Обработка экспериментальной изотермы адсорбции

1. Выражают экспериментальные данные, полученные при определении изотермы адсорбции, в координатах lg a – Aⁿ при n=2 (рис.3).

Рис.3. Экспериментальная изотерма адсорбции паров бензола на углеродном адсорбенте в линейных координатах

По отрезку, отсекаемому прямой на оси ординат, находят lg a₀ и, следовательно, предельную величину адсорбции a₀.

Сопоставляют значение a₀ с объемом микропор v_ми, рассчитанным по формуле (2). По угловому коэффициенту прямой, равному 0,434/Eⁿ, рассчитывают величину характеристической энергии адсорбции Е.

Рис. 4. Распределение заполнения микропор по дифференциальной мольной работе адсорбции А

2) Производят определение характеристической свободной энергии адсорбции E по одной точке изотермы адсорбции при заполнении ==0,368. Для этого выражают опытные данные в координатах —А (рис. 4) и из равенства Е=А находят Е как

E=A=1/e=0.368. (27)

Сопоставляют значения Е, полученные из графиков рис. 3 и 4.

3) Пользуясь зависимостью В==(4,574/E)², находят значение структурной константы В, характеризующей размер микропор, и сравнивают ее со значением В, полученным из формулы (7).

4) Для оценки правильности выбора экспоненты п и определения параметров a₀ и E пользуются графическим выражением экспериментальной изотермы адсорбции в координатах a—P/Ps (рис. 5).

Рис. 5. Экспериментальная изотерма адсорбции паров бензола в координатах a—P/Ps

При построении изотермы значение a₀ берут из данных по определению предельной величины сорбционного пространства Ws (4) или интерполированием изотермы адсорбции в область высоких равновесных относительных давлений (P/Ps>0,3). Находят величину для характеристической точки a_x:

a_x=0,368a₀. (28)

Далее по изотерме находят величину равновесного относительного давления Px/Ps, отвечающего данной характеристической точке a_x,, и рассчитывают E:

E=4.57Tlg(P_s/P), (29)

а затем В, сравнивая его с ранее рассчитанным по пункту З.

Для определения параметра n берут точку a₀, равную (0,7—0,8) a₀, узнают для нее абсциссу P₁/P_s и рассчитывают А:

A=4,57lg(P_s/P₁). (30)

По полученным значениям Е, A, a₁ и a₀ .производят оценку выбранного значения n по формуле

(31)

5) По предельной величине адсорбции a₀, найденной из прямолинейной формы изотермы (см. рис. 3) для стандартного пара — бензола при температуре Tо==273+20° С, рассчитывают предельную величину адсорбции а^t при температуре T>Tо:

(32)

(33)

где — термический коэффициент предельной адсорбции, вычисляемый по формуле

(34)

где — плотность нормальной жидкости при T_кип (т. е. плотность бензола при температуре кипения); - плотность жидкости (например бензола) при T_кр, рассчитывается по уравнению

(35)

Константа b вычисляется по формуле

(36)

где P_кр — критическое давление в атмосферах.

Значения T_кип, T_кр, , находят по справочнику.

6) Производят пересчет изотермы адсорбции стандартного пара-бензола на температуру T>Tо, где T₀=273+20 ° C.

Термическое уравнение адсорбции для этого случая имеет вид

(37)

(38)

где Т — заданная температура пересчета; а^t — величина адсорбции при заданной температуре, - равновесные величины адсорбции стандартного пара-бензола •при данных P/Ps (берутся из экспериментальной изотермы адсорбции, снятой при Tо=273+20° С); —•термический коэффициент предельной адсорбции, для бензола n=2.

7) Рассчитывают изотерму адсорбции для другого пара при любой температуре T, равной или больше То', при которой определялась изотерма адсорбции стандартного пара-бензола:

39)

(40)

где — коэффициент аффинности; — термический коэффициент предельной адсорбции для рассматриваемого пара; плотность рассматриваемого пара при Tо=27З+20 °С, если расчет новой изотермы производится при той же температуре, или плотность пара при заданной температуре Т> Tо; -- то же для исходного стандартного пара-бензола.

8) Все результаты пересчетов изотерм адсорбции для другого пара выражают графически в координатах a – P/P_s..

ЛИТЕРАТУРА

1. Дубинин М. М. Исследования в области адсорбции газов и паров углеродными адсорбентами. — М.: Иэд-во АН СССР, 1956.

2. Дубинин М. М. Юбилейный сборник АН СССР, ч. 1. — 1947, с. 562.

3. Киселев А. В., Древинг В. П., Рунов А. Д.—ДАН СССР, 1945, т. 46, с. 310.

4. Измерение изотермы сорбции на адсорбционно-вакуумной установке с пружинными микровесами. Методические указания для выполнения лабораторных работ. — Л.: изд. ЛТИ им. Ленсовета, 1971.

5. Дубинин М. М. Адсорбция и пористость. — М., 1972.

6. Weibull W. — J. Appl. Mechanies, 1951, vol. 18, p. 293.

7. Дубинин М. М., Астахов В. А.—Изв. AH СССР. Серия хим., 197l, № 5, 11.

8. Бензол. ГОСТ 5955 - 74.

9. Четыреххлористый углерод. ГОСТ 20288—74.

10. СТП 2.055.005—79 КС УКДВ. Единицы физических величин.

11. СТП 2.016.006—80 КС УКДВ. Порядок составления плана изданий, оформления рукописей, предназначенных к печати в типографии и на ротапринте.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение………………………………………………………………………………З

1.1. Пористая структура активированных углей……………………………З

1.1.1. Определение объемов характерных пор активированных углей……………………………………………………………...3

1.1.2. Определение структурного типа активированных углей………………………………………………………………5

1.2. Использование расчетного аппарата теории объемного заполнения микропор для обработки экспериментальной изотермы стандартного пара-бензола на различных углеродных адсорбентах………………………………………………..6

2. Лабораторная работа «Измерение изотерм сорбции паров органических веществ

на различных адсорбентах в динамических условиях»………………………………8

2.1. Цель работы......…………………………………………………………..8

2.2. Описание прибор…………………………………………………………8

2.3. Описание работы………………………………………………………..10

2.3.1. Градуировка капилляров гуськового реометра по

концентрации паров заданного вещества……………………….10

2.3.2. Определение изотермы сорбции парой заданного

вещества…………………………………………………...............12

2.3.3. Определение равновесной величины сорбции парообразных веществ сорбентом при упругости насыщенного пара (эксикаторный метод)……………………………………………..14

2.4. Оформление результатов опыта……………………………………….16

2.4.1. Формула для расчета концентрации насыщенных

паров……………………………………………………………….17

2.4.2. Обработка экспериментальной изотермы адсорбции…………18

Приложение…………………………………………………………………………….22

Литература……………………………………………………………………………...23

Приложение 1