Пример выполнения задания с использованием для расчета Microsoft Office Excel
Задание:
При изучении адсорбции сернистого ангидрида SO2 ( ) на силикагеле при различных температурах были получены следующие экспериментальные данные:
T = 303 К
| 33,4 | 47,5 | 52,4 | 56,3 |
T = 313 К
| 38,75 | 44,55 | 48,55 | 51,85 |
T = 330 К
| 30,5 | 46,5 | 52,8 | 57,8 |
1. Постройте изотерму адсорбции сернистого ангидрида на силикагеле при различных температурах, сделайте вывод о зависимости величины адсорбции от температуры.
2. Рассчитайте и постойте характеристическую кривую.
3. Определите минимальный и максимальный радиус пор силикагеля.
Решение:
1. Откройте Microsoft Office Excel. Введите в таблицы исходные данные, согласно своему варианту при трех разных температурах.
| Исходные данные | |||||
| Т=303К | Т=313К | Т=330К | |||
| р, мм.рт.ст | А, см3/г | р, мм.рт.ст | А, см3/г | р, мм.рт.ст | А, см3/г |
| 33,4 | 38,75 | 30,5 | |||
| 47,5 | 44,55 | 46,5 | |||
| 52,4 | 48,55 | 52,8 | |||
| 56,3 | 51,85 | 57,8 |
2. По экспериментальным данным построите изотермы адсорбции сернистого ангидрида на силикагеле при различных температурах. Для этого:
1. Выделите значения р и А при температуре Т=303 К
| 33,4 | |
| 47,5 | |
| 52,4 | |
| 56,3 |
и нажмите пиктограмму . В открывшемся окне выберете тип «Точечная» и нажмите кнопку «Далее». В открывшемся окне перейдите на закладку «Ряд» и в строке «Значения Х» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям давлений при Т=303К, в строке «Значения Y» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям адсорбции при Т=303К, в строке «Имя» введите Т=303К. Аналогично введите экспериментальные данные при других температурах, для этого: в поле «Ряд» нажмите «Добавить». В строке «Значения Х» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям давлений при Т=313К, в строке «Значения Y» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям адсорбции при Т=313К, в строке «Имя» введите Т=313К. Продолжите аналогичные действия для Т=330К, нажмите кнопку «Далее». В появившемся окне в закладке «Заголовки» введите соответствующие параметры диаграммы:
«Название диаграммы» – Изотермы адсорбции;
«Ось Х (категорий)» – р, мм.рт.ст.;
«Ось Y (категорий)» – А, см3/г; нажмите кнопки «Далее» и «Готово».
Поместите построенную диаграмму на имеющемся листе. Оформление диаграммы может быть совершенно произвольным. Вы можете добавить или убрать «Легенду», добавить или убрать «Линий сетки», добавить или убрать «Рамку», менять цвет и шрифт полей, маркеров, линий, подписей и т.д.
Например:
3. Для дальнейших расчетов введите в ячейки программы необходимые данные:
Давление насыщенного пара (рS) сернистого ангидрида при
различных температурах
| Т, К | ||||
| ps, мм рт.ст. | 116,2 | 349,6 | 471,2 |
| Молярная масса SO2, г/моль |
| Плотность жидкого SO2, г/см3 |
| 1,4619 |
б) Расчет количества моль SO2, адсорбированного 1 г силикагеля.
Пересчитаем величину адсорбции в размерность моль/г, для этого рассчитаем количество моль SO2, адсорбированного 1 г геля кремневой кислоты, например:
.
Для каждой температуры введите исходные данные значений А, см3/г, в следующем столбце пересчитайте эти значения на n, моль; для этого значение в столбце А=33,4 см3/г разделите на 22400 (поставьте курсор в первое поле значений n, нажмите «=», выделите поле значения А и разделите на 22400, нажмите «Enter». Выделите рассчитанное значение 0,00149, переведите курсор в нижний правый угол выделенной ячейки (внизу появится черный крестик), зафиксируйте мышку нажатием левой кнопки и, не отпуская ее, «растяните» формулу вниз на другие ячейки n, моль, произойдет автоматический расчет n, моль. Аналогичные действия выполните для остальных значений А при других температурах. Полученные значения округлите, используя пиктограмму «Уменьшить разрядность» .
| Расчет количества моль SO2, адсорбированного 1 г силикагеля | |||||
| Т=303К | Т=313К | Т=330К | |||
| А, см3/г | n, моль | А, см3/г | n, моль | А, см3/г | n, моль |
| 33,4 | 0,0015 | 38,75 | 0,0017 | 30,5 | 0,0014 |
| 47,5 | 0,0021 | 44,55 | 0,0020 | 46,5 | 0,0021 |
| 52,4 | 0,0023 | 48,55 | 0,0022 | 52,8 | 0,0024 |
| 56,3 | 0,0025 | 51,85 | 0,0023 | 57,8 | 0,0026 |
в) Расчет мольного объема сернистого ангидрида.
,
где 64 г/моль – молярная масса SO2; 1,4619 г/см3 – плотность жидкого SO2.
Выделите ячейку для расчета мольного объема, нажмите «=», выделите ячейку со значением молярной массы, нажмите «/», выделите ячейку со значением плотности сернистого ангидрида, нажмите «Enter».
| Расчет мольного объема сернистого ангидрида, см3/моль |
| 43,78 |
г) Расчет адсорбционного объема.
Рассчитаем адсорбционный объем при Т=303 К для А = 33,4 см3/г = 1,49·10-3 моль/г по уравнению (1):
Для расчета адсорбционного объема необходимо каждое значение адсорбции (n, моль) умножить на значение мольного объема, для этого создайте столбец Vадс. В ячейке для расчета нажмите «=», выделите поле значения n, моль и умножьте на поле на значения мольного объема, нажмите «Enter». Аналогичные действия выполните для остальных значений n, моль при других температурах. Полученные значения округлите, используя пиктограмму «Уменьшить разрядность» .
| Расчет адсорбционного объема, см3/г | |||||
| Т=303К | Т=313К | Т=330К | |||
| n, моль | Vадс, см3/г | n, моль | Vадс, см3/г | n, моль | Vадс, см3/г |
| 0,0015 | 0,065 | 0,0017 | 0,076 | 0,0014 | 0,060 |
| 0,0021 | 0,093 | 0,0020 | 0,087 | 0,0021 | 0,091 |
| 0,0023 | 0,102 | 0,0022 | 0,095 | 0,0024 | 0,103 |
| 0,0025 | 0,110 | 0,0023 | 0,101 | 0,0026 | 0,113 |
д) Расчет адсорбционного потенциала.
Рассчитаем адсорбционный потенциал при Т = 303 К для р = 78 мм.рт.ст. по уравнению (2):
.
Для каждой температуры введите исходные значения давлений (р, мм рт.ст.) в следующем столбце проведите расчет адсорбционного потенциала, для этого:
В ячейке для расчета нажмите «=», введите 8,31*303*(ln выделите поле значения рS при данной температуре, нажмите «/», выделите поле значений р, мм рт.ст.), нажмите «Enter». Аналогичные действия выполните для остальных значений ε при других температурах. Полученные значения округлите, используя пиктограмму «Уменьшить разрядность» .
| Расчет адсорбционного потенциала, Дж/моль | |||||
| Т=303К | Т=313К | Т=330К | |||
| р, мм.рт.ст. | ε | р, мм.рт.ст | ε | р, мм.рт.ст. | ε |
е) Для построения характеристической кривой:
1. Выделите значения Vадс, см3/г при температуре Т=303 К
| 0,065 |
| 0,093 |
| 0,102 |
| 0,110 |
и нажмите пиктограмму . В открывшемся окне выберете тип «Точечная» и нажмите кнопку «Далее». В открывшемся окне перейдите на закладку «Ряд» и в строке «Значения Х» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям Vадс, при Т=303К, в строке «Значения Y» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям ε при Т=303К, в строке «Имя» введите Т=303К. Аналогично введите экспериментальные данные при других температурах, для этого: в поле «Ряд» нажмите «Добавить». В строке «Значения Х» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям Vадс, при Т=313К, в строке «Значения Y» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям ε при Т=313К, в строке «Имя» введите Т=313К. Продолжите аналогичные действия для Т=330К, нажмите кнопку «Далее». В появившемся окне в закладке «Заголовки» введите соответствующие параметры диаграммы:
«Название диаграммы» – Характеристическая кривая;
«Ось Х (категорий)» – Адсорбционный объем, см3/г;
«Ось Y (категорий)» – Адсорбционный потенциал, Дж/моль, нажмите кнопки «Далее» и «Готово».
Поместите построенную диаграмму на имеющемся листе. Оформление диаграммы может быть совершенно произвольным. Вы можете добавить или убрать «Легенду», добавить или убрать «Линий сетки», добавить или убрать «Рамку», менять цвет и шрифт полей, маркеров, линий, подписей и т.д.
Например:
Из рисунка видно, что все рассчитанные при разных температурах точки, практически, легли на одну кривую, следовательно, характеристическая кривая действительно не зависит от температуры, индивидуальна и характерна для каждого адсорбента.
3. Рассчитайте минимальный и максимальный радиус пор при Т = 303 К по уравнению (4):
Для расчета введите в программу табличные данные зависимости поверхностного натяжения сернистого ангидрида от температуры (таблица 2, приложение 1):
| Т, К | |||||
| σ·103, Дж/моль | 28,5 | 22,75 | 13,1 | 9,25 |
Поставьте курсор в ячейку для расчета минимального радиуса пор, нажмите «=», введите (2*выделите ячейку со значением поверхностного натяжения при Т=303К, нажмите *0,001, выделите ячейку со значением мольного объема, нажмите *0,000001)/, выделите ячейку с максимальным значением адсорбционного потенциала при Т=303К, нажмите «Enter».
Поставьте курсор в ячейку для расчета максимального радиуса пор, нажмите «=», введите (2*выделите ячейку со значением поверхностного натяжения при Т=303К, нажмите *0,001, выделите ячейку со значением мольного объема, нажмите *0,000001)/, выделите ячейку с минимальным значением адсорбционного потенциала при Т=303К, нажмите «Enter». Полученные значения округлите, используя пиктограмму «Уменьшить разрядность» .
Аналогичные действия выполните при других температурах.
Сохраните файл, нажав на пиктограмму . Назовите свой файл, используя «Сохранить как».
Расчетная часть
Цель работы:
1. Теоретически изучить процесс адсорбции на пористых сорбентах, используя потенциальную теорию Поляни.
2. Построить изотерму адсорбции сернистого ангидрида на силикагеле при различных температурах, рассчитать и построить характеристическую кривую, определить минимальный и максимальный радиус пор адсорбента.
Используемое оборудование:
1. Калькулятор, карандаш, линейка, миллиметровая бумага.
2. Компьютер с программным обеспечением Microsoft Office Excel.