1.5Контрольні питання

Методи очистки газів, область застосування, переваги і недоліки. Адсорбція фізична і хімічна. Статика, кінетика, динаміка адсорбції. Особливості статики і динаміки адсорбції для опуклої та увігнутої ізотерм. Шляхи інтенсифікації адсорбційних процесів. Конструкції адсорберів, область застосування, переваги і недоліки. Регенерація адсорбентів.

1.6 Література

1. Очков В.Ф. Анализ изотерм ионного обмена в среде Mathcad. / В.Ф.Очков, А.П. Пильщиков, А.П. Солодов, Ю.В. Чудова // Теплоэнергетика, №7, 2003, с. 13 - 18.

2. Запольский А.К. Фізико-хімічні основи технології очищення стічних вод: [Текст]: Підручник. / А.К. Запольский, Н.А. Мішкова-Кліменко, І.М. Астрелін. – К.: Лібра, 2000. – 552 с.

3. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. [Текст] / Н.В. Кельцев. – М.: Химия, 1984.– 592 с.

4. Громогласов А.А. Водоподготовка: процессы и аппараты. [Текст]: учебное пособие для вузов / А.А. Громогласов, А.С. Копылов, А.П. Пильщиков – М., Энергоатомиздат, 1990. –272 c. –ISBN 5-283-00082‑6

5. Серпионова Е.Н. Промышленная адсорбция газов и паров. [Текст] /Е.Н. Серпионова.– М., Высшая школа, 1969. –416 с.

2Кінетика гетерогенно-каталітичних процесів. Визначення кінетичних параметрів за заданим механізмом

Кінетика гетерогенно-каталітичних процесів. Визначення кінетичних параметрів за заданим механізмом

Мета роботи: обробка на ПК експериментальних даних із визначенням можливого механізму перебігу реакції шляхом розробки програми, що призначена для розрахунку константи швидкості реакції, коефіцієнтів адсорбції компонентів реакції, перед-експоненційного множника, енергії активації та теплоти адсорбції для каталітичних гетерогенних процесів, що протікають в кінетичній області.

Загальні положення кінетики Ленгмюра-Хіншельвуда

Будь-яке дослідження кінетики в гетерогенному каталізі починається з визначення зв’язку між концентраціями адсорбованих реагентів та їх концентрацій в газовій (рідкій) фазі, які на відміну від поверхневої концентрації можна безпосередньо виміряти. Цей зв’язок з деяким наближенням можна встановити використовуючи теорію адсорбційної рівноваги Ленгмюра [1].

У випадку мономолекулярного заміщення всіх адсорбційних центрів поверхні каталізатора одним газовим реагентом частка θ зайнятої поверхні складе:

(1)

де k₁ і k₂ – відповідно константи адсорбції й десорбції;

b=k₁/k₂ – адсорбційний коефіцієнт (якщо адсорбція оборотна, то b – константа рівноваги між реагентом на поверхні каталізатора і у газовій фазі);

Р – парціальний тиск газового реагенту.

При адсорбції суміші n компонентів частка поверхні зайнята i-тим компонентом, визначається за рівнянням:

(2)

Якщо при адсорбції речовини А відбувається дисоціація її молекул на z часток (найчастіше z=2: N₂, H₂, O₂), кожна з яких займає один адсорбційний центр, одержимо:

(3)

Відмітимо, що рівняння Ленгмюра для фізичної адсорбції використовується формально для опису хемосорбції, враховуючи той факт, що хемосорбція завжди є моно-молекулярною (моношаровою). Згідно з підходом Ленгмюра-Хіншельвуда, швидкість гетерогенно-каталітичних реакцій визначається законом діючих поверхонь, який аналогічний закону діючих мас для гомогенних реакцій. В першому наближенні, цей закон стверджує, що швидкість реакції пропорційна добутку часток поверхні, зайнятих реагентами (тобто поверхневих концентрацій), у ступенях, що відповідають стехіометричним коефіцієнтам:

(4)

Стехіометричні коефіцієнти в цьому випадку показують, в яких співвідношеннях взаємодіють речовини на поверхні каталізатора (в адсорбованому стані), і можуть не збігатися із стехіометричними коефіцієнтами цих речовин, якщо вони взаємодіють у відсутності каталізатора. Це робить необхідним експериментальне визначення величин а=n₁ і b=n₂, які називаються порядками каталітичної реакції за компонентами А і В.

Адсорбційний коефіцієнт b залежить від температури:

(5)

де b₀ – коефіцієнт, пов’язаний з ентропією адсорбції;

Hads ,Qads_. – відповідно ентальпія й теплота процесу адсорбції.

З огляду на вираз (5), з рівняння (1) (при умові 1>>b_AP_A і враховуючи рівняння Ареніуса) і (5) отримаємо для компонента А вираз:

(6)

де Ekaj=E - Qads – уявна енергія активації каталітичної реакції, яка менша за істинну енергію активації E на величину теплоти адсорбції.