Реферат на тему Адсорбция и её классификация

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ 3

РАЗДЕЛ 1. АДСОРБЦИЯ И ЕЕ КЛАССИФИКАЦИЯ 5

1.1 Суть метода, понятия 5

1.2 Классификация 9

1.3 Аппаратурное оформление 11

1.4 Область применения и преимущества и недостатки 14

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 17

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 18

Введение:

Актуальность работы. Адсорбция — это процесс, при котором твердое вещество поглощается через поверхность или объем пор адсорбента из смеси газов, паров или растворов.

Явление адсорбции известно очень давно. На заре человеческого общества для очистки воды использовались природные материалы, такие как песок и почва. Однако в конце 18 века К. Шееле и Фонтана обнаружили, что свежесгоревший древесный уголь может поглощать различные газы в несколько раз больше своего объема. Вскоре стало ясно, что объем поглощения зависит от типа древесного угля и природы газа. В 1785 году Т. Е. Ловиц открыл явление адсорбции древесного угля в жидких средах, подробно изучил его и предложил использовать древесный уголь для очистки лекарств, спирта, вина и органических соединений. Ловитц показал, что древесный уголь быстро очищает загрязненную воду и делает ее пригодной для питья. Сегодня основным активным ингредиентом в фильтрах для воды является уголь, более естественное вещество, чем природный древесный уголь. Адсорбция токсичных веществ из воздуха была использована Н. Д. Зелинским для создания противогаза во время Первой мировой войны.

Адсорбция газов на твердых поверхностях используется в некоторых секторах пищевой промышленности, в частности, в масложировой промышленности (например, при производстве маргарина) и в ферментационной промышленности (например, при производстве дрожжей) для очистки технологических газовых потоков с целью предотвращения выброса вредных веществ в атмосферу. Водяной пар поглощается на пористых материалах, которые действуют как твердые адсорбенты. Аналогичные процессы наблюдаются для сахара, соли и сухофруктов. Адсорбционный метод контроля газового состава при хранении скоропортящихся продуктов питания позволяет в несколько раз снизить потери и увеличить срок хранения. Адсорбция различных пищевых кислот, в частности лимонной кислоты, снижает поверхностное натяжение большинства безалкогольных напитков по сравнению с водой. Адсорбция веществ на границе раздела жидкость-газ способствует стабильности пены. Аналогичный процесс происходит в ферментационной промышленности при производстве дрожжей и некоторых других полуфабрикатов. Усиленное смачивание различных поверхностей водой широко используется в промышленности как сопутствующий процесс при мойке оборудования, подготовке сырья, обработке полуфабрикатов и т.д. Адсорбция на границе раздела твердая жидкость широко используется при очистке жидкостей (например, диффузионного сока при производстве сахара, растительных масел и фруктовых соков) от примесей.

Теория адсорбционных сил еще не достигла того уровня, когда изотерма адсорбции может быть рассчитана на основе известных физических и химических свойств газа и твердого тела без необходимости проведения экспериментальных исследований. Поэтому много работы было посвящено попыткам описать экспериментальные изотермы с помощью различных теоретических уравнений, которым соответствуют определенные модели адсорбции. Если теоретическое уравнение для изотерм адсорбции хорошо воспроизводит экспериментальные данные, то можно рассчитать неизвестные значения адсорбции при различных условиях (p и T ) и определить различные геометрические параметры твердых тел.

Цель работы – рассмотреть понятие адсорбции и ее классификацию.

Задачи работы – рассмотреть понятие адсорбции, рассмотреть ее классификацию.

Объект работы – адсорбция.

Предмет работы – классификация адсорбции.

Заключение:

Особенностью дисперсных систем является наличие большой межфазной поверхности. Молекулы, находящиеся на поверхности раздела фаз, вследствие нескомпенсированности действующих на них сил, обладают повышенной энергией. Мерой поверхностной энергии является поверхностное натяжение (), равное термодинамически обратимой изотермической работе, которую необходимо затратить для увеличения площади межфазной поверхности на единицу. Чем сильнее различаются межмолекулярные взаимодействия в граничащих фазах, тем больше поверхностное натяжение.

Любые процессы протекают самопроизвольно, если они сопровождаются уменьшением свободной энергии. Уменьшение свободной поверхностной энергии возможно либо за счет уменьшения величины межфазной поверхности, либо за счет уменьшения поверхностного натяжения. Стремление частиц принять сферическую форму, процессы коагуляции и коалесценции характерны для индивидуальных веществ, поверхностное натяжение которых постоянно. В тех случаях, когда постоянна площадь межфазной поверхности, самопроизвольно происходят процессы адсорбции — накопления в поверхностном слое частиц, понижающих поверхностное натяжение.

Фрагмент текста работы:

1.1 Суть метода, понятия

Адсорбцией называется самопроизвольно протекающий диффузионный процесс взаимодействия двух фаз – твердого тела – адсорбента и газа, пара или растворенного вещества-адсорбтива, происходящий поглощением газа, пара или растворенного вещества поверхностью твердого тела. [1, c. 65]

Поглощение газов, паров и растворенных веществ твердыми телами обычно сопровождается процессами проникновения поглощаемого вещества в твердое тело (абсорбцией), капиллярной конденсацией и химическими реакциями (хемосорбцией), что весьма затрудняет изучение собственно адсорбции. Поэтому поглощение газов, паров и растворенных веществ твердыми телами обычно рассматривается как общий процесс сорбции.

Адсорбция всегда сопровождается выделением тепла. В большинстве случаев тепловой эффект адсорбции по своей величине приближается к теплоте конденсации поглощаемого газа или пара. Адсорбцию подразделяют на два вида: физическую и химическую. Физическая адсорбция в основном обусловлена поверхностными вандервальсовыми силами, которые проявляются на расстояниях, значительно превышающих размеры адсорбируемых молекул, поэтому на поверхности адсорбента обычно удерживаются несколько слоев молекул адсорбата. При химической адсорбции поглощаемое вещество вступает в химичекое взаимодействие с адсорбентом с образованием на его поверхности обычных химических соединений. Силы притяжения возникают на поверхности адсорбента благодаря тому, что силовое поле поверхностных атомов и молекул не уравновешено силами взаимодействия соседних частиц. По физической природе силы взаимодействия молекул поглощаемого вещества и адсорбента относятся в основном к дисперсионным, возникающим благодаря перемещению электронов в сближающихся молекулах. В ряде случаев адсорбции большое значение имеют электростатические и индукционные силы, а также водородные связи. Поэтому адсорбция является самопроизвольным процессом, течение которого сопровождается уменьшением свободной энергии и энтропии системы. Процессы адсорбции избирательны и обратимы. Процесс, обратный адсорбции, называют десорбцией, которую используют для выделения поглощенных веществ и регенерации адсорбента. Наиболее рационально применять адсорбцию для обработки смесей с низкой концентрацией извлекаемых веществ. Статическая и динамическая активность адсорбентов. Основной характеристикой адсорбента является его активность, определяемая весовым количеством вещества, поглощенного единицей объема или веса поглотителя. [2, c. 87]

Различают активность статическую и динамическую.

Статическая активность адсорбента характеризуется максимальным количеством вещества, адсорбированного к моменту достижения равновесия весовой или объемной единицей адсорбента при данной температуре и концентрации адсорбируемого вещества в газовоздушной смеси.

Динамическая активность является характеристикой адсорбента при протекании паровоздушной смеси через слой адсорбента до момента проскока адсорбируемого газа.

Селективные свойства адсорбентов

В процессах адсорбции, так же, как и в процессах абсорбции, поглощающие вещества (адсорбенты обладают селективными свойствами по отношению к поглощаемым газам и парам. Иными словами, применение адсорбционных процессов в качестве метода разделения газовых смесей основано на том, что газовая смесь, приведенная в соприкосновение с адсорбентом, освобождается лишь от одного компонента, в то время как другие оказываются непоглощенными.

Если в процессах абсорбции селективные качества процесса определялись растворимостью или нерастворимостью газа в поглощающей жидкости, то в процессах адсорбции критерием селективных качеств является статическая активность адсорбента. [3, c. 65]

Из смеси газов, приведенных в соприкосновение с адсорбентом, в первую очередь и в значительно большем количестве поглощается газ или пар того вещества, которое имеет более высокую температуру кипения. В большинстве случаев температура кипения поглощаемого газа (например, паров бензола) сильно отличается от температуры кипения инертного газа (например, воздуха) и присутствие инертного газа почти не оказывает влияния на ход процесса. В данном случае поглощение бензола из паровоздушной смеси с парциальной упругостью паров бензола р протекает точно так же, как и поглощение чистых паров бензола, имеющих то же давление. Разделение адсорбционным методом смеси газов, компоненты которой имеют близко лежащие температуры кипения, предоставляет большие трудности или практически невозможно. [4, c. 16]

Основными промышленными адсорбентами являются пористые тела, обладающие большим объемом микропор. Свойства адсорбентов определяются природой материала, из которого они изготовлены, и пористой внутренней структурой.

В промышленных адсорбентах основное количество поглощенного вещества сорбируется на стенках микропор (r < 109 м). Роль переходных пор (10-9 < r < 10-7 м) и макропор (r < 10-7 м) в в основном сводится к транспортированию адсорбируемого вещества к микропорам.
Адсорбенты характеризуются своей поглотительной, или адсорбционной способностью, определяемой максимально возможной концентрацией адсорбтива в единице массы или объема адсорбента, его пористой структуры, природы поглощаемого вещества, его концентрации, температуры, а для газов и паров — от их парциального давления. Максимально возможную при данных условиях поглотительную способность адсорбента условно называют равновесной активностью.