Jarayon sorbsiya Bir muhit - suyuqlik yoki qattiq - boshqa atrof-muhit - moddalar, gazlar yoki boshqa suyuqliklarning yutilishini ifodalaydi. Atrof-muhitni o'zlashtiradigan modda - sorbent. Sorbent tomonidan so'rilgan modda, gaz yoki suyuqlik deyiladi sorbat yoki sorbtiv.
Sorbsiya hodisasi baʼzi muhitlarni boshqalar tomonidan yutilish mexanizmiga qarab adsorbtsiya, yutilish, xemisorbtsiya va kapillyar kondensatsiyaga boʻlinadi.
Adsorbsiya Va singdirish bir moddaning boshqa moddada tarqalishi bilan farqlanadi. Yutish jarayonida moddaning so'rilishi va tarqalishi suyuqlik changni yutishning butun hajmi bo'ylab sodir bo'ladi. Adsorbsiya jarayonida qattiq, suyuq yoki gazsimon sorbat adsorbent fazalari orasidagi chegarada (qattiq yoki suyuqlik yuzasida) to'planadi.
- Fizik adsorbsiya ajralib turadi, bunda adsorbent yuzasida moddalarning to'planishi moddalarning tabiatiga bog'liq bo'lmagan o'ziga xos bo'lmagan molekulalararo kuchlar tufayli sodir bo'ladi.
- Kimyosorbtsiya (yoki kimyoviy adsorbsiya) - sorbent va so'rilgan modda o'rtasida kimyoviy o'zgarishlar sodir bo'ladigan sorbsion jarayonlar.
- Qattiq sorbent yuzasida suyuqlikda erigan moddalarning adsorbsiyasi fazalar chegarasida molekulalararo kuchlarning farqi tufayli sodir bo'ladi. Adsorbsiyadan so'ng ular ajralib chiqadi molekulalar orasidagi o'zaro ta'sirning ikki turi:
- erigan moddaning molekulalari adsorbent sirtining molekulalari yoki atomlari bilan o'zaro ta'sir qiladi;
- erigan moddalar molekulalari hidratsiya jarayonida suv bilan o'zaro ta'sir qiladi.
Statik va dinamik sorbsiya tushunchalari
Da statik sorbsiya gaz yoki suyuqlik shaklida so'rilgan modda statsionar sorbent bilan aloqa qiladi yoki aralashtiriladi. Statik sorbsiya aralashtirish moslamalari bo'lgan uskunalarda amalga oshiriladi.
Da dinamik sorbsiya So'rilgan mobil suyuqlik yoki gazsimon faza sorbent qatlamidan o'tadi. Dinamik sorbsiya suyuq qatlamli va har xil turdagi filtrli qurilmalarda amalga oshiriladi.
Sorbtsiya turiga qarab sorbentning statik va dinamik faolligini farqlash mumkin. Sorbentning statik faolligi- muvozanatga erishilgunga qadar sorbentning birlik massasiga to'g'ri keladigan so'rilgan moddaning miqdori. Muvozanatga erishish shartlari suyuqlikning doimiy harorati va moddaning dastlabki konsentratsiyasidir.
Sorbentning dinamik faolligi so‘rilgan moddaning o‘tishining boshidan uning yorilishigacha bo‘lgan vaqt, ya’ni sorbent qatlamidan chiqish vaqti yoki sorbent hajmi yoki massasi birligiga singib ketgan moddaning yorilish momentigacha bo‘lgan chegaraviy miqdori sifatida aniqlanadi. so'rilgan moddaning sorbent qatlami orqali.
Sanoat tipidagi adsorberlarda sorbentning dinamik faolligi diapazonda bo'ladi 45-90% .
IN real sharoitlar sorbsiya jarayonlari dinamik turga ko'ra davom etadi, chunki bu ishlab chiqarish jarayonini avtomatlashtirish va uning uzluksizligi uchun ko'proq maqbuldir.
Sorbent yutgan moddaning miqdori va muvozanat momentida eritmada qolgan modda o'rtasidagi bog'liqlik taqsimot qonuniga bo'ysunadi.
Adsorbsiya jarayoni tezligiga ta'sir qiluvchi xususiyatlar:
- sorbat konsentratsiyasi;
- tabiat va kimyoviy tuzilishi erigan;
- suv harorati;
- adsorbentning turi va xossalari.
Adsorbsiya jarayoni uch bosqichdan iborat:
- eritma tarkibidagi moddalarni adsorbent donalarining yuzasiga (tashqi diffuziya hududiga) o'tkazish;
- adsorbsiya jarayoni;
- adsorbent donalari ichidagi moddaning o'tkazilishi (intradiffuziya hududiga).
bilan adsorbsiya sodir bo'ladi, deb ishoniladi yuqori tezlik va adsorbsiya bosqichi jarayonning tezligini cheklamaydi. Shuning uchun tashqi yoki ichki diffuziya cheklovchi bosqich sifatida qabul qilinadi. Jarayon ikkala diffuziya bosqichi bilan chegaralangan holatlar bo'lishi mumkin.
Tashqi diffuziya hududida moddaning massa uzatish tezligi oqim turbulentligining kattaligiga, ya'ni suyuqlik oqimining tezligiga bog'liq.
Intradiffuziya hududida massa almashinuvining intensivligi ko'p jihatdan adsorbentning xususiyatlariga - uning turiga, g'ovak hajmiga, donalarning shakli va hajmiga, so'rilgan moddaning molekulalarining hajmiga va massa o'tkazuvchanlik koeffitsientiga bog'liq.
Adsorbsiya yo'li bilan oqava suvlarni tozalash optimal tezlikda sodir bo'ladigan sharoitlarni aniqlash mumkin.
Adsorbsiyaning gidrodinamik rejimi ichki diffuziya hududida cheklanishi kerak. Kerakli tuzilishga ega adsorbentni tanlashda va uning donalarining hajmini kamaytirishda intradiffuziya hududining qarshiligi pasayadi.
Adsorbent donasining tezligi va diametrining taxminiy parametrlari quyidagicha qabul qilinadi. 1,8 m/soat Va dz = 2,5 mm mos ravishda. Agar don diametri dz tavsiya etilganidan kichik bo'lsa, jarayon tashqi diffuziya hududida, agar u katta bo'lsa, ichki diffuziya hududida cheklangan;
Argel
ADSORPSIYON(lotincha ad-on, bilan va sorbeo-absorb so'zidan), fazalar interfeysi yaqinidagi moddaning kontsentratsiyasining o'zgarishi (odatda ortishi) ("sirtdagi so'rilish"). Umumiy holda, adsorbsiyaning sababi molekulyar og'irliklar orasidagi kompensatsiyaning yo'qligi. bu sirt yaqinidagi kuchlar, ya'ni. adsorbtsiyalarning mavjudligi. kuch maydoni. Bunday maydonni yaratadigan tana deyiladi. adsorbent, aslida, molekulalari adsorbsiyalanishi mumkin, va adsorb t va taxminan m, allaqachon adsorbent hisoblanadi. in-adsorbat. Adsorbsiyaning teskari jarayoni deyiladi. desorbsiya.
Adsorbsiyaning tabiati. kuch m.b. juda boshqacha. Agar bu van der Vaals kuchlari bo'lsa, adsorbsiya deyiladi. jismoniy, agar valentlik (ya'ni, adsorbsiya sirt kimyoviy birikmalarining hosil bo'lishi bilan birga bo'lsa), - kimyoviy yoki kimyosorbtsiya. Farq qiladi. xemosorbsiyaning xususiyatlari qaytarilmas, yuqori issiqlik effektlari (yuzlab kJ/mol), faollashtirilgan xarakterdir. Jismoniy o'rtasida va kimyo. Adsorbsiya o'rtasida juda ko'p bo'shliqlar mavjud. holatlar (masalan, vodorod bog'larining hosil bo'lishi tufayli adsorbsiya). Turli xil turlari ham mumkin. jismoniy turlari adsorbsiya maks. molekulalararo dispersiyaning universal ko'rinishi. tortishish kuchlari, chunki ular har qanday kimyoviy sirtga ega adsorbentlar uchun taxminan doimiydir. tabiat (nospesifik adsorbsiya deb ataladi). fizika. adsorbsiyaga elektrostatik sabab bo'lishi mumkin. kuchlar (ionlar, dipollar yoki kvadrupollar o'rtasidagi o'zaro ta'sirlar); bu holda adsorbsiya kimyoviy bilan aniqlanadi. adsorbent molekulalarining tabiati (o'ziga xos adsorbsiya deb ataladi). anglatadi. roli adsorbsiya Interfeysning geometriyasi ham rol o'ynaydi: tekis yuza bo'lsa, ular ochiq yuzada adsorbsiya haqida, bir oz yoki kuchli kavisli yuzada adsorbentning teshiklaridagi adsorbsiya haqida gapirishadi.
Adsorbsiya nazariyasida statika (adsorbent-adsorbat tizimi termodinamik muvozanatda) va kinetik (muvozanat yo'q) farqlanadi.
Adsorbsion statika
Chunki tizim muvozanatda, keyin kimyoviy adsorbat va adsorbsiyaning potentsiallari bir xil; Adsorbsiya paytida molekulalarning harakatchanligining pasayishi tufayli adsorbatning entropiyasi adsorbatning entropiyasidan kamroq. Shuning uchun, inert adsorbent bilan, entalpiya har doim salbiy, ya'ni. adsorbsiya ekzotermikdir. Adsorbent entropiyasining o'zgarishini hisobga olgan holda, bu xulosa o'zgarishi mumkin. Masalan, polimer shishib ketadigan moddalarni polimerlar tomonidan sorbtsiyalash jarayonida ikkinchisining entropiyasi (makromolekulalar harakatchanligi oshishi tufayli) shunchalik ko'payishi mumkinki, adsorbsiya endotermik bo'ladi. Keyingi maqolada faqat ekzotermik ko'rib chiqiladi. adsorbsiya .
Integral, differentsial, izosterik mavjud. va adsorbsiyaning o'rtacha issiqligi. Integral issiqlik Q entalpiyaning pasayishiga teng (V = const da -ichki energiya) adsorbsiya a 1 dan 2 gacha o'zgarganda (muayyan holatda, a 1 = 0): Q = -(H 2 - H 1) ) Bu qiymat odatda adsorbentning massasiga bog'liq va J/kg da ifodalanadi.
Bir-birini to'ldirishga olib keladigan yana bir mexanizm mavjud. adsorbsiyalarning kritik qiymatidan pastroq adsorbsiyasi. p/p s ning nisbatan yuqori qiymatlarida gözenekli adsorbentlarda t-ry. Bu kapillyar kondensatsiya. Agar g'ovakda adsorbatning konkav menisksi hosil bo'lsa, unda p/p s da kondensatsiya boshlanadi.<1.
Согласно
ур-нию Кельвина:
bu yerda adsorbatning sirt tarangligi, V - uning molyar hajmi, r - meniskning egrilik radiusi. Kapillyar kondensatsiya adsorbsion izotermaning keskin oshishiga olib keladi. Bu holda, deb atalmish. adsorbsiya qiladi. histerezis, ya'ni. adsorbsiyaning mos kelmasligi va desorbsiya. izoterm shoxlari. Qoida tariqasida, bu adsorbsiya va desorbsiya paytida menisklarning shakllari bir-biriga mos kelmasligi bilan bog'liq.
Potentsial nazariyadan foydalanib, M.M. Dubinin mikro gözenekleri (VFM) hajmli to'ldirish nazariyasini taklif qildi va ishlab chiqdi. Ushbu nazariya faqat mikrog'ovak adsorbentlarga taalluqli deb taxmin qilingan. Chiziqli g'ovak o'lchamlari r1 nm bo'lgan bunday adsorbentlarning o'ziga xos xususiyati shundaki, ularning g'ovaklarining butun hajmi adsorbentlar bilan "to'ldirilgan". maydon. Shuning uchun adsorbsiya paytida ular qatlamma-qatlam emas, balki hajmli ravishda to'ldiriladi. Ko'rib chiqilayotgan ishdagi miqdor adsorbsiyalanmaydi. potentsial va kimyoviy belgigacha. adsorbat potentsiali, kimyoviy darajadan o'lchanadi. bir xil haroratdagi normal suyuqlikning potentsiali. Adsorbent g'ovaklarining butun to'plami uchta sinfga bo'linadi: mikroporlar (r0,6 nm), mezoporlar (0,6 nm-20 nm) va makroporlar (r20 nm). Mikroporlarda adsorbsiya TOZM sxemasiga muvofiq sodir bo'ladi, ya'ni. volumetrik, mezoporlarda - qatlamli to'ldirish mexanizmiga ko'ra, kapillyar kondensatsiya bilan yakunlanadi. Adsorbsiya jarayonida makroporlar. muvozanatda hech qanday rol o'ynamaydi.
Kimyoviy qiymatlar bo'yicha g'ovak hajmlarini taqsimlash g'oyasini kiritgan holda. ulardagi adsorbat salohiyati, M.M. Dubinin va L.V.Radushkevichlar TOZM adsorbsion izotermasi tenglamasini oldilar, u odatda quyida yoziladi. shakl: 
Bu erda p, E va a 0 parametrlar (p = p s uchun a 0 = a). Haroratga bog'liqlik a 0:
bu yerda= -(da 0 /dT); a 0 0 = a 0 da T= T 0. p va E parametrlari amalda t-ry dan mustaqildir. Aksariyat hollarda n = 2. Faqat adsorbtsiyaning dastlabki issiqliklari juda yuqori bo'lgan holatlar uchun n > 2. Bir adsorbentdan ikkinchisiga adsorbsiya izotermlarini qayta hisoblash uchun taxminan E 1 /E 2 P 1 /P = deb qabul qilinadi. va a 01 / a 02 V 1 /V 2, bu erda Pi - parachor, Vi - adsorbentning molyar hajmi.
Haqiqiy adsorbentda har xil o'lchamdagi g'ovaklarning mavjudligi haqidagi g'oyadan foydalanib va F.Stekli dispersiyasiga teng bo'lgan E qiymatlarining taqsimlanishini kiritib, Dubinin-Stekli tenglamasi deb ataladigan (23) tenglamani umumlashtirishni taklif qildi: 
Adsorbsion kinetika
Adsorbsiya, har qanday haqiqiy jarayon kabi, vaqt o'tishi bilan sodir bo'ladi. Shuning uchun adsorbsiyaning to'liq nazariyasi adsorbsiya kinetikasiga oid bo'limni o'z ichiga olishi kerak. Adsorbsiyaning elementar harakati deyarli bir zumda sodir bo'ladi (xemisorbtsiya bundan mustasno). Shuning uchun, asosan, adsorbsiyaning vaqtga bog'liqligi aniqlanadi. diffuziya mexanizmi, ya'ni adsorbsiya joyiga adsorbent etkazib berish. Agar ochiq sirtda adsorbsiya bir zumda bo'lmasa, bunday jarayon tashqi diffuziya hududida sodir bo'ladi; Bundan tashqari, diffuziya qonunlari adsorbsiyaga xos emas. Gözenekli adsorbentlar bo'lsa, tashqaridan tashqari diffuziya, ichki muhim rol o'ynay boshlaydi. diffuziya, ya'ni. ulardagi konsentratsiya gradienti mavjudligida adsorbentning g'ovaklarga o'tkazilishi. Bunday o'tkazish mexanizmi adsorbent konsentratsiyasi va g'ovak hajmiga bog'liq bo'lishi mumkin.
Molekulyar, Knudsen va sirt (Volmer) diffuziyasi mavjud. Agar erkin uzunlik bo'lsa, molekulyar diffuziya sodir bo'ladi. g'ovaklardagi molekulalarning yo'li g'ovak hajmidan kamroq, Knudsen - agar bu uzunlik g'ovak hajmidan oshsa. Sirt diffuziyasi bilan molekulalar adsorbent yuzasi bo'ylab ommaviy fazaga kirmasdan harakatlanadi. Biroq, koeffitsient qiymatlari. turli diffuziya mexanizmlari uchun diffuziya bir xil emas. Ko‘plikda Ba'zi hollarda diffuziya qanday sodir bo'lishini eksperimental ravishda aniqlash mumkin emas va shuning uchun shunday deb ataladi. samarali koeffitsient jarayonni bir butun sifatida tavsiflovchi diffuziya.
Asosiy tajriba qilaylik adsorbsiya kinetikasi bo'yicha material deyiladi. kinetik egri chiziq, ya'ni. funktsiya = a/a teng =f(t) bu yerda nisbiy adsorbsiya, adsorbsiyaning joriy qiymati a ning t vaqtdagi qiymatiga teng nisbatiga teng. Kinetikani izohlash uchun eng oddiy holatda egri chiziq bo'lsa, adsorbent donasi hajmi jihatidan butunlay bir hil bo'lgan g'ovakli tuzilishga ega deb taxmin qilinadi (bu model kvazi bir hil deb ataladi). anglatadi. Kvazi-bir hil modeldagi takomillashuv har bir donada kattaroq va nozik teshiklari bo'lgan hududlar mavjud degan fikrdir. Bunday dondagi diffuziya ikki xil omil bilan tavsiflanadi. koeffitsientlar.
Ochiq sirt holatida, Langmuir modelidan foydalangan holda, kinetikni olish oson. adsorbsiya darajasi. Muvozanatga yaqinlashish tezligi adsorbsiya va desorbsiya tezligi o'rtasidagi farqdir. Odatdagidek kinetikada jarayonlar tezligi reaksiyaga kirishuvchi moddalar kontsentratsiyasiga mutanosib deb faraz qilsak, bizda quyidagilar mavjud:
bu yerda k adc va k des mos ravishda tezlik konstantalari. adsorbsiya va desorbsiya. Gaz fazasidagi bosim doimiy deb hisoblanadi. Ushbu tenglamani t = 0 dan t ning istalgan qiymatiga integrallashda biz quyidagilarga erishamiz:
Demak, f uchun bizda: = teng. Shunday qilib, biz nihoyat:
bu yerda k = k reklama + k des.
Haroratning adsorbsiya tezligiga ta'siri Arrenius tenglamasiga o'xshash tenglama bilan ifodalanadi. Haroratning oshishi bilan k adc eksponent ravishda ortadi. Chunki adsorbentning teshiklarida diffuziya faollashuvni engish bilan bog'liq. to'siqlar, kads va kdesning haroratga bog'liqliklari bir xil emas.
Diffuziya tezligini bilish nafaqat adsorbsiya nazariyasi, balki sanoat jarayonlarini hisoblash uchun ham muhimdir. adsorbsiya qiladi. jarayonlar. Bunday holda, ular odatda alohida adsorbent donalar bilan emas, balki ularning qatlamlari bilan shug'ullanadi. Qatlamdagi jarayonning kinetikasi juda murakkab bog'liqliklar bilan ifodalanadi. Qatlamning har bir nuqtasida bu daqiqa vaqt, adsorbsiya miqdori nafaqat adsorbsiya izotermasi tenglamasining turi va jarayonning kinetika qonunlari, balki aero- yoki gidrodinamik bilan ham aniqlanadi. don atrofida gaz yoki suyuqlik oqimining sharoitlari. Adsorbent qatlamidagi jarayonning kinetikasi, alohida dondagi kinetikadan farqli o'laroq, deyiladi. adsorbsiya dinamikasi, umumiy sxema masalalarni yechish uchun yechim quyidagicha: differensiallar tizimi tuzilgan. qatlam xarakteristikalarini, adsorbsiya izotermini, diffuziya xarakteristikalarini (diffuziya koeffitsienti, qatlam bo‘ylab va dona ichidagi massa almashinish turlari), aero- va gidrodinamikni hisobga olgan holda qisman hosilalardagi tenglamalar. oqim xususiyatlari. Dastlabki va chegara shartlari ko'rsatilgan. Ushbu tenglamalar tizimining yechimi, qoida tariqasida, qatlamning ma'lum bir nuqtasida ma'lum bir vaqtda adsorbsiya qiymatlarining qiymatlariga olib keladi. Qoida tariqasida, analitik yechim faqat eng oddiy holatlar uchun olinishi mumkin, shuning uchun bu muammo kompyuter yordamida sonli hal qilinadi.
Adsorbsiya dinamikasini eksperimental o‘rganishda adsorbent qatlami orqali berilgan xarakteristikaga ega gaz yoki suyuqlik oqimi o‘tkaziladi va chiquvchi oqim tarkibi vaqt funksiyasi sifatida o‘rganiladi. Qatlamning orqasida so'rilgan moddaning ko'rinishi chaqiriladi. yutuq va yutilishdan oldingi vaqt himoya harakati vaqtidir. Qatlam orqasida berilgan komponent konsentratsiyasining vaqtga bog'liqligi deyiladi. chiqish egri chizig'i. Bu egri chiziqlar asos bo'lib xizmat qiladi. tajriba qilaylik adsorbsiya dinamikasi naqshlarini hukm qilish imkonini beruvchi material.
Adsorbsion jarayonlarning apparat dizayni
Ko'p texnologiyalar mavjud. adsorbsiya usullari. jarayonlar. Keng tarqalgan siklik qattiq adsorbent qatlami bo'lgan (intervalli) qurilmalar, asosiy. qaysi tugun - bir yoki bir nechta. adsorberlar, granulali adsorbent bilan to'ldirilgan ichi bo'sh ustunlar shaklida qilingan. Adsorbsiyalangan komponentlarni o'z ichiga olgan gaz (yoki suyuqlik) oqimi adsorbent qatlamidan yorilishgacha o'tadi. Shundan so'ng adsorberdagi adsorbent qayta tiklanadi va gaz oqimi boshqa adsorberga yo'naltiriladi. Adsorbentning qayta tiklanishi bir qancha bosqichlarni o'z ichiga oladi, ulardan asosiysi desorbsiyadir, ya'ni. adsorbentdan ilgari so'rilgan moddaning chiqarilishi. Desorbsiya isitish, gaz fazasida bosimni bo'shatish, siljish (masalan, o'tkir suv) orqali amalga oshiriladi.
Asosiy tushunchalar
Hali ham faza hajmida bo'lgan so'rilgan modda deyiladi adsorbtiv, so'riladi - adsorbat. Tor ma'noda adsorbsiya ko'pincha gaz yoki suyuqlikdagi aralashmani qattiq (gaz va suyuqlik holatida) yoki suyuqlik (gaz holatida) tomonidan singdirilishi deb tushuniladi. adsorbent. Bunda, adsorbsiyaning umumiy holatidagidek, ifloslik adsorbent-suyuqlik yoki adsorbent-gaz interfeysida to'planadi. Adsorbsiyaning teskari jarayoni, ya'ni moddaning interfeysdan faza hajmiga o'tishi deyiladi. desorbsiya. Agar adsorbsiya va desorbsiya tezligi teng bo'lsa, unda biz o'rnatish haqida gapiramiz adsorbsion muvozanat. Muvozanat holatida, agar tashqi sharoitlar (bosim, harorat va tizim tarkibi) o'zgarishsiz qolsa, adsorbsiyalangan molekulalar soni cheksiz doimiy bo'lib qoladi.
Adsorbsiya va kimyosorbtsiya
Ikki faza orasidagi interfeysda, asosan, fizik o'zaro ta'sirlar (asosan, van der Vaals kuchlari) tufayli yuzaga keladigan adsorbsiyadan tashqari, kimyoviy reaktsiya ham sodir bo'lishi mumkin. Bu jarayon deyiladi kimyosorbtsiya. Adsorbsiya va xemisorbtsiyaga aniq bo'linish har doim ham mumkin emas. Bu hodisalar bir-biridan farq qiladigan asosiy parametrlardan biri issiqlik effektidir: shunday qilib, fizik adsorbsiyaning issiqlik effekti odatda adsorbatning suyuqlanish issiqligiga yaqin bo'ladi, xemisorbtsiyaning issiqlik effekti ancha yuqori bo'ladi. Bundan tashqari, adsorbsiyadan farqli o'laroq, xemisorbtsiya odatda qaytarilmas va lokalizatsiya qilinadi. Adsorbsiya va kimyosorbsiya xususiyatlarini birlashtirgan oraliq variantlarga misol sifatida kislorodning metallardagi va vodorodning nikeldagi o'zaro ta'sirini ko'rsatish mumkin: qachon past haroratlar ular fizik adsorbsiya qonuniyatlari bo'yicha adsorbsiyalanadi, lekin harorat oshishi bilan xemisorbsiya sodir bo'la boshlaydi.
Shunga o'xshash hodisalar
Oldingi bo'limda sirtda sodir bo'ladigan geterogen reaksiya - kimyosorbsiya masalasi ko'rib chiqildi. Biroq, nafaqat sirtda, balki butun hajmda heterojen reaktsiyalar holatlari mavjud - bu keng tarqalgan heterojen reaktsiya. Butun hajm bo'ylab so'rilish jismoniy kuchlar ta'sirida ham sodir bo'lishi mumkin, bu holat yutilish deb ataladi;
Jismoniy adsorbsiya
| Jismoniy adsorbsion modellar | |
| Bir qatlamli qatlam shakllanishi | Energiya diagrammasi |
 |
|
| Guruch. 1: a) adsorbent, b) adsorbat, c) adsorbent (gaz fazasi yoki eritmasi) | Guruch. 2: a) adsorbent, b) adsorbat, c) gaz faza, d - masofa, E - energiya, E b - adsorbsiya energiyasi, (1) desorbsiya, (2) adsorbsiya. |
| Polikondensatsiya | Tanlangan adsorbsiya |
 |
 |
| Guruch. 3: a) adsorbent, b) adsorbat, c) kondensat, d) adsorbent (gaz fazasi yoki eritmasi) | Guruch. 4: a) adsorbent, b) adsorbat, c) adsorbsion moddalar (gaz fazasi yoki eritmasi): ko'k zarrachalarning imtiyozli adsorbsiyasi ko'rsatilgan. |
Adsorbsiyaning sababi o'ziga xos bo'lmagan (ya'ni moddaning tabiatiga bog'liq bo'lmagan) Van der Vaals kuchlari. Adsorbtsiya adsorbent va adsorbat o'rtasidagi kimyoviy o'zaro ta'sir tufayli murakkablashadi maxsus voqea. Bunday hodisalar deyiladi kimyosorbtsiya Va kimyoviy adsorbsiya. O'zaro ta'sir kuchlarining tabiatini ta'kidlash kerak bo'lgan "oddiy" adsorbsiya deyiladi. jismoniy adsorbsiya.
Fizik adsorbsiya teskari jarayon bo'lib, muvozanat holati adsorbent molekulalarining teng adsorbsiya tezligi bilan aniqlanadi; P adsorbent sirtining bo'sh joylarida S* va desorbsiya - adsorbatning bog'langan holatdan chiqishi S−P:
;Bu holatda muvozanat tenglamasi:
, ,Bu erda adsorbent sirtining adsorbat egallagan ulushi, Langmur adsorbsion koeffitsienti va P - adsorbent konsentratsiyasi.
Chunki va shunga mos ravishda, adsorbsion muvozanat tenglamasini quyidagicha yozish mumkin:
Lengmyur tenglamasi adsorbsion izoterma tenglamasining bir shaklidir. Adsorbsion izoterma tenglamasi (qisqartirilgan adsorbsion izoterma atamasi ko'proq qo'llaniladi) adsorbsiyaning muvozanat qiymatining doimiy haroratda a = f (C) adsorbent konsentratsiyasiga bog'liqligini bildiradi. T=const). Suyuqlikdan adsorbsiyalanganda adsorbent konsentratsiyasi, qoida tariqasida, mol yoki massa ulushlarida ifodalanadi. Ko'pincha, ayniqsa eritmalardan adsorbsiyalanganda, nisbiy qiymat qo'llaniladi: C/C s, bu erda C - konsentratsiya, C s - ma'lum bir haroratda adsorbentning chegaralangan konsentratsiyasi (to'yinganlik konsentratsiyasi). Gaz fazasidan adsorbsiyalanganda konsentratsiyani birliklarda ifodalash mumkin mutlaq bosim, yoki, ayniqsa, bug 'adsorbsiyasi uchun xos bo'lgan, nisbiy birliklarda: P / P s, bu erda P - bug 'bosimi, P s - bu moddaning to'yingan bug' bosimi. Adsorbsiya qiymatining o'zi ham konsentratsiya birliklarida (adsorbat molekulalari sonining interfeysdagi molekulalarning umumiy soniga nisbati) ifodalanishi mumkin. Qattiq adsorbentlarga adsorbsiya qilish uchun, ayniqsa amaliy masalalarni ko'rib chiqishda, so'rilgan moddaning massasi yoki miqdorining adsorbent massasiga nisbati, masalan, mg / g yoki mmol / g dan foydalaniladi.
Adsorbsiya qiymati
Adsorbsiya har doim va fazalar orasidagi interfeys mavjud bo'lgan joyda sodir bo'ladigan umumiy va hamma joyda uchraydigan hodisa. Eng katta amaliy ahamiyatga ega sirt faol moddalarning adsorbsiyasi va gaz yoki suyuqlikdagi aralashmalarni maxsus yuqori samarali adsorbentlar bilan adsorbsiya qilishdir. Yuqori o'ziga xos sirt maydoniga ega bo'lgan turli xil materiallar adsorbent sifatida harakat qilishi mumkin: g'ovakli uglerod (eng keng tarqalgan shakli faollashtirilgan uglerod), silika jellari, zeolitlar, shuningdek, tabiiy minerallar va sintetik moddalarning boshqa ba'zi guruhlari.
Adsorbsiyani amalga oshirish uchun o'rnatish adsorber deb ataladi.
Shuningdek qarang
- Azot adsorbsion o'simliklar
Eslatmalar
Adabiyot
- Frolov Yu. Kolloid kimyo kursi. Yuzaki hodisalar va dispers sistemalar. - M.: Kimyo, 1989. - 464 b.
- Keltsev N.V. Adsorbsion texnologiya asoslari. - M.: Kimyo, 1984. - 592 b.
- Greg S., Singx K. Adsorbsiya, o'ziga xos sirt maydoni, g'ovaklik. - M.: Mir, 1984. - 310 b.*
- Adamson A. Sirtlarning fizik kimyosi. – M.: Mir. 1979. – 568 b.
- Oura K., Lifshits V.G., Saranin A.A va boshqalar sirt fizikasiga kirish. V.I. Sergienko. - M.: Nauka, 2006. - 490 b.
- Karnauxov A.P. Adsorbsiya. Dispers va g'ovakli materiallarning teksturasi. - Novosibirsk: fan. 1999. - 470 b.
- Kimyoviy ensiklopediya. T. 1. - M.: Sovet Entsiklopediyasi, 1990. - 623 b.
- Poltorak O.M. Fizik kimyoda termodinamika. - M.: Oliy maktab, 1991. - 319 b.
Havolalar
- // Brokxauz va Efronning entsiklopedik lug'ati: 86 jildda (82 jild va 4 ta qo'shimcha). - Sankt-Peterburg. , 1890-1907.
- Saytda adsorbsiya "
Sorbsiya (lotincha sorbeo — soʻrib olish, tortish) — yutilish mexanizmidan qatʼi nazar, bir moddaning (sorbentning) boshqa (sorbent) tomonidan oʻzlashtirilishining har qanday jarayoni. Sorbtsiya mexanizmiga qarab adsorbtsiya, yutilish, xemisorbtsiya va kapillyar kondensatsiya farqlanadi.
Adsorbsiya Interfeysdagi moddaning konsentratsiyasining o'zgarishini. Adsorbsiya har qanday interfaza sirtlarida sodir bo'ladi va har qanday moddalar adsorbsiyalanishi mumkin. Adsorbsion muvozanat, ya'ni. chegara qatlami va qo'shni fazalar orasidagi materiyaning muvozanat taqsimoti dinamik muvozanat bo'lib, tez o'rnatiladi. Harorat ortishi bilan adsorbsiya kamayadi.
Ba'zi hollarda bir moddaning boshqa bir moddaning singishi sirt qatlami bilan chegaralanib qolmaydi, balki sorbentning butun hajmida sodir bo'ladi. Bu so'rilish deyiladi singdirish. Absorbsiya jarayoniga gazlarning suyuqliklarda erishi misol bo'la oladi. Kimyoviy reaksiyalar bilan birga bir moddaning boshqasi tomonidan singishi deyiladi kimyosorbtsiya. Shunday qilib, ammiak yoki vodorod xloridning suv bilan singishi, oksidlar va gidroksidlar hosil bo'lishi bilan namlik va kislorodning metallar tomonidan so'rilishi, karbonat angidridning kaltsiy oksidi bilan singishi xemisorbsiya jarayonlariga misol bo'ladi. Kapillyar kondensatsiya mikroporli sorbentlardagi suyultiruvchi bug'lardan iborat. Bu ho'llangan tor kapillyarlardagi suyuqlikning konkav menisküsü ustidagi bug 'bosimi bir xil haroratda suyuqlikning tekis yuzasi ustidagi to'yingan bug' bosimidan past bo'lganligi sababli yuzaga keladi.
Shunday qilib, sorbsiya jarayonlari o'z mexanizmida farqlanadi. Biroq, har qanday sorbsiya jarayoni suyuq, gazsimon yoki qattiq bo'lishi mumkin bo'lgan aloqa fazalari chegarasida adsorbsiyadan boshlanadi.
§ 106 da ko'rsatilganidek, fazalar chegaralarida barcha o'z-o'zidan sodir bo'ladigan jarayonlar erkin sirt energiyasini kamaytirish yo'nalishida sodir bo'ladi. Binobarin, chegara qatlamidagi modda kontsentratsiyasining oshishiga olib keladigan ijobiy adsorbsiya sirt tarangligi pasaygandagina mumkin bo'ladi.
Eritmalarning sirt tarangligi va suyuqlik interfeysidagi adsorbsiya o'rtasidagi bog'liqlikni ko'rib chiqamiz | gaz. Eritmalarning sirt tarangligi erituvchi va erigan moddaning tabiatiga, ikkinchisining konsentratsiyasiga va haroratga bog'liq. O'zgarmas haroratda eritmalarning sirt tarangligining erigan moddaning konsentratsiyasiga bog'liqligi deyiladi sirt tarangligi izotermasi. Erituvchi moddalar erituvchining sirt tarangligini yo pasaytiradi, bu holda ular deyiladi sirt faol moddasi moddalar (sirt faol moddalar) yoki sirt tarangligini oshiradi (sirt faol emas moddalar), yoki erituvchining sirt tarangligiga ta'sir qilmaydi (95-rasm). Polar organik birikmalar (spirtlar, kislotalar, aminlar, fenollar) suvli eritmalarda sirt faoldir. Ko'pgina kuchli elektrolitlar sirt faol emas.
Sirt faol moddalar ikkita katta kichik guruhga bo'linadi: 1) haqiqatda suvda eriydigan va 2) mitselyar kolloidlar.
Birinchi kichik guruh sirt faol moddalari kalta uglevodorod radikallari bo'lgan difil molekulalar, ikkinchi kichik guruhning sirt faol moddalari esa suvda yomon eriydigan uzun uglevodorod radikallari bo'lgan difil molekulalardir.
Erigan moddaning sirt qatlamidagi va eritma hajmining ichidagi bir xil qatlamdagi kontsentratsiyalar farqi ushbu moddaning sirt ortiqcha qismi deb ataladi va belgilanadi. Yunoncha harf G ("gam-
Guruch.
Guruch.
Yuzaki qatlam tuzilishi: A- toza erituvchi; b- to'yinmagan monomolekulyar sirt faol moddalar qatlami; V- to'yingan monomolekulyar sirt faol moddalar qatlami
(a - sirt tarangligi, C- eritma konsentratsiyasi): 1,2 - katta (/) va kamroq bo'lgan sirt faol moddalar eritmalari (2) sirt faolligi; 3 - sirt faol moddasi eritmasi ma"). Sirt faol moddalar sirt qatlamida ijobiy adsorbsiyalanadi va shuning uchun ular uchun G > 0, chunki bu sirt tarangligini pasayishiga olib keladi. Aksincha, sirt faol moddalar salbiy adsorbsiyalanadi, ya'ni. ularning sirt qatlamidagi konsentratsiyasi eritmaning asosiy qismiga qaraganda kamroq (G
Sirt faol modda uchun adsorbsion izoterma misoli rasmda keltirilgan. 96. Ko'rinib turibdiki, eritma konsentratsiyasi ortishi bilan G ga etadi chegara qiymati(T 00), butun sirt qatlami erituvchi molekulalarini almashtirgan sirt faol moddalar molekulalari bilan band bo'lganda. Bunday to'yingan monomolekulyar sirt qatlamlarida sirt faol moddalar molekulalari to'g'ri yo'naltirilgan - qutbli guruhi bilan qutbli fazaga (masalan, suv) va qutb bo'lmagan uglevodorod radikali bilan qutb bo'lmagan fazaga (masalan, havo) hosil bo'ladi. palisadning bir turi.
Chegara tarangligi ham xuddi shunday o'zgaradi va uchinchi komponentning adsorbsiyasi ikki aralashmaydigan suyuqliklar chegarasida sodir bo'ladi.
Qattiq jismlar yuzasida gazlar va bug'larning adsorbsiyasi erkin sirt energiyasining kamayishi natijasida ham sodir bo'ladi. Qattiq jismlarning sirt tarangligini o'lchash qiyinligi sababli ulardagi adsorbsiya adsorbsiyalangan moddaning miqdorini bevosita aniqlash orqali baholanadi. Eng so'nggi mavzular qanchalik ko'p bo'lsa, adsorbentning yuzasi qanchalik katta bo'lsa. Shuning uchun adsorbsion jarayonlarni amalga oshirish uchun ishlab chiqilgan yuqori gözenekli adsorbentlarni yaratish juda muhimdir. ichki yuzasi, bu o'ziga xos sirt maydoni bilan tavsiflanadi, ya'ni. 1 g sorbent uchun sirt maydoni. Eng muhim gözenekli sorbentlar faollashtirilgan uglerod va silikageldir. Ko'mirning assimilyatsiya qilish qobiliyati 18-asrda qayd etilgan. Biroq, faqat 1915 yilda N.D. Zelinskiy olish usulini ishlab chiqdi faol uglerodlar, ularni zaharli moddalarning universal absorberlari sifatida taklif qilish va E.L. Kumantom rezina niqobli ko'mirdan tayyorlangan gaz niqobini ishlab chiqdi. Ko'mirni faollashtirishning birinchi usullaridan biri yog'ochni quruq distillash paytida hosil bo'ladigan qatron moddalarni olib tashlash va oddiy ko'mirdagi teshiklarni to'ldirish uchun uni o'ta qizdirilgan bug' bilan davolash edi.
Mamlakatimizda faol uglerodlarni ishlab chiqarish va o‘rganishning zamonaviy usullari M.M. Dubinin. Faol uglerodning o'ziga xos sirt maydoni gramm uchun 1000 m2 ga etadi. Faollashgan uglerod hidrofobik adsorbent bo'lib, u suv bug'ini yomon qabul qiladi va uglevodorodlarni juda yaxshi o'zlashtiradi.
Suv bug'ini yutish uchun gidrofil adsorbent keng qo'llaniladi, bu suvsizlangan kremniy kislotasining aerojelidir va deyiladi. silika jeli. Sanoat turli xil g'ovak o'lchamlari va taqsimotiga ega bo'lgan bir qator silikagel navlarini ishlab chiqaradi.
Suyuqliklar yuzasidan farqli o'laroq, qattiq jismlar sirtlaridagi hamma nuqtalar adsorbsion sig'imi bo'yicha bir xil emas. Gazlarning past konsentratsiyasida adsorbsiya monomolekulyar ravishda adsorbentning eng faol joylari - uning "faol markazlari" bo'ylab sodir bo'ladi, ular alohida atomlar yoki sirt atomlari guruhlari bo'lib, ularning kuch maydoni eng kam to'yingan. Gazlarning adsorbsiyasi kritik haroratdan past haroratlarda joylashganda, monomolekulyar adsorbsiya bosim oshishi bilan polimolekulyar adsorbsiyaga aylanishi mumkin.
Haroratning oshishi va bosimning pasayishi gazlar va bug'larning desorbsiyasiga olib keladi. Buning natijasida sanoatda havodan turli moddalarni ajratib olish hamda gaz va bug‘larni ajratishda sorbsion-desorbsion usullar keng qo‘llaniladi.
Eritilgan moddalar eritmalardan qattiq adsorbentlarga adsorbsiyalanganda, erituvchining adsorbsiyasi ham u yoki bu darajada sodir bo'ladi. Shuning uchun eritmalardan adsorbsiya erigan moddalar va erituvchining yutilishi o'rtasida raqobatbardoshdir. Erigan bo'lmagan elektrolitlar ham, elektrolitlar ham adsorbsiyalanishi mumkin. Shu munosabat bilan eritmalardan molekulyar va ionli adsorbsiya farqlanadi.
Suvli eritmalardan molekulyar sorbsiya paytida erituvchining adsorbsiyasini kamaytirish uchun odatda hidrofobik adsorbent - faollashtirilgan uglerod va qutbsiz erituvchilardan (uglevodorodlar) sorbtsiyalashda gidrofil adsorbent - silikagel ishlatiladi. Adsorbsiya adsorbentning faol markazlari orqali, ko'pincha monomolekulyar va yuqori tanlab o'tadi. Eritmalardan, shuningdek gazlar va bug'lardan molekulyar adsorbsiya izotermalari shaklda ko'rsatilgan egri chiziq shakliga ega. 96. Suyuqliklar yordamida amalga oshiriladigan desorbsiya odatda deyiladi elutsiya, va bu maqsadlar uchun ishlatiladigan suyuqliklar yoki eritmalar, eluentlar.
Sorbsiya statik yoki dinamik sharoitda sodir bo'lishi mumkin. Sorbsiya deyiladi statik, gaz yoki suyuq fazada joylashgan so'rilgan modda (sorbent) statsionar sorbent bilan aloqa qilganda yoki u bilan aralashganda. Sorbentning statik faolligi ma'lum sharoitlarda sorbentning massa birligiga to'g'ri keladigan so'rilgan moddaning miqdori bilan tavsiflanadi.
Dinamik so'rilgan modda mobil suyuqlik yoki gazsimon fazada bo'lsa, sorbent qatlami orqali filtrlanganda sorbsiya deyiladi. Adsorbentning dinamik faolligi adsorbentning o'tishining boshidan uning yutilishigacha bo'lgan vaqt bilan tavsiflanadi, ya'ni. adsorbent qatlami orqasida paydo bo'lishidan oldin (N.A. Shilov, 1917). Sanoatda sorbsion-desorbsiya jarayonlari odatda dinamik sharoitda amalga oshiriladi, chunki bu uzluksizlikni ta'minlaydi. texnologik jarayonlar va ularni avtomatlashtirish imkoniyati.
- Nikolay Dmitrievich Zelinskiy (1861 - 1953) - akademik, organik kimyogarlarning yirik maktabi asoschisi. U egalik qiladi klassik asarlar organik kataliz sohasida, shuningdek, neft kimyosi va undan ko'plab qimmatbaho mahsulotlar ishlab chiqarishda.
- Mixail Mixaylovich Dubinin (1901-1993) - akademik, Davlat mukofotlari laureati, sorbsiya sohasidagi yirik ilmiy maktab rahbari. U gazlar va bug'larni sorbsiyalash mexanizmi, sorbentlarni olish va o'rganish usullari haqidagi zamonaviy g'oyalarni ishlab chiqishga katta hissa qo'shdi.
Adsorbsiya Harakatlantiruvchi kuch
Sirtdagi moddalar.
Jismoniy adsorbsiya. Adsorbsiyalangan qatlam sirt bilan kuchsiz atomlararo bog'lar, masalan, van der Vaals kuchlari bilan bog'langan. Jismoniy adsorbsiyaning issiqligi, qoida tariqasida, kichik va kamdan-kam hollarda bir necha o'nlab kJ / mol (taxminan 40 kJ / mol) dan oshadi. Jismoniy adsorbsiya jarayoni qaytar, faollashmaydi va qattiq yoki suyuq jism yuzasida adsorbat molekulalari paydo bo'lishi bilanoq juda tez davom etadi. Ko'pincha fizik adsorbsiya sirtning gaz fazasi bilan o'zaro ta'siri bilan bog'liq. Adsorbsiyalangan gaz miqdori bosimning pasayishi va haroratning oshishi bilan kamayadi.
| , | (2.4) |
Kimga R
R
(A) va harorat ( b) (matndagi tushuntirishlar)
| , | (2.5) |
Qayerda A Kimga(2.5) tenglamada.
Adsorbsiya jarayoni deyarli har doim issiqlikning chiqishi bilan birga keladi, bu adsorbsiya issiqligi deb ataladi. Adsorbsion qatlamning kuchi adsorbsiya issiqligiga proporsionaldir.
2.1-rasmda, b
Kimyoviy adsorbsiya. Xemosorbtsiya - bu kimyoviy birikmalar hosil bo'lishi bilan birga suyuqlik yoki qattiq jism yuzasi tomonidan atrof-muhitdan moddalarni singdirish jarayoni. Xemisorbtsiya jarayonida sezilarli miqdorda issiqlik ajralib chiqadi. Odatda, kimyosorbtsiya issiqliklari 80-125 kJ / mol oralig'ida yotadi. Kislorodning metallar bilan o'zaro ta'siri (oksidlanish) sezilarli darajada yuqori issiqlik qiymatlarini beradi, 400 kJ / mol ga etadi.
KO'PROQ:
Kimyoda adsorbsiya
Kirish
Adsorbsiya - gazlar, bug'lar yoki eritmalar aralashmasidan moddaning qattiq jismning sirt yoki g'ovak hajmi - adsorbent tomonidan so'rilishi jarayoni.
Adsorbsiya hodisasi juda uzoq vaqtdan beri ma'lum. Qum va tuproq kabi tabiiy materiallar insoniyat jamiyati paydo bo'lganidan beri suvni tozalash uchun ishlatilgan. 18-asrning oxirida K. Scheele va shu bilan birga Fontana yangi kaltsiylangan ko'mirning o'z hajmidan bir necha barobar ko'p hajmdagi turli gazlarni o'zlashtirish qobiliyatini aniqladilar. Tez orada ma'lum bo'ldiki, so'rilgan hajm miqdori ko'mir turiga va gazning tabiatiga bog'liq. BULAR. Lovits 1785 yilda ko'mirning suyuq muhitda adsorbsiyalanishi hodisasini kashf etdi, uni batafsil o'rgandi va ko'mirdan farmatsevtika, spirt, vino va organik birikmalarni tozalash uchun foydalanishni taklif qildi. Lovits ko'mir buzilgan suvni tezda tozalab, uni ichishga yaroqli holga keltirishini ko'rsatdi. Va endi suv filtrlarining asosiy ishlash printsipi - uglerod materiallari, albatta, tabiiy ko'mirdan ko'ra zamonaviyroq. Havodan zaharli moddalarning adsorbsiyasi N.D. Zelinskiy Birinchi jahon urushi paytida gaz niqobini yaratishda.
Gazlarning qattiq yuzalarga adsorbsiyasi oziq-ovqat sanoatining ayrim tarmoqlarida, ya'ni yog'-moy sanoatida (masalan, margarin ishlab chiqarishda) va fermentatsiya sanoatida (masalan, xamirturush ishlab chiqarishda) tozalash jarayonlarida qo'llaniladi. atmosferaga zararli moddalar chiqishini oldini olish maqsadida gaz oqimlari. Suv bug'ining yutilishi qattiq adsorbent vazifasini bajaradigan g'ovakli moddalarda sodir bo'ladi. Shu kabi jarayonlar shakar, tuz va krakerlarga nisbatan kuzatiladi.
Adsorbsiya, uning turlari
Tez buziladigan mahsulotlarni saqlash joylarining gaz tarkibini tartibga solishning adsorbsion usuli yo'qotishlarni bir necha marta kamaytirish va saqlash muddatini oshirish imkonini beradi. Turli xil oziq-ovqat kislotalarining, xususan, limon kislotasining adsorbsiyasi suvga nisbatan ko'pchilik alkogolsiz ichimliklarning sirt tarangligini pasaytiradi. Suyuq-gaz interfeysida moddalarning adsorbsiyasi ko'piklarning barqarorligiga yordam beradi. Xuddi shunday jarayon fermentatsiya sanoatida xamirturush va boshqa ba'zi oraliq mahsulotlarni ishlab chiqarishda sodir bo'ladi. Turli sirtlarning suv bilan namlanishini ko'paytirish sanoatda asbob-uskunalarni yuvish, xom ashyoni tayyorlash, yarim tayyor mahsulotlarni qayta ishlash va hokazolarda qo'shimcha jarayon sifatida keng qo'llaniladi. Qattiq-suyuqlik chegarasida adsorbsiya suyuqliklarni (masalan, shakar, o'simlik moylari va sharbatlar ishlab chiqarishda diffuziya sharbati) aralashmalardan tozalashda keng qo'llaniladi.
Adsorbsion kuchlar nazariyasining rivojlanishi hali ma'lum bo'lgan bosqichga etib bormagan fizik va kimyoviy xossalari gaz va qattiq bo'lsa, eksperimental tadqiqotlar o'tkazmasdan adsorbsion izotermani hisoblash mumkin edi. Shuning uchun juda ko'p ishlar ma'lum adsorbsion modellarga mos keladigan turli xil nazariy tenglamalar yordamida eksperimental izotermlarni tasvirlashga urinishlarga bag'ishlangan. Agar adsorbsion izotermaning nazariy tenglamasi eksperimental ma'lumotlarni yaxshi takrorlasa, u holda turli sharoitlarda (p va T) noma'lum adsorbsiya qiymatlarini hisoblash va qattiq jismlarning turli geometrik parametrlarini aniqlash mumkin. Adsorbsion izotermlarning eng keng tarqalgan nazariy tenglamalaridan faqat bir nechtasini ko'rib chiqamiz.
Yaxshiligingizni baham ko'ring 😉
OZIQ-OVQAT MAHSULOTLARI ISHLAB CHIQARISHDA ADSORPSIYON
Gazlar, bug'lar yoki suyuq eritmalar aralashmasidan bir yoki bir nechta komponentlarning qattiq modda - adsorbent yuzasi tomonidan yutilishi jarayoni adsorbsiya deb ataladi. Adsorbsiya jarayoni, yutilish jarayoni kabi, selektivdir, ya'ni aralashmadan faqat ma'lum komponentlar so'riladi. Absorbtsiyada bo'lgani kabi, so'rilgan modda adsorbentdan, masalan, isitish orqali chiqarilishi mumkin. Bu regeneratsiya jarayoni - absorbentning yangilanishi desorbsiya deb ataladi.
Absorbtsiya va adsorbsiya jarayonlari yuzaki o'xshashdir. Ularning bir-biridan farqi shundaki, bir holatda modda suyuqlikning butun hajmiga, ikkinchisida esa - faqat qattiq absorberning yuzasiga - adsorbent tomonidan so'riladi.
Oziq-ovqat sanoatida adsorbsiyadan distillash sanoatida suv-spirtli aralashmalarni tozalash, vinolar, sharbatlar va boshqa ichimliklarni tozalash va barqarorlashtirish uchun ishlatiladi. Lavlagi qand ishlab chiqarishda adsorbsiya diffuziya sharbatining to‘yinganligi davrida asosiy tozalanishini, shuningdek, kristallanishdan oldin shakar siroplarining rangsizlanishini ta’minlaydi.
Adsorbsiyadagi muvozanat
Adsorbent tomonidan so'rilgan moddaning miqdori bug'-gaz aralashmasi yoki eritmasidagi so'rilgan moddaning konsentratsiyasiga, shuningdek, jarayon amalga oshiriladigan haroratga bog'liq. Adsorbsiyaning muvozanat shartlari
(7.75) va (7.76) tenglamalarga mos keladigan muvozanat chiziqlari sorbsion izotermalar deyiladi. Sorbsiya izotermlari (26-rasm) eksperimental ma’lumotlar asosida chiziladi. Sorbtsiya izotermining egri chizig'ining tabiati ko'plab omillarga, jumladan adsorbentning o'ziga xos sirt maydoniga, g'ovak hajmiga, g'ovak tuzilishi va tarqalishiga, so'rilgan moddaning xususiyatlariga va, albatta, haroratga bog'liq.
Adsorbsiya jarayonining harakatlantiruvchi kuchi so'rilgan moddaning bug'-gaz yoki suyuq fazalardagi ishchi va muvozanat kontsentratsiyasi o'rtasidagi farq sifatida aniqlanadi.
Uzluksiz adsorbsion jarayonlar uchun ish liniyasi (7.6) tenglamaga mos keladi.
Adsorbsiya jarayonida issiqlik ajralib chiqadi, bu tizimdagi haroratning oshishiga va adsorbent faolligining pasayishiga olib keladi. Shuning uchun jarayonning tezligini saqlab turish uchun sanoat adsorberlari adsorbentni sovutishni ta'minlaydi.
Adsorbentlar
So'rilgan moddaning miqdori absorberning sirt maydoniga bog'liq. Shuning uchun adsorbentlar juda rivojlangan sirtga ega bo'lib, bu qattiq moddada ko'p miqdordagi teshiklarning shakllanishi tufayli erishiladi.
Faollashgan uglerod. Bu eng keng tarqalgan adsorbent. Yog'ochni quruq distillash, so'ngra faollashtirish - taxminan 900 ° S haroratda kaltsiylash orqali olinadi. 1 g faollashtirilgan uglerodning umumiy yuzasi 600 ... 1700 m2 ni tashkil qiladi. Faollashgan uglerod hayvonlar suyaklari va boshqa uglerod o'z ichiga olgan materiallardan ham olinadi. Faollashtirilgan uglerod bo'laklarining o'lchamlari brendga qarab 1 dan 5 mm gacha. Faollashgan uglerod organik bug'larni suv bug'lariga qaraganda yaxshiroq qabul qiladi. Faollashtirilgan uglerodlarning kamchiliklari ularning past mexanik kuchi va yonuvchanligidir.
Silika jellari. Ushbu adsorbent natriy silikat bilan ishlov berish orqali kremniy kislotasi jelini suvsizlantirish orqali olinadi ( suyuq shisha) mineral kislotalar yoki ularning tuzlarining kislotali eritmalari. Silika gel granulalarining o'lchami 0,2 dan 7 mm gacha.
1 g silikagelning umumiy yuzasi 400...770 m2. Silika jellari organik moddalarning bug'larini, shuningdek havo va gazlardan namlikni samarali o'zlashtiradi. Shuning uchun, silika jeli granulalari ba'zan namlikka sezgir bo'lgan asboblar va materiallarni saqlash uchun qadoqlashda ishlatiladi. Faollashtirilgan ugleroddan farqli o'laroq, silika jeli yonmaydi va katta mexanik kuchga ega.
Zeolitlar. Bular D. I. Mendeleyev davriy sistemasining birinchi va ikkinchi guruh elementlari kationlarining g’ovak suvli aluminosilikatlaridir. Ular tabiatda uchraydi va karerlarda qazib olinadi. Sanoatda ko'proq sintetik zeolitlar qo'llaniladi, ular juda bir xil tuzilishga ega, g'ovak o'lchamlarini yirik molekulalarning o'lchamlari bilan taqqoslash mumkin. Shuning uchun zeolitlar mikrofiltratsiya membranalari xususiyatlariga ega.
Zeolitlar suvni yuqori singdirish qobiliyatiga ega va shuning uchun namlik miqdori past bo'lgan gazlar va havoni chuqur quritish uchun ishlatiladi. Sanoat zeolit granulalarining o'lchamlari odatda 2 dan 5 mm gacha.
Ionitlar. Bu tabiiy va sun'iy adsorbentlar bo'lib, ularning harakati tozalanayotgan eritmalar bilan kimyoviy o'zaro ta'sirga asoslangan. Ion almashinuvchilaridan foydalanadigan jarayonlar kimyoviy reaksiyalar bilan kechadigan kimyosorbtsiya - adsorbsiya deb tasniflanishi kerak. Tarkibida kislotali faol guruhlar boʻlgan va elektrolitlar eritmasi bilan harakatlanuvchi anionlar almashinadigan ion almashtirgichlar anion almashtirgichlar deyiladi. Asosiy faol guruhlarni o'z ichiga olgan va harakatchan kationlarni almashinadigan ion almashinuvchilari kation almashinuvchilari deb ataladi. Bir vaqtning o'zida anion va kation almashinuviga qodir bo'lgan amorf ion almashinuvchilar guruhi mavjud. Ion almashinadigan qatronlar sanoatda eng ko'p qo'llaniladi. Shunday qilib, shakarni qayta ishlash zavodi ishlab chiqarishda ion almashinadigan qatronlar siroplarni rangsizlantirish uchun ishlatiladi. Ba'zi hollarda suvni tozalash uchun qatronlar ham qo'llaniladi. Ion almashinuvchilari sintezidagi so'nggi yutuqlar bizga ularga umid qilish imkonini beradi muvaffaqiyatli foydalanish noan'anaviy texnologiyalarda, masalan, xom spirtdan rektifikatsiya qilingan spirt ishlab chiqarishda.
Nozik gillar oziq-ovqat sanoatida tabiiy adsorbent sifatida ishlatiladi, masalan, sharobni tozalash uchun: bentonit, diatomit, kaolin. Xuddi shu maqsadda baliq yopishtiruvchi (jelatin) va boshqa moddalar ishlatiladi.
Adsorberlarni hisoblash
Adsorberlarni hisoblash tartibi absorberlarni hisoblash tartibiga o'xshaydi. Va faqat aniqlanishi oson bo'lgan qattiq massa o'tkazuvchan yuzasi, kontsentratsiyani o'zgartirish bosqichlari sonini aniqlashga murojaat qilmasdan, ba'zi kinetik tenglamalardan foydalanish va apparatning kerakli o'lchamlarini aniqroq hisoblash imkonini beradi.
Moddiy balans. Adsorbsiya jarayoni uchun material balansi tenglamasi (7.3) tenglamaga mos keladi:
Adsorbsiya jarayonining kinetikasi. Adsorbsiya paytida moddaning yutilish jarayoni odatda qattiq fazali tizimlar uchun mezon tenglamasi bilan tavsiflanadi:
Adsorbsiya jarayonida ajralib chiqadigan issiqlik miqdori. Adsorbsiyaning solishtirma issiqligi g (J/mol) odatda eksperimental tarzda aniqlanadi va turli moddalar uchun ma’lumotnomalarda keltirilgan. Eksperimental ma'lumotlar bo'lmasa, siz quyidagi tenglamadan foydalanishingiz mumkin:
Fizik va kimyoviy adsorbsiya
Adsorbsiya- qattiq yoki suyuqlikning sirt qatlami tomonidan eritmalar yoki gazlardan moddalarni yutish. Harakatlantiruvchi kuch Jarayon sirtda atomlararo o'zaro ta'sirning kompensatsiyalanmagan kuchlarining mavjudligi, buning natijasida adsorbsiyalangan moddaning molekulalari - adsorbat tortiladi. Faqat sirt energiyasining pasayishi emas, balki sirtda turli xil tarkibdagi plyonka hosil bo'lishi ham mavjud.
Atom jihatdan toza sirtning termodinamik holati adsorbsiya jarayonining faol sodir bo'lishiga yordam beradi. Ma'lumki, toza metall sirt 1 sm2 ga taxminan 105 adsorbsion pozitsiyani o'z ichiga oladi.
Fizik va kimyoviy adsorbsiyani farqlang sirtdagi moddalar. Interfeysdagi o'zaro ta'sirlarning oraliq turlari ham mumkin.
Jismoniy adsorbsiya. Adsorbsiyalangan qatlam sirt bilan kuchsiz atomlararo bog'lar, masalan, van der Vaals kuchlari bilan bog'langan. Jismoniy adsorbsiyaning issiqligi, qoida tariqasida, kichik va kamdan-kam hollarda bir necha o'nlab kJ / mol (taxminan 40 kJ / mol) dan oshadi.
Jismoniy adsorbsiya jarayoni qaytar, faollashmaydi va qattiq yoki suyuq jism yuzasida adsorbat molekulalari paydo bo'lishi bilanoq juda tez davom etadi. Ko'pincha fizik adsorbsiya sirtning gaz fazasi bilan o'zaro ta'siri bilan bog'liq. Adsorbsiyalangan gaz miqdori bosimning pasayishi va haroratning oshishi bilan kamayadi.
Monomolekulyar adsorbsiyaning eng oddiy tenglamalari Genri va Langmu tomonidan taklif qilingan ROM Genri tenglamasi (Genri izotermasi deb ataladi)
| , | (2.4) |
Bu erda t - adsorbentning bir hil yuzasini adsorbat molekulalari bilan to'ldirish darajasi; Kimga- proportsionallik koeffitsienti, asosan, harorat va adsorbentning adsorbent bilan o'zaro ta'sirining tabiatiga bog'liq; R- adsorbentning bir hil yuzasini adsorbat molekulalari bilan to'ldirishning juda past D darajalarida amal qiladigan bosim.
Genri izotermasi to'g'ri chiziq 1 (2.1-rasm, a). Ortib borayotgan bosim bilan R adsorbsiyalangan monomolekulyar qatlamning o'sishi sekinlashadi. Adsorbat molekulasi adsorbent yuzasining hali band bo'lmagan maydoniga yopishishda qiyinchiliklarga duch keladi.
2.1-rasm - Adsorbsiyalangan modda miqdorining o'zgarishining bosimga bog'liqligi (A) va harorat ( b) (matndagi tushuntirishlar)
Izoterm 2-qavariq bo'lib, dagi qiymat birlikka intiladi (2.1, a-rasmga qarang). Qavariq izotermalar Lengmyur tenglamasi bilan tavsiflanadi
| , | (2.5) |
Qayerda A– fizik ma’nosi bo‘yicha doimiyga o‘xshash adsorbsiya koeffitsienti Kimga(2.5) tenglamada.
Shuni ta'kidlash kerakki, Lengmyur tenglamasi faqat bir jinsli sirtdagi monomolekulyar adsorbsiya uchun amal qiladi, adsorbat molekulalarining o'zaro tortishish imkoniyati va ularning adsorbent yuzasi bo'ylab harakatchanligi e'tiborga olinmaydi; Adsorbat bosimining yanada oshishi bilan ikkinchi, uchinchi va boshqa qatlamlar to'ldiriladi. Jarayon polimolekulyar adezyonga aylanadi.
Qattiq adsorbentlarning yuzasi odatda heterojendir. Ba'zi hududlar adsorbsiya uchun qulay, boshqalari - aksincha. Adsorbat bosimining oshishi bilan polimolekulyar adsorbsiya bir vaqtning o'zida turli darajadagi intensivlik bilan butun sirtda sodir bo'ladi.
Adsorbsiya jarayoni deyarli har doim issiqlikning chiqishi bilan birga keladi, bu adsorbsiya issiqligi deb ataladi.
Adsorbsion qatlamning kuchi adsorbsiya issiqligiga proporsionaldir. Polimolekulyar adsorbsiyaga o`tganda adsorbsiya issiqligi adsorbatning kondensatsiya issiqligiga yaqinlashadi.
Harorat sharoitlari fizik adsorbsiya jarayonining borishiga katta ta'sir ko'rsatadi. Haroratning oshishi bilan sirtdagi molekulalarning yuqori harakatchanligi hosil bo'lgan qatlamning desorbsiyasiga olib keladi. Haroratning yanada oshishi fizik adsorbsiyani kimyoviy adsorbsiyaga - kuchliroq bog'lanishlarga ega bo'lgan xemisorbsiyaga aylantirishi mumkin.
2.1-rasmda, b Gaz muhiti adsorbsiyasining doimiy bosimdagi haroratga sifat jihatdan bog'liqligi berilgan. Past haroratlarda 1-izobar fizik adsorbsiyani tavsiflaydi. Muayyan haroratga erishilganda, fizik adsorbsiyadan kimyosorbtsiyaga o'tish jarayoni mumkin. Adsorbsiyalangan modda o'sib boradi (2-egri). Butun sirt adsorbat bilan to'ldirilganda adsorbsiyalangan moddaning miqdori yana kamayib keta boshlaydi (3-egri chiziq). 1-hududda adsorbsiya teskari, 2-hududda esa qaytarilmas. Agar tizim sovisa, jarayon 3-maydondan 4-hududga o'tadi.
Jismoniy adsorbsiya paytida yuzadagi zaif atomlararo aloqalar, ko'rinishidan, sirt atomlarining kompensatsiyalanmagan aloqalarini ozgina darajada muvozanatlashtira oladi. Shunga ko'ra, erkin sirt energiyasi darajasining sezilarli pasayishini kutmaslik kerak. Mahsulotlar sirtini qoplamaga tayyorlashda fizik adsorbsiyalangan moddalarning (qattiq, suyuq va gazsimon) zaif bog'lanishlarini hisobga olish kerak.
Kimyoviy adsorbsiya. Xemosorbtsiya - bu kimyoviy birikmalar hosil bo'lishi bilan birga suyuqlik yoki qattiq jism yuzasi tomonidan atrof-muhitdan moddalarni singdirish jarayoni. Xemisorbtsiya jarayonida sezilarli miqdorda issiqlik ajralib chiqadi. Odatda, kimyosorbtsiya issiqliklari 80-125 kJ / mol oralig'ida yotadi.
Fizik va kimyoviy adsorbsiya
Kislorodning metallar bilan o'zaro ta'siri (oksidlanish) sezilarli darajada yuqori issiqlik qiymatlarini beradi, 400 kJ / mol ga etadi.
Kimyoviy reaktsiyalar singari, xemisorbtsiya ham sodir bo'lishi uchun katta faollik energiyasini talab qiladi. Binobarin, harorat oshishi bilan xemisorbtsiya jarayoni tezlashadi. Faollashgan adsorbsiya deb ataladigan narsa sodir bo'ladi. Kimyosorbtsiya selektiv jarayon bo'lib, harorat bilan birga reaksiya tezligini aniqlaydigan absorbent va adsorbatning kimyoviy yaqinligiga bog'liq. Misol uchun, gazlar sof metallar yoki metallga o'xshash sirtlar bilan o'zaro ta'sirlashganda, sirt atomlari bog'larining zaif to'yinganligi bilan bog'liq bo'lgan juda tez xemisorbtsiya kuzatiladi. Kimyosorbtsiya faollashuv energiyasining minimal qiymatlarida sodir bo'ladi. Qattiq yuzalarda xemisorbtsiya donlarning kristallografik yo'nalishiga, turli nuqsonlarning mavjudligiga va boshqalarga bog'liq. Kimyosorbtsiya sirtning eng faol joylaridan boshlanadi. Xemisorbtsiya butun sirt adsorbatning monomolekulyar qatlami bilan qoplanmaguncha sodir bo'lishi odatda qabul qilinadi. Jismoniy adsorbsiya bilan solishtirganda, xemisorbtsiya atrof-muhit bosimiga sezgir.
Sirtda kimyosorbsiyalangan plyonkalarning mavjudligi asosan sirt atomlarining kompensatsiyalanmagan osilgan aloqalarini muvozanatlashtiradi. Bunday holda, sirt energiyasi minimal qiymatlarga etadi, bu esa sirtlarni qoplamaga tayyorlashda hisobga olinishi kerak. Kimyosorblangan sirt birikmalarini (ifloslantiruvchi moddalarni) olib tashlash katta energiya sarfini talab qiladi.
KO'PROQ:
ADSORBENTLARNI ISHLATISHGA QARShI KOLAYLAR
Har qanday dori-darmonlarni shifokor tavsiyasi va ko'rsatmalarga rioya qilgan holda qabul qilish kerak! Ichakdagi adsorbentlarni qabul qilishning asosiy kontrendikatsiyasi ularning individual intoleransiyasidir. Faollashtirilgan uglerod preparatlarini oshqozondan qon ketish, oshqozon-ichak traktining yarali lezyonlari va boshqalarda qo'llash tavsiya etilmaydi; Lignin preparatlari - uglevod almashinuvining buzilishi, anatsid gastrit va ich qotishi tendentsiyasi uchun. Shuni hisobga olish kerakki, adsorbentlarni og'iz orqali qabul qilganda, boshqa dorilarning samaradorligi pasayishi mumkin. dorilar, ular bilan bir vaqtning o'zida olingan. Shuning uchun adsorbentlarni va boshqa dori-darmonlarni qabul qilish o'rtasida intervalni olish muhimdir.
Sorbsiyani tozalash
NEOSMEKTIN® - YANGI AVLOD ADSORBENT
Zamonaviy Neosmectin® preparati turli xil diareya, meteorizm, oshqozon yonishi, shishiradi va qorin bo'shlig'ida og'irlikni yo'q qilishga yordam beradi. Neosmectin® ikki yo'nalishda harakat qiladi.
OZ HAZM QILISHINING BUZILIShINI PROVOVAT QILGAN OMILLARNI BERISHGA YORDAM BERADI
Patogen mikroflora, ichak gazlari va toksinlar ba'zida ovqat hazm qilish buzilishiga olib keladi. Neosmectin® ularni adsorbsiyalaydi va ularni tanadan olib tashlashni osonlashtiradi. Shunday qilib, preparat simptomlarni emas, balki ovqat hazm qilish muammolarini keltirib chiqaradigan omillarni bartaraf etishga yordam beradi.
oshqozon-ichak shilliq qavatini himoya qiladi
Neosmectin® oshqozon-ichak traktining shilliq to'sig'ini barqarorlashtiradi, uning yuzasida hosil bo'ladi. himoya plyonka, bu shilliq qavatni patogen mikroorganizmlarning shikastlanishidan himoya qiladi va tezroq tiklanish imkoniyatini beradi.
