Комп’ютерний практикум 2014

Зміст

КОМП’ЮТЕРНИЙ ПРАКТИКУМ

1 Аналіз статики і динаміки адсорбції 1

2 Кінетика гетерогенно-каталітичних процесів. Визначення кінетичних параметрів за заданим механізмом 20

3 Розрахунок фізичних властивостей суміші газів 29

4 Макрокінетика гетерогенно-каталітичних процесів. зовнішньо-дифузійна область: Розрахунок окиснення аміаку 34

5 Макрокінетика гетерогенно-каталітичних процесів. внутрішньо-дифузійна область: розрахунок колони синтезу метанолу під середнім тиском 39

6 Розрахунок теплообміну в колоні синтезу аміаку 47

1Аналіз статики і динаміки адсорбції

Мета роботи: побудова і аналіз ізотерм адсорбції, розрахунок динамічних характеристик процесу в середовищах Excel і MathCad.

1.1Загальні положення

Одним з типових процесів у технології очищення газів та одним із перспективних сорбційних методів є адсорбція, яка здійснюється із застосуванням адсорбентів. Адсорбцію компонента на вільному центрі описує рівняння: .

Адсорбенти загалом – це тверді, зернисті, порошкоподібні формовані (гранульовані або таблетовані) або волокнисті матеріали, їм притаманна механічна міцність, хімічна стійкість.

Розрізняють фізичну, або адсорбцію Ван-дер-Ваальса, і хімічну адсорбцію, або хемосорбцію. Фізична адсорбція є завжди зворотною самочинною. При хемосорбції адсорбційні сили мають хімічну природу, при фізичній – міжмолекулярні. При хімічній адсорбції молекули адсорбтива (адсорбованого газу), зв’язані з адсорбентом міцними хімічними силами, не можуть пересуватись по поверхні адсорбенту. При фізичній адсорбції можуть мати місце як нелокалізована адсорбція так і локалізована (при підвищенні температури локалізована фізична адсорбція може переходить в нелокалізовану за рахунок зростання кінетичної енергії молекул).

Однією з характеристик адсорбції є залежність кількості адсорбованої речовини q від температури при постійних рівноважних тиску р (або концентрації с) – ізобара адсорбції. Залежність кількості адсорбованої речовини q від рівноважного тиску (концентрації) при постійній температурі – ізотерма адсорбції.

Ізотерми адсорбції зображуються кривими або , форма яких визначається природою адсорбату (не адсорбованого газу) і адсорбента та його пористою структурою. З усього різноманіття форм ізотерм для аналізу процесів адсорбції необхідно відзначити опуклу як таку, що відповідає найбільш ефективному процесу адсорбції.

Швидкість фізичної адсорбції на непористих адсорбентах зазвичай досить велика, тому досить часто виміряти її дуже важко. В багатьох випадках адсорбційна рівновага досягається за 10–20 с, причому 90–95 % адсорбтива зв’язується адсорбентом вже за 1–2 с. Практично приймається, що швидкість адсорбції визначається швидкістю, з якою адсорбтив досягає поверхні адсорбенту, тобто швидкістю дифузії.

Рівняння швидкості адсорбції зазвичай має вигляд:

,

(1)

де q_р  кількість адсорбованої речовини, що відповідає адсорбційній рівновазі при даних умовах;

q  кількість речовини адсорбованої до часу ;

k– константа швидкості.

Фізична суть цього рівняння досить зрозуміла: чим ближче система до рівноваги або чим більша насиченість поверхні, що характеризується множником , тим повільніше йде адсорбція. Константа k залежить від розміру адсорбуючої поверхні та від коефіцієнту дифузії адсорбтива.