растворенных газов, приведенные к общему давлению (примем Р_общ = 1) будут:

0,049  0,2 = 0,0098 л = 9,8 мл О₂;

0,023  0,8 = 0,0184 л = 18,4 мл N₂ .

Общий объем растворенных газов составит

9,8 + 18,4 = 28,2 мл.

Соотношение объемов .

Ответ: соотношение объемов – 1,88.