Основные уравнения равновесной адсорбции многокомпонентныx смесей веществ.

Практические задачи очистки и разделения газов методом адсорбции сводятся к процессам взаимодействия с адсорбентом не одного вещества, а двух и более. При изучении равновесной адсорбции многокомпонентных смесей резко возрастают трудности, связанные с увеличением числа переменных, характеризующих адсорбционное равновесие в многокомпонентных системах, по сравнению с адсорбцией чистых веществ. Состояние газовой смеси определяется давлением смеси, температурой и составом, поэтому статическая емкость адсорбента по каждому компоненту является функцией всех перечисленных параметров.

Основная задача теории адсорбции смесей заключается в определении термических уравнений для смеси по известным термическим уравнениям адсорбции компонентов. Эта задача может быть сведена к определению изотерм адсорбции смеси по изотермам адсорбции ее компонентов.

Теория равновесной адсорбции многокомпонентных газовых смесей развивалась в направлении обобщения концепций, ра:зработанных для случая адсорбции одного компонента на твердом адсорбенте. Е.Маркгем и А.Бентон обобщили классическую модель Ленгмюра на случай адсорбции бинарных смесей, сохранив постулаты, положенные в основу модели

 

a₁= a_m1 b₁р₁ / (1+ b₁р₁,+ b₂р₂) ;

a₂= a_m2 b₂р₂ / (1+ b₁р₁,+ b₂р₂).                                     (7.11)

Уравнения (7.11) содержат константы, определяемые по изотермам чистых газов. Позднее была показана ограниченность уравнений (7.11), в частности, согласно модели Ленгмюра должно выполняться условие а_м1 = а_м2 — с учетом этой поправки уравнения (7.11) часто применяют для практических расчетов адсорбации двухкомпонентных смесей на крупнопористых адсорбентах. Теория БЭТ была обобщена на случай адсорбции газовой смеси Т. Хиллом, а позднее Б.П. Берингом, ТОЗМ (в варианте Дубинина–Рушкевича) на случай адсорбции смеси паров — Б. П. Берингом,. В.В. Серпинским и С.И. Суриновой.

Уравнение адсорбции многокомпонентной смеси паров полученно в обобщенной теории объемного заполнения микропор. Величину суммарной адсорбции компонентов смеси по заданным равновесным парциальным давлениям р_i и индивидуальным изотермам адсорбции при той же температуре с учетом свойств объемных растворов этих компонентов можно определить по уравнению

,                                    (7.12)

х_i — молярная доля i-то компонента в адсорбционном растворе при парциальном давлении p_i; v_i - молярный объем компонента i в смеси; b_i — коэффициент аффинности компонента. Уравнение (7.12) позволяет определить только суммарную величину адсорбции компонентов. Для нахождения парциальных величин адсорбции необходимо еще одно уравнение, в качестве которого авторы использовали полуэмпирическое уравнение

a₁/a₁⁰ + a₂/a₂⁰ = 1.

Кинетика адсорбции.

Процесс адсорбции всегда происходит с конечной скоростью. Скорость поглощения вещества зависит от природы и пористости адсорбента, внешних параметров (температуры, давления и др.) и свойств самого вещества. Кинетика сорбции изучает скорость поглощения вещества единичными гранулами адсорбента или тонкими слоями толщиной в один слой гранул при постоянных значениях р и Т. Зависимость величины адсорбции а от времени t называется кинетической кривой. В большинстве случаев для описания кинетики адсорбционного процесса может быть использована диффузионная модель перемещения адсорбтива в пористой среде.

Процесс адсорбции состоит из трех основных стадий:

§ внешней диффузии, или конвективного переноса адсорбата из потока к внешней поверхности зерен адсорбента через пограничный слой (внешнедиффузионнфй массообмен);

§ внутренней диффузии адсорбата в глубь пор поглотителя;

§ собственно процесса адсорбции на внутренней сорбирующей поверхности пор, протекающего практически мгновенно и поэтому обычно не учитываемого в расчетах.

⇐ Предыдущая14151617181920212223Следующая ⇒

Поделиться: