Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Основы теории технологических процессов. Часть 2. Статический анализ г

.pdf
Скачиваний:
13
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
5.84 Mб
Скачать

- 61 -

Аналитически описать изотермы совместной адсорбции трудно•Известно уравнение Ленгмюра для многокомпонентной адсорбции:

 

 

 

 

 

Я * ______,

 

 

где

8 j

и

6Z

-

константы

распределения

для системы адсор­

 

 

 

 

 

бат - адсорбент при однок<?мпонентной

адсор­

 

 

 

 

 

бции.

 

 

 

 

Широко известно эмпирическое уравнение Льюиса:

 

 

 

 

 

 

a ,

a z

 

 

где

a f

и

аг

-

величины

адсорбции чистых компонентов

при

 

В

настоящее

парциальных давлениях

11 ^2 ~ Роби,

 

время проводятся широкие

исследования

для

теоретического описания изотерм совместной адсорбции. Наибо­ лее удобной для практических расчетов, термодинамически сос­ тоятельной и развитой является теория, разработанная Майер­ сом , Берингом и Серпинским. Она основывается на эксперимен­ тальной информации по индивидуальным изотермам адсорбции и равновесию хидкость-пар рассматриваемой сиотемы. По этому методу такие адсорбенты, как активные угли, .цеолиты, иными словами, микропористые адсорбенты, при адсорбции изменяют свой химический потенциал. Авторы вводят новую термодина­

мическую функцию £?-адсорбционный

потенциал, который для

индивидуальной

адсорбции определяется следующим уравнением:

 

 

*

п

 

 

1

где n i

число

адсорбированных молей;

 

^CL

число молей

адсорбента;'

 

 

pi

равновесное

давление

t

-того

компонента;

химический

потенциал

адсорбента, находящегося в

s *

равновесии

с газовой

фазой;

 

О

 

химический

потенциал

"чистого

адсорбента” .

Г а

При адсорбции смеси

/

-denP , =- ( f a - / a ) -

 

 

-

62

-

При

=

const по одному

из

вариантов расчета получаем

следующие уравнения, позволяющие вычислят* параметры сов-

местной

адсорбции из

бинарной

сиеси:

 

 

 

 

х

=

 

,

/

^

y<

,

 

■£

 

р °

— = I= Z ' p °

 

 

 

 

i

 

 

 

t

 

 

1

V -1

 

\i

 

-

p/

 

n

2

- * -n?

 

P x

V

 

 

 

 

 

t

 

л2 3 f

 

 

здесь

и

 

мольные доли

компонентов

в адсорбированной

и газовой фазе;

Р- общее давление; - коэффициент разделения;

/о>°- равновесное давление одного компонента, определяемое по индивидуальной изотерме в точке, в которой

функция

имеет то же значение, что и в рассматриваемой

точке при

адсорбции’ газовой смеси.

С точки зрения статического анализа многокомпонентной

.дсорбции при поглощении всех компонентов для достижения высокой емкости адсорбентов необходимо процесс проводить при пониженных температурах. Если ставится задача разделения компонентов смеси, то процесс должен быть обоснован по дан­ ным изотерм совместной адсорбции. Процесс десорбции необхо­ димо проводить при повышенных температурах, когда адсорбция крмпонентов практически равна нулю.

Резюмируя вышесказанное, можно выделить следующие этапы проведения статического анализа адсорбционных процессов:

I.Критическое рассмотрение литературных данных по изо­ термам адсорбции и анализ соответствующих им уравнений.

2•.Теоретические расчеты ^получение уравнения изотермы

адсорбции, если

его

нет,

проведение различных интерполяций

и экстраполяций,

расчет

изотерм

совместной адсорбции;.

3 .Определение

равновесных

адсорбционных характеристик

и их обоснование для конкретного процесса.

Пример. Провести статический анализ адсорбционного про­ цесса очистки воздуха от хлора.

Литературные данные по адсороции хлора на различных сорбентах приведены в табл.З.

 

С6г при 25

 

Т а б л и ц а

3.

 

Адсорбция

на

различных веществах

 

 

в % вес.

 

 

 

 

 

 

 

Сорбент

1

 

1

5

&cea . об Л

!

50

 

 

I

I

! 10

! 20

! 100

Н-ьэрИОНИТ

 

б

9,0

10,3

11,0

12,6

13,2

Н-морденит

 

3,8

8,5

9,3

10,0

12,0

13,1

Н-клиноптилолит

 

4,3

6,2

7,0

8,0

9,5

10,4

Силикагель КСД1

 

0,4

1,9

2,8

4,8

0,8

13,3

АГ - 3

 

8

12,5

15,5

19,5

26,5

33,0

СКТ

 

20

33,0

40,0

45,5

51,5

57,0

В литературе имеется обработка этих данных по уравнению Дубинина-Астахова. Знание основных параметров адсорбции (табл.4) позволяет вычислять изотермы при любых температурах и проводить различные интерполяции и экстраполяции.

Т а б л и ц а 4. Основные параметры адсорбции

Сорбент

! £0 , ккал/ моль !

п

Н-эрионит

2,0

4,1

Н-морденит

3,3

2,7

Н-клиноптилолит

2,87

2,2

Силикагель КСМ

1,05

1.2

СКТ

3,78

2,3

АГ - 3

2,67

2,0

Очистка воздуха от хлора предполагает проведение про­ цесса адсорбции в области малых концентраций хлора.Исполь­

зуя уравнение Дубинина-Астахова, получим данные

по величи­

нам адсорбции при 25°С, в % вес.(таб л .5 ).

 

Т а б л и ц а

5.

Данные по адсорбции, полученные по уравнению

___________________Дубинина-Аотахова в % вео______________

.-Адсорбент

1

С & г

.о б Л _______________

___________________1 0.0001

10.001

j 0.01

1

0.1

Ц-эрионит

0,003

0,003

0,32

 

1,2

Н-клиноптилолит

0,002

0,02

0,24

 

1,2

Адсорбент

!

 

.

об«%

 

 

!

0.0001

! 0.001

! 0.01

! _ 0 J ____

Н-морденит

0,001

0,01

0,12

0,75

Силикагель

0,0001

0,001

0,6005

0,05

АГ -

3

0,001

0,01

0,10

3

СКТ

 

0,0015

0,015

0,15

3,2

Как видно из табл.5, лучшим адсорбентом, обладающим наибольшей емкостью при низких концентрациях хлора, является Н-эрионит.

Для конкретных условий очистки воздуха от хлора t =25°С,

^ с е ^ = О,01% адсорбционная емкость цеолита состовляет 0,32% вео.

 

Л И Т Е Р А Т У Р А

 

1 .

ГЕРАСИМОВ Я.И. и. др.Курс

физической химии, т .1 . М.,

Госхимиздат, 1963.

 

2 .

КАРАПЕТБЯЩ М.Х. Химическая термодинамика. М., Госхим­

издат,

1949.

 

3 .

ДРЕВИНГ В.П. Правило фае. М., Изд--во МГУ, 1954.

4 .

КРЕСТОВНИКОВ-А.Н., ВИГДОРОВИЧ В.Н. Химическая термоди­

намика.

М.,"Металлургия.", 1973.

 

5 .

СТ0Р0НКИН А.В. Термодинамика

гетерогенных систем, ч .З .

Л. Изд-гво ЛГУ, 1969.

 

6 .

ФАСТ0ВСКИЙ В.Г. Разделение газовых смесей. М-Л.,Гостех-

издат,

1947.

 

7 .

СЕМЕНОВА Т.А. и др. Очистка технологических газов.М .,

"Химия", 1969.

 

8 .Mazson a .Siacx.

Ю15 (1925).

9 «ЭПШТЕЙН Д.А. Химия и технология

связанного азота. М.,

ОНТИ, 1935.

 

10.АТРОЩЕНКО В.И ., КАРГЦН С.И. Производство азотной кислоты.

М., Госхимиздат, 1949.

 

П.ГЕРШ С.Я.'Глубокое охлаждение,

М.,Госэнергоиздат, 1947.

12.ВИКТОРОВ М.М. Графические расчеты в технологии неоргани­ ческих веществ. Л.,"Химия",1972.

 

 

 

- 65 -

 

 

13.ПСШН М.Е. Технология минеральных солей. Л ., Госхим-

издат, 1961.

 

 

 

 

14.

КАСАТКИН А.Г. Основные процессы и аппараты химической

технологии. М., Госхимиздат, I960.

 

 

15.

МАЛИН К.М. и др. Технология серной кислоты. М.,Госхим-

издат, 1950.

 

 

 

 

16.

ТЕ-ПАН-ГО. Производство -соды. М.,Госхимиздат,1956.

17.ЧЕРНОВ В.Ф. Производство кальцинированной соды. М.,

Госхимиздат, 1956.

 

 

 

 

18.

Справочники по растворимости солевых.систем. Составители

А.Б.3ДАНОВСКИЙ, Е.И.ЛЯХОВСКАЙ, Р.Э.ШЛЕЙМОВИЧ, ч.1,П. М-Л, Гос-

химиэдат, 1953 ( и более новые).

 

 

19.

КОГАН В.Б. Справочник по растворимости ( в 3-х томах).

Л.,'"Н аука”, 1970.

 

 

 

 

20.

Справочник химика, т.Ш.,М-Л, "Химия",1964.

21.

КРИЧЕВСКИЙ

и .Р . Фазовые

равновесия в растворах при

высоких давлениях,

м.,Госхимиздат, 1952.

 

 

22.

У Ш е £ га лс(^ .Л .^сеМ R V . $ Ъ е<So£u6i&ti& o f

 

nonexact'lofyt&s, РъепИсе -

1950.

 

23.

ЛЕЙТИС И.ЛМ ИВАНОВСКИЙ Ф.П. "Химическая промышленность"

1962, fe 9.

 

 

 

 

24.

ЛЕЙТИС И.Л., ИВАНОВСКИЙ Ф.П.,

ЖФХ, 3 ^

1965, fe 6.

25•

yiiScLeS'cand

S c o tt ft. it. Qaou£a/t

S o lu tio n *

P % efvU ce-X a £ f,

1Эв2^

 

 

 

26.

ПЛАН0ВСКИЙ A.H., НИКОЛАЕВ П.И. Процессы и аппараты хими­

ческой'

и нефтехимической

технологии. И., "Химия", 1972.

27 .

АНОСОВ В .Я ., ПОГОДИН С.А. Основные начала фивико-химичес

кого анализа. М»-Л, АН СССР, 1947.

 

 

28.

АМИР0ВА С.А. Основы теории технологических процессов,ч.1

ППИ, 1971.

 

 

 

 

29.

КОГАН В .Б .,

ФРИДМАН В.М., КАФАРОВ В.В. Равновесие между

жидкостью и паром. М-Л, "Наука", 1966.

 

 

С О Д Е Р Ж А Н И Е

ВВЕДЕНИЕ....................................................................................

Общая схема статического анализа гетерогенных физи­ ческих процессов технологии неорганических веществ . .

Понятие о правиле фаз Гиббса и основах физико-хими­ ческого а н ал и за ................................................................................

Статический анализ гетерогенных физических процессов в однокомпонентных системах . •

Статический анализ гетерогенных физических процессов в многокомпонентных системах пар-жидкость .

Двухкомпонентные системы

 

Трехкомпонентные с и с т е м ы .................

. . .

Статический анализ гетерогенных процессов в системах

газ-ж идкость....................................................................................

 

Общая схема анализа процессов

абсорбции и десорб­

ции •

Статический анализ процессов физической абсорб­ ции .........................................................................................................

Статический анализ хемосорбционных процессов Статический анализ гетерогенных процессов в системах

твердое тело-газ ЛИТЕРАТУРА

3

4

81

16

24

26

35

38

39

43

47

£ 8

С,А, Амирова, С.В. Островский. Основы теории технологи­ ческих процессов. Часть П. Статический анализ гетерогенных физических процессов технологии неорганических веществ (сис­ темы пар (газ) - жидкость, твердое тело - г а з ) . Курс лекций.

Отв. редактор канд.техн.наук, доцент Р .Г . Кефер

Лит. редактор Н.Г. Заженина

Техцф, редактор Г.Я. Шилоносова

Корректор Т.А. Зыкова

Сдацо в набор 29.17.75 г . Подписано к печати 16.ХЯ. 76 г . ЛБ 06403. Формат 60x84/16.

Бум, тип. №3. Печ. л. 4,25. Уч.-изд. 3,348. Тира* 150. Заказ 240. Цена I руб.20 коп.

Редакционно-издательский отдел Пермского университета. 614022. Пермь, ул. Букирева, 15.

Редакционно-издательский отдел Пермского политехнического института. 614000. Пермь, Комсомольский проспект, 29а.

Ротапринт Пермского политехнического институт