Адсорбция

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 4 бет
Таңдаулыға:

Дәріс №

Адсорбция

Адсорбция туралы жалпы мәліметтер және оның қолдану облыстары.
Өнеркәсіптік адсорбенттер, олардың құрылымы мен қасиеттері.
Адсорбция кезіндегі тепе-теңдік. Адсорбция изотермасы.
Адсорбция жылдамдығы. Тепе-теңдік және тепе-теңдік емес адсорбция динамикасы.
Десорбция, оны жүргізу тəсілдері.
Ион алмасу.

1. Адсорбция - кезекті беттердің-адсорбенттердің газдарды, буларды және сұйықтарды сіңіріп процесі.

Адсорбция процесі талғамды және қайтымды. Әрбір сіңіргіш басқа заттарды сіңірмей, тек белгілі бір заттарды сіңіріп қабілетіне ие болады және сіңірілген зат сіңіргіштен десорбция-адсорбцияға кері процеспен бөлінуі мүмкін.

Адсорбция процесі қозғалмайтын немесе дəнді адсорбенттің жылжымалы қабатында, не псевдосұйытылған қабатты жүруі мүмкін. Псевдосұйытылған адсорбенттер аппарат ішінде “стационар” қабат түрінде немесе аппарат арқылы циркуляциялануы мүмкін.

Қозғалатын, əсіресе псевдосұйытылған қабаттағы адсорбция қозғалмайтын қабатқа қарағанда интенсивтірек жүреді және қоспадағы компоненттерді толығымен сіңіреді. Сондықтан адсорбция "кедей" қоспаларды, сіңірілетін заттың концентрациясы өте аз, сонымен қатар химиялық және физикалық қасиеттерін ұқсас компоненттерден тұратын қоспаны бөлудің тиімді тәсілі болып табылады. Адсорбцияны газ тәрізді компоненттердің қоспасын бөлісу үшін, бу-газды қоспалардан құнды газдарды ұстап қалу үшін, еркіндігі ластаушы қоспалардан тазарту үшін, контактілі толықтыру алдында аммиакты тазарту үшін, табиғи газды кептіру үшін, синтетикалық каучук өндірісінде мономерлерді бөлу және тазарту үшін, кокс газынан ароматты компоненттерді бөлу үшін және басқа да көптеген мақсаттарда қолданады.

Адсорбция процестері көбіне гетерогенді катализбен қатар жүреді, мысалы SO ₂ -ні SO ₃ -ке Pt бетінде катализаторының бетінде катализаторлық толықтыру.

Адсорбция физикалық және химиялық адсорбцияға бөлінеді. Физикалық адсорбция адсорбат пен адсорбенттің массаларының өзара тартылуымен жүреді. Олар Вандер Ваальс күштерінің әсерінен жүреді және адсорбцияланатын заттың сіңіргішпен химиялық əрекеттесуі болмайды. Химиялық адсорбцияда сіңірілетін зат пен сіңіргіштің беттік молекулаларының арасындағы химиялық реакция нәтижесінде химиялық байланыс пайда болады.

Буларды сіңіру процесінде адсорбция адсорбент кеуектерінің судың конденсациялануы нәтижесінде пайда болатын сұйықпен бітелуі жүреді. Конденсация капиллярдағы сұйықтың беттік керілу күштерінің әсерінен бу қысымының төмендеуі нәтижесінде жүреді.

2. Адсорбент ретінде заттың бірлік маасасына бөлінген меншікті беті үлкен қатты кеуекті заттар қолданады.

Адсорбент саңылауы шартты түрде макросаңылау ( >2*10 ^-4 мм), өтпелі саңылау (6*10 ^-6 - 2*10 ^-4 мм), микросаңылау (2*10 ^-6 - 6*10 ^-6 мм) болып бөлінеді. Адсорбция процесінің сипаты саңылау өлшемдерімен анықталады.

Макросаңылаулар адсорбенттік молекулалар үшін тасымалдау каналдарының рөлін атқарады. Өтпелі саңылаулардың бетінде адсорбция процесінде адсорбцияланатын заттың мономолекулалық және полимолекулалық қабаттары түзіледі. Микросаңылаулардағы адсорбция олардың көлемінің толуына әкеледі.

Адсорбенттер сіңіргіштік қабілетімен сипатталады. Ол адсорбенттің көлем немесе масса бірлігіндегі адсорбтив концентрациясымен анықталады. Адсорбенттің сіңіргіштік қабілеті t мен p-ға, сіңірілетін заттың концентрациясына байланысты. Берілген жағдайлардан адсорбенттің максималды мүмкін сіңіргіштік қабілеті оны тепе-теңдік активтілігі деп атайды.

Өнеркәсіпте қолданылатын адсорбенттер: белсендірілген көмір, силикагель, цеолиттер, синтетикалық ион алмасу смолалары.

Белсендірілген көмір көміртекті заттарды құрғақ айдау жолымен алынады және алынған көмірлерді t ≤ 900°C қақтау, смолаларды органикалық еріткіштермен экстрагирлеу жолымен, ауадағы оттегімен тотықтыру жолымен активтеледі көбіне активтеуші заттар енгізеді(ZnCL ₂ ерітінділері, қышқылдық сілтілер) .

Белсендірілген көмірдің меншікті беті 600-1700 м ² /сағ. Газдар мен буларды адсорбциялауға арналған белсендірілген көмір гранулаларының өлшемдері 1-5 мм (БАУ) және 1, 5-2, 7 мм (СКТ) . Себілу тығыздығы 350 г/см ³ (БАУ) және 380-450 г/см ³ (СКТ) .

Белсендірілген көмір органикалық заттардың буын суға қарағанда жақсы сіңіреді, бірақ белсендірілген көмірдегі ылғал мөлшері жоғарыласа, олардың органикалық заттарды сіңіру қабілеті төмендейді. Олар ұшқыш ерітінділерді рекуперациялауға қолданылады. Кемшілігі - жанғыштығы.

Силикагельдер Na ₂ SiO ₃ ерітілген минералды қышқылдармен немесе олардың тұздарының қышқыл ерітінділермен өңдеу жолымен алынатын кремний қышқылының гелін сусыздандыру өнімдері болып табылады.

Силикагельдің меншікті беті 400 -770 м ² /сағ. Гранулалардың өлшемі 0, 2-7 мм. Себілу тығыздығы 100-800 кг/м ³ .

Силикагельдер газдарды кептіру үшін қолданылады. Ылғал мөлшері жоғарлаған сайын органикалық заттардың буларына қатысты сіңіру қабілеті өте төмендейді, артықшылығы-жанбайды, механикалық беріктігі жоғары.

Цеолиттер - табиғи немесе синтетикалық материалдар, периодтық жүйенің I және II тобы элемент катионының сулы алюмосиликаттары. Өнеркәсіптік адсорбенттері ретінде синтетикалық цеолиттер қолданылады. Кейбір цеолиттің молекулалық електі қасиетін өндірісте кейбір заттарды бөлу үшін жиі қолданылады, мысалы нормаль және изопарафемді компоненттер.

Суға қатысты цеолиттің сіңіру қабілеті жоғарылаған сайын газдарды кептіру және тазарту үшін қолданылады. Гранулаларының өлшемі 2-5мм.

И ониттер - табиғи немесе синтетикалық бейорганикалық және органикалық заттар. Табиғи: цеолиттер, сазды минералдар, қазба көмірлер, т. б. Синтетикалық: балқыған цеолиттер, молекулалық електер, белсендірілген минералдар және органикалық заттар.

Иониттер суда және басқа қарапайым еріткіштерде ерімейді және сіңіргіш әрекетінен электролит ерітіндісінен ионның эквивалентті мөлшерімен алмасуға қабілетті жылжымалы иондары бар.

Иониттер: аниониттер(қышқыл белсенірілген топтары бар), катиониттер(негізгі белсендірілген топтары бар), амфотерлі иониттер.

Анионды алмасу реакциясы: 2RCl + Na ₂ SO ₄ ↔︎ R ₂ SO ₄ + NaCl

Катионды алмасу реакциясы: 2NaR + CaCl ₂ ↔︎ CaR ₂ + 2NaCl

Көптеген иониттердің қасиеттері олардың сулы ерітінділерде ісінуге қабілеттілігімен байланысты. Ион алмасу смолалары алмасу сыйымдылығы, талғамдылығы, химиялық тұрақтылығы және механикалық беріктігі жоғарылаған сайын иониттер ретінде жиі қолданылады.

Тепе-теңдік жағдайда адсорбенттің көлем немесе масса бірлігінде адсорбцияланатын зат мөлшері бу-газ қоспасына немесе ерітіндегі адсорбтив температурасына және концентрациясына байланысты.

Адсорбциялық тепе-теңдік орнағанда адсорбцияланатын зат концентрациясы Х пен адсорбентпен жанасатын фазадағы концентрациясы Y арасында белгілі бір тәуелділік орнайды.

$X = AY^{\frac{1}{n}}$

А мен n -тәжірибе жолымен анықталатын коэффициенттер.

Бұл тәуелділік белгілі бір температураға сәйкес келеді және адсорбция изотермасы деп аталатын қисықпен беріледі. Адсорбцияға тән изотермалар 1-суретте көрсетілген.

Адсорбция изотермасы тәжірибе жолмен анықталады. Адсорбция изотермасының түрі адсорбенттің меншікті бетіне, саңылаулардың көлеміне, өлшемдері бойынша таралуына, адсорбент құрылысының сипатына, сіңірілетін заттың қасиетіне, процесс температурасына байланысты.

2-суретте СО-ң көмірдегі әр түрлі температурадағы адсобциялық изотермасы келтірілген(с-газ қоспасындағы СО концентрациясы; а - сіңірілген СО мөлшері ммоль/г сіңіргіш) .

Температура мен қысым төмендеген сайын адсорбцияланатын зат мөлшері жоғарылайды. Адсорбция кезінде бөлінетін жылу тәжірибе жүзінде анықталады. Десорбция процесінде осы факторлар кері бағытта әсер етеді. Температура жоғарылап және қысым төмендеген сайын және адсорбент бетінен сіңірілетін заттарды ығыстыратын зат буын өткізгенде десорбция жылдамдайды.

4. Адсорбцияның уақыт бойынша жүру сипаты оның периодты және үздіксіз жүруіне байланысты. Адсорбция қатты фазамен жүретін масса алмасу процесіне жатады және келесі теңдеулермен сипатталады:

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.