dveře 

Schéma zapojení pro připojení kotle kiturami sts 17. Plynové topné kotle Kiturami - umění vytápění z Jižní Koreje. Pravidla instalace a provozu

Základní pojmy

Absorbovaná látka, která je stále v objemu fáze, se nazývá adsorbent, vstřebáno - adsorbát. V užším slova smyslu je adsorpce často chápána jako absorpce nečistoty z plynu nebo kapaliny pevnou látkou (v případě plynu a kapaliny) nebo kapalinou (v případě plynu) - adsorbent . V tomto případě, stejně jako v obecném případě adsorpce, se nečistota koncentruje na rozhraní adsorbent-kapalina nebo adsorbent-plyn. Proces, který je opakem adsorpce, tedy přenos látky z rozhraní do objemu fáze, se nazývá desorpce. Jsou-li rychlosti adsorpce a desorpce stejné, mluví se o zřízení adsorpční rovnováha. V rovnovážném stavu zůstává počet adsorbovaných molekul konstantní po libovolně dlouhou dobu, pokud se nemění vnější podmínky (tlak, teplota a složení systému).

adsorpce a chemisorpce

Na rozhraní mezi dvěma fázemi kromě adsorpce, která je způsobena především fyzikálními interakcemi (především jde o Van der Waalsovy síly), můžeš jít chemická reakce. Tento proces se nazývá chemisorpce. Jasné rozlišení mezi adsorpcí a chemisorpcí není vždy možné. Jedním z hlavních parametrů, kterými se tyto jevy liší, je tepelný účinek: například tepelný účinek fyzikální adsorpce se obvykle blíží teplu zkapalňování adsorbátu, zatímco tepelný účinek chemisorpce je mnohem vyšší. Navíc na rozdíl od adsorpce je chemisorpce obvykle nevratná a lokalizovaná. Příkladem mezilehlých možností, které kombinují vlastnosti adsorpce a chemisorpce, je interakce kyslíku na kovech a vodíku na niklu: nízké teploty adsorbují se podle zákonů fyzikální adsorpce, ale se stoupající teplotou začíná docházet k chemisorpci.

Podobné jevy

V předchozí části jsme diskutovali o případu heterogenní reakce probíhající na povrchu – chemisorpci. Existují však případy heterogenních reakcí v celém objemu, a to nejen na povrchu, jedná se o obvyklou heterogenní reakci. Absorpce v celém objemu může probíhat i působením fyzikálních sil – tento případ se nazývá pohlcování.

fyzikální adsorpce

Fyzikální adsorpční modely
Tvorba monovrstvy energetický diagram

Rýže. jeden: a) adsorbent, b) adsorbát, c) adsorbent (plynná fáze nebo roztok) Rýže. 2: a) adsorbent, b) adsorbát, c) plynná fáze, d - vzdálenost, E - energie, E b - adsorpční energie, (1) desorpce, (2) adsorpce
polykondenzace Selektivní adsorpce
Rýže. 3: a) adsorbent, b) adsorbát, c) kondenzát, d) adsorbent (plynná fáze nebo roztok) Rýže. čtyři: a) adsorbent, b) adsorbát, c) adsorbenty (plynná fáze nebo roztok): je znázorněna převládající adsorpce modrých částic

Adsorpce je způsobena nespecifickými (tj. látkami, které nezávisí na povaze) Van der Waalsovy síly. Adsorpce komplikovaná chemickou interakcí mezi adsorbentem a adsorbátem je zvláštní případ. Jevy tohoto druhu jsou tzv chemisorpce a chemická adsorpce. "Obyčejná" adsorpce v případě, kdy je třeba zdůraznit povahu interakčních sil, se nazývá fyzikální adsorpce.

Fyzikální adsorpce je reverzibilní proces, rovnovážný stav je určen stejnou rychlostí adsorpce molekul adsorbátu P na volných místech povrchu adsorbentu S* a desorpce - uvolnění adsorbátu z vázaného stavu S-P:

;

v tomto případě rovnice rovnováhy:

, ,

kde je podíl plochy povrchu adsorbentu obsazeného adsorbátem, je Langmuirův adsorpční koeficient a P je koncentrace adsorbátu.

Protože a respektive , rovnici adsorpční rovnováhy lze zapsat takto:

Langmuirova rovnice je formou rovnice adsorpční izotermy. Rovnice adsorpční izotermy (častěji se používá zkrácený termín adsorpční izoterma) je chápána jako závislost hodnoty rovnovážné adsorpce na koncentraci adsorbátu a=f(С) při konstantní teplotě ( T=konst). Koncentrace adsorbentu pro případ adsorpce z kapaliny se vyjadřuje zpravidla v molárních nebo hmotnostních zlomcích. Často, zejména v případě adsorpce z roztoků, relativní hodnota: C/C s , kde C je koncentrace, C s je mezní koncentrace (koncentrace nasycení) adsorpčního činidla při dané teplotě. V případě adsorpce z plynné fáze může být koncentrace vyjádřena v jednotkách absolutního tlaku, nebo, což je zvláště typické pro adsorpci par, v relativních jednotkách: P/P s , kde P je tlak par, P s je tlak nasycených par této látky. Vlastní hodnotu adsorpce lze vyjádřit i v jednotkách koncentrace (poměr počtu molekul adsorbátu k celkovému počtu molekul na rozhraní). Pro adsorpci na pevné adsorbenty, zejména při zvažování praktických problémů, se používá poměr hmotnosti nebo množství absorbované látky k hmotnosti adsorbentu, například mg/g nebo mmol/g.

Hodnota adsorpce

Adsorpce je univerzální a všudypřítomný jev, který probíhá vždy a všude tam, kde existuje rozhraní mezi fázemi. Největší praktický význam má adsorpce. povrchově aktivní látky a adsorpce nečistot z plyn nebo kapaliny se speciálními vysoce účinnými adsorbenty. Různé materiály s vysokým specifickým povrchem mohou působit jako adsorbenty: porézní uhlík(nejběžnější forma je Aktivní uhlí), silikagely , zeolity stejně jako některé další skupiny přírodních minerály a syntetické látky.

Adsorpční zařízení se nazývá adsorbér.

viz také

Poznámky

Literatura

  • Frolov Yu. G. Kurz koloidní chemie. Povrchové jevy a disperzní systémy. - M.: Chemie, 1989. - 464 s.
  • Keltsev NV Základy adsorpční technologie. - M.: Chemie, 1984. - 592 s.
  • Greg S., Sing K. Adsorpce, plocha povrchu, porozita. - M.: Mir, 1984. - 310 s. *
  • Adamson A. Fyzikální chemie povrchů. – M.: Mir. 1979. - 568 s.
  • Oura K., Lifshits V. G., Saranin A. A. et al. Úvod do fyziky povrchů / Ed. V. I. Sergienko. - M.: Nauka, 2006. - 490 s.
  • Karnaukhov A.P. Adsorpce. Textura disperzních a porézních materiálů. - Novosibirsk: Věda. 1999. - 470 s.
  • Chemická encyklopedie. T. 1. - M.: Sovětská encyklopedie, 1990. - 623 s.
  • Poltorak O.M. Termodynamika ve fyzikální chemii. - M.: postgraduální škola, 1991. - 319 s.

Odkazy

Sorpční jednotky se používají k získávání cílových produktů, separaci složek ze směsí plynů, odstraňování nečistot z plynných a kapalných směsí, suchých a v jiných případech. Sorpce - fyzikální a chemický proces, jehož výsledkem je absorpce plynů, par nebo rozpuštěných látek jakýmkoli tělesem životní prostředí. Pojem sorpce zahrnuje obojí vstřebávání, a adsorpce.


Vstřebávání - absorpce plynu v objemu, jakož i selektivní absorpce jedné nebo více složek plynné směsi kapalinovým absorbentem (absorbentem). Absorpce plynu může nastat buď jako výsledek jeho rozpuštění v absorbentu, nebo jako výsledek jeho chemické interakce s absorbentem. V prvním případě se proces nazývá fyzické vstřebávání a ve druhém chemisorpce. Je také možná kombinace obou procesních mechanismů.


Fyzická absorpce je ve většině případů reverzibilní. Tato vlastnost absorpčních procesů je založena na uvolňování absorbovaného plynu z roztoku - desorpce . Kombinace absorpce a desorpce umožňuje opakovaně použít absorbér a izolovat absorbovanou složku v její čisté formě.


Absorbenty jsou homogenní kapaliny nebo roztoky aktivní složky v kapalném rozpouštědle. Ve všech případech je na absorbenty kladena řada požadavků, z nichž nejvýznamnější jsou vysoká absorpční schopnost, selektivita, nízký tlak par, chemická inertnost vůči běžným konstrukčním materiálům (v případě fyzikální absorpce i vůči složkám plynných směsí). ), netoxicita, požární a výbuchová bezpečnost. , dostupnost a nízké náklady.


Z technologického hlediska je nejlepší absorbent, jehož spotřeba pro daný proces je menší, tedy u kterého je rozpustnost absorbované látky vyšší. Absorbenty se proto volí především podle rozpustnosti absorbovaných látek v nich.


Proces fyzikální absorpce plynu je doprovázen uvolňováním tepla a následně zvýšením teploty absorbentu a plynné směsi, která je s ním v kontaktu. Při výrazném zvýšení teploty je možný prudký pokles rozpustnosti plynu, proto je pro udržení požadovaného výkonu absorbéru v některých případech nutné uchýlit se k jeho chlazení vnitřními nebo vnějšími chladicími prvky.


Na absorpčních procesech se podílejí dvě fáze – plynná a kapalná. Plynná fáze se skládá z neabsorbovatelného nosného plynu a jedné nebo více absorbovatelných složek. Kapalná fáze je roztok absorbované (cílové) složky v kapalném absorbentu. Při fyzikální absorpci jsou nosný plyn a kapalinový absorbent (absorbent) vzájemně inertní a vůči procházející složce.


Rovnováha v absorpčních procesech určuje stav, který nastane při dlouhodobém kontaktu fází a závisí na složení fází, teplotě, tlaku a termodynamické vlastnosti komponenta a absorbent.


Technika používá následující schémata zapojení absorpční procesy: přímoproudé, protiproudé, jednostupňové s recirkulací a vícestupňové s recirkulací.


Schéma přímého toku interakce látek v procesu absorpce je znázorněno na Obr. 1, a. V tomto případě se proudy plynu a absorbentu pohybují vzájemně paralelně, zatímco plyn s vyšší koncentrací distribuované látky se přivádí do kontaktu s kapalinou s nižší koncentrací distribuované látky a naopak. Schéma protiproudé absorpce je znázorněno na Obr. 1b. Podle tohoto schématu jsou na jednom konci zařízení přivedeny do kontaktu čerstvý plyn a kapalina, které mají velké koncentrace distribuované látky, a na opačném konci menší koncentrace. Ve schématech s recirkulací je zajištěno vícenásobné vracení kapaliny nebo plynu do zařízení. Okruh s recirkulací kapaliny je znázorněn na Obr. 1, c. Plyn prochází aparaturou zdola nahoru a koncentrace distribuované látky se v ní mění z Yn na Yk. Absorpční kapalina je přiváděna do horní části aparatury v koncentraci distribuované látky Yn, poté je smíchaný s kapalinou opouštějící přístroj, v důsledku čehož jeho koncentrace stoupne na Xs. Pracovní přímka je na diagramu znázorněna úsečkou: její krajní body mají souřadnice Yn, Xk a Xk, Xs. Hodnota Xc je určena z rovnice materiálové bilance.



Rýže. jeden. : a - přímý; b - protiproud; c - s recirkulací kapaliny; g - s recirkulací plynu; e - vícestupňové s recirkulací kapaliny; e je podíl složky použité k recyklaci


Schéma absorpce s recirkulací plynu je uvedeno na Obr. 1, d. Materiálové vztahy jsou zde podobné jako u předchozích a poloha pracovní přímky je určena body Ac*(Yc, Xk) a B*(Yk, Xn). Yc pořadnice se zjistí z rovnice materiálové bilance. Jednostupňové obvody s recirkulací mohou být buď souproudé nebo protiproudé.


Vícestupňové obvody s recirkulací mohou být souproudé i protiproudé, s recirkulací plynu a kapaliny. Na Obr. 1e znázorňuje vícestupňový protiproudý obvod s recirkulací kapaliny v každém stupni. Na diagramu jsou pracovní čáry zakresleny samostatně pro každý stupeň, jako v případě několika samostatných stupňových aparátů. V uvažovaném případě se pracovní linie skládá ze segmentů A1B1, A2B2 a A3B3.


Analýza popsaných procesů nám umožňuje dojít k závěru, že jednostupňová schémata s absorbentem nebo recirkulací plynu mají následující rozdíly ve srovnání se schématy bez recirkulace: při stejném průtoku čerstvého absorbentu je množství kapaliny procházející zařízením mnohem větší; výsledkem takového režimu je zvýšení koeficientu přenosu hmoty a snížení hnací síly procesu. Při určitém poměru mezi difúzními odpory v kapalné a plynné fázi může takové schéma pomoci zmenšit rozměry zařízení. Je zřejmé, že recirkulace kapaliny je vhodná, pokud hlavním odporem vůči přenosu hmoty je přechod látky z fázového rozhraní na kapalinu a recirkulace plynu je, když hlavním procesním odporem je přechod látky z plynné fáze na fázové rozhraní. .


Vícestupňová recirkulační schémata mají všechny výhody jednostupňových schémat a zároveň poskytují více hnací síly procesu. Proto se častěji volí varianty schémat s vícestupňovou recirkulací.


Je třeba poznamenat, že absorpční procesy jsou charakteristické tím, že v důsledku nízké relativní těkavosti absorbentu dochází k přenosu látky převážně v jednom směru - z plynné fáze do kapalné fáze. Přechod absorbované látky z plynného do kondenzovaného (kapalného) skupenství je doprovázen poklesem energie v něm. V důsledku absorpce se tedy uvolňuje teplo, jehož množství se rovná součinu množství absorbované látky teplem její kondenzace. S tím spojené zvýšení teploty interagujících fází, které se stanoví pomocí rovnice tepelné bilance, snižuje rovnovážný obsah absorbované látky v kapalné fázi, tj. zhoršuje separaci. Proto je v případě potřeby vhodné odebírat absorpční teplo.


Konstrukčně jsou absorpční aparatury provedeny podobně jako teplosměnné, destilační, odpařovací a sušící aparatury. Podle principu činnosti lze absorpční zařízení rozdělit na povrchová, bublinková a stříkací.

2. Adsorpce. Konstrukce, princip činnosti adsorpčního aparátu

Adsorpce - proces absorpce plynů (pár) nebo kapalin povrchem pevných látek (adsorbenty). Jev adsorpce je spojen s přítomností přitažlivých sil mezi molekulami adsorbentu a absorbovanou látkou. V porovnání s jinými procesy přenosu hmoty je adsorpce nejúčinnější v případě nízkého obsahu extrahovatelných složek ve výchozí směsi.


Existují dva hlavní typy adsorpce: fyzikální a chemické(nebo chemisorpce). Fyzikální adsorpce je způsobena silami interakce molekul absorbované látky s adsorbentem (disperze nebo van der Waals). Molekuly však při kontaktu s povrchem adsorbentu nasycují jeho povrch, což zhoršuje proces adsorpce. Chemická adsorpce je charakterizována chemickou interakcí mezi médiem a adsorbentem, která může vytvářet nové chemické sloučeniny na povrchu adsorbentu. Oba typy adsorpce jsou exotermické.


Přechod látky z plynné a kapalné fáze do adsorbovaného stavu je spojen se ztrátou jednoho stupně volnosti, to znamená, že je doprovázen poklesem entropie a entalpie systému a následně uvolňováním tepla. V tomto případě se rozlišují diferenciální a integrální adsorpční teplo; první vyjadřuje množství tepla uvolněného při absorpci velmi malého množství látky (2 g/100 g adsorbentu), druhé - při absorpci až do úplného nasycení adsorbentu. Nárůst teploty v každém adsorpčním procesu závisí na adsorpčním teplu a hmotnostní rychlosti proudění plynu (pár), na tepelné difuzivitě tohoto proudu a adsorbentu, množství adsorbované látky a její koncentraci. Protože adsorpční kapacita adsorbentu s rostoucí teplotou klesá, je třeba vzít v úvahu exotermnost procesu. inženýrské výpočty. Při vysokém uvolňování tepla se vrstva adsorbentu ochladí.


Adsorpční procesy jsou selektivní a reverzibilní, umožňují absorbovat (adsorbovat) jednu nebo více složek ze směsí a roztoků plynů (pár) a poté je za jiných podmínek izolovat (desorbovat) z pevné fáze. V tomto případě závisí selektivita na povaze adsorbentu a adsorbovaných látek a na omezení konkrétní množství absorbovaná látka také závisí na její koncentraci ve výchozí směsi a teplotě a v případě plynů také na tlaku.


Adsorbenty jsou porézní tělesa s vysoce vyvinutým povrchem pórů. Specifický povrch pórů může dosáhnout 1000 m2/g. Adsorbenty se používají ve formě tablet nebo kuliček o velikosti 2 až 6 mm, dále prášky o velikosti částic 20 až 50 mikronů. Jako adsorbenty se používá aktivní uhlí, silikagel, hlinitokřemičitany, zeolity (molekulární síta) atd. Důležitou charakteristikou adsorbentů je jejich aktivita, kterou se rozumí hmotnost adsorbované látky na jednotku hmotnosti adsorbentu za rovnovážných podmínek. Aktivita adsorbentu se rovná:



kde M je hmotnost absorbovaných složek; G je hmotnost adsorbentu.


Charakterizovány jsou také adsorbenty doba ochranné akce, kterou se rozumí doba, po kterou se nemění koncentrace absorbovaných látek na výstupu z adsorpční vrstvy. Při delší době provozu adsorbentu dochází k průrazu absorbovaných složek, spojenému s vyčerpáním aktivity adsorbentu. V tomto případě je nutná regenerace nebo výměna adsorbentu.


Vzhledem k rozmanitosti adsorbentů a adsorbovaných látek nebyla dosud vytvořena jednotná teorie adsorpce. Vzorce adsorpčních procesů, ve kterých hrají rozhodující roli van der Waalsovy přitažlivé síly, lze uspokojivě popsat tzv. potenciální teorií adsorpce. Podle této teorie se na povrchu adsorbentu vytvoří polymolekulární adsorpční vrstva, jejíž energetický stav molekul je určen hodnotou adsorpčního potenciálu, který je funkcí vzdálenosti od povrchu, a ne záviset na teplotě. Adsorpční potenciál má největší znalost na povrchu adsorbentu. Potenciální teorie je použitelná pro adsorpční procesy na adsorbentech, jejichž velikost pórů je úměrná velikosti absorbovaných molekul. V takových případech nedochází k vrstvě po vrstvě, ale k objemovému vyplnění pórů.


Pro popis procesu monomolekulární adsorpce nalezla největší uplatnění Langmuirova teorie, podle které se vlivem nekompenzovaných sil na povrchovém atomu nebo molekule adsorbentu adsorbovaná molekula zadrží po určitou dobu na povrchu. K adsorpci dochází na speciálních místech povrchu – adsorpčních centrech. Materiálové toky zapojené do procesů adsorpce a desorpce obsahují transportovatelné a "inertní" složky. První se týká látek, které přecházejí z jedné fáze do druhé, a druhá - těch, které se takového přenosu neúčastní. V pevné fázi je "inertní" složkou adsorbent.


Rychlost adsorpčního procesu závisí na podmínkách transportu adsorbované látky na povrch adsorbentu (vnější přenos), jakož i na přenosu adsorbované látky uvnitř zrn adsorbentu (vnitřní přenos). Rychlost vnějšího přenosu je dána hydrodynamickými podmínkami procesu, zatímco rychlost vnitřního přenosu je určena strukturou adsorbentu a fyzikálně-chemickými vlastnostmi systému.


Adsorpční procesy se provádějí především následujícími způsoby:


1) s pevným adsorpčním ložem;


2) s pohyblivým adsorpčním ložem;


3) s fluidním adsorpčním ložem.


Základní schémata adsorpčních procesů jsou znázorněna na Obr. 2.



Rýže. 2.: a - s pevnou adsorpční vrstvou; b - s pohyblivou adsorpční vrstvou; c - s fluidním ložem adsorbentu


Při použití granulovaného adsorbentu se používají schémata s pevným (obr. 2, a) a s pohyblivým (obr. 2, b) adsorbentem. V prvním případě se proces provádí periodicky. Nejprve se směs plynů a par G nechá projít adsorbentem L a nasytí se absorbovanou látkou; poté prochází vytěsňovací činidlo B nebo se adsorbent zahřívá, čímž se provádí desorpce (regenerace adsorbentu).


Ve druhém případě adsorbent L cirkuluje v uzavřeném systému: k jeho nasycení dochází v horní - adsorpční - zóně zařízení a k regeneraci - ve spodní - desorpční zóně. Při použití práškového adsorbentu se používá schéma (obr. 8.2, c) s recirkulujícím fluidním adsorbentem.