автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Массообмен при адсорбции в растворах

ДЕРЖАВНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ "ЛШВСЬКА П0Л1ТЕХН1КА"

На правах рукопису УДК 66.051/708

' ЖВИЦЬКА Мар1Я Болеслав¿вка

ЧАС00БН1Н ПРИ АДС0РБЦ11 3 Р03ЧИН1В 05.17.08. - пронеси та ппарати х!и!чно? технолог!:

Автореферат дисзртацП' яа чдобуття наукового ступени кандидата технЬших наук

Г* г- г»

* г л

Льз1В - 195'+

ДяоертаЩя е рукописом

Робота виконана в Дераавноыу ун1верситет! "Льв1вська потехи 1ка" яа кгфедр: хШчно* ¡крекер:I 1 прениелово? екологП'.

Науковий керхвыик - заслужений Д1яч науки I гехн}ки Укра'1Нй,

доктс.;» техн1чних наук, р.рофесор Ак1ельруд Григор1й Абрамович

0дЛц1йн1 опоненти - доктгр техн{чних наук, профэсир

Кв1тковський ЛзокЛд МиколойО'еич

канд»1дат техн!чних наук, доцент Куц В1ктср Петрович

ПроЕ1дна орга^защя - Науково-дослгдний I проектний 1нститут

"С1рка", МШстерство проиисловост: Укралш, м. Льв1в

Захист втдбудбться «11 - о л 1994 р. о _[__го?» на зас1-

данн1 спец1ал1эовано1' Бчеко'1 ради Д,068.36.03 при державиоьу ун1-рорситетг "Л^зська пол{техн1ка" за адресов: 290С46, ЛьМв-13, пл. Св.Юра ЗА, корп. 8, ауд. 329.

3 дис*зртац2бг иокна оздайсмитись у Науково-техн1чн1й б15л1отеЩ Дгркавного ун1вероитету "Льв1вс.ька пол1техн:(ка" за адресов: Льв!в-13, вул. Професорська, I.

Авто;еферат розгеланий " ^ " (■ ^ 1994 р..

Вчений секретар опеЦ1ал1зованоК

вченоГ ради,Д.068.36.03 Х^Т, доктор зЛШчних наук, профеоср -^КУу Жизневсышй З.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Ак-хуалы'лоть -геми. вигчення процесу адсорбдн у лз"язку з ро?,-чирерням MftciiisaSiB застосування 1,ього г.роцееу мае велике прзктич-ье значения. Як з!дом_о, найб1лм заоруднюючою речовяною, що ii виквдаэть промиолсь! шдпривистра, електростанцП, xiMi4Hi заводи, s схрчистий газ 0О2 • BiH утворвсться внгсЛ1Док горхння твердого, ргдкого, газопод!бного палив, як! мають у озосцу оклад! сполуки . cipKH. Електоосташш середньоУ потучсностг за добу зикидае в позоря 100-200 т SOj. При доокксленн! 50г перетворюеться на с^рча--ни*: ангхдрид oOj , який в атмосфер! з парами води утворюе слабкий розчин nipj.oior кколоти. Зспльшення кислотностг опадгв впливае пе-редусь'.' на оган npic-них вод та niciB, ^родуюивнхсть рослин; воно шк1?л;1зе д-я людськсго оргая1зму - призводить дэ р1зних зазсзорю-ващ.

Бззоби запобсгання подальшоку руйчуванню кавяолишнъого середо-вища або часткового усунення запод}яно'г лчссди мокугь бути рiзнf.. Одь'ею з мо:1п>;зс'5те:! змекення забруднення атмосфери е гапровад-ш-нч.ч нових процесгз поглккання промнсловкх викид1в. Дисертацгйна робста е складовсю частилою нау.-сово-дослгдно1 роботи кафедрл Х1ПЕ з проблем;;"Розробка безв1дхЦ,иих гехнолог;й хшгчних аирибництв" i зиконанг у etanoataKourt з науково-техк1чков програиоа MiHicrep-ства OGBiTi. Уйрагнк. 0б"ектои досллджечня ойрано огрчану клслоту, 1№глднання я?01 гов'!язане з ьхолоПчнок безпекои водних pecypciB. Лдоио, да cTi4Hi зо;;л чаа-io забрудненг оргая1чними речовиаами. OcKiibiM ми зивчаемо процео масообшну в уисвах адсорбцп, то цей процео им мо&емо вивчати на дов!льио сбраних моделях, бо в vcix випадках адсорбцИ процео виэначаеться ди^-узхйними движки, якх в noxiöHi незалеяно bi.i дифундуючо: речовлни.

Уьта роботи. Розробка катеыатично? кодел! маоообмгну пер!одач-HOI адсорсцм i зготазлення теорегичног концешШ 3 досланный данный; встансьлення основних К1нетичних констант (коефгцгенИв дя-фузИ') та ixHix з:Ш за.тз:;:но вхд умов едсорбцп'ного процесу; з"я-суванкя В1ДМ1нноотей поглинання адоорбтив^в заданно в|д адссрб-Д1йро: еыностг адсорберу. Розробха на баз* иатематичног' модел: метод 13 розрахунку ироцеоа лдсорбц11 з метою проектувакня апарату-pi; для поглинання мгдливих дочг^ок о п|дко'1 фази.

'[ауноьа говизна роботи. ьлерие для пояснения масооб»пку в сио--тем: активои'.не нугхлля - розчин киолоти I) ¿ас;, прочее адоорбцП розглндаотьоя для дзох ргзних концентрация«« умов: при иэлих кон-

центрац!ях, де р1вноважиа крива перетворюеться в пряну лШю, i при великих концентрации, ноли моке Сути частосована кскце пц i я пошарового заповаеннл адсорбц^йного простору; 2) зперпк ,'оведеко, що коицеицы пошарового запввненкя иоке бути зикориотань' тля опа-cv «acooóuiHy в умовах твердий розчин - адсорбент; 3) розроблещ для двох виладк!в в1дпоз1дв! ыатецатичнг иодел:.

Прак-^ичне значения роботи. Логедено, що адсорбщйна технолоПя иоке бу^и застосо:;ана для вир i шення еколоПчних проблей (поглинан-ля неорган iчноi та оргактчко! кислотностг при очищенн} води). Роз-рахолано i ексъер,ментально показано, що I кг агсгивованого вугхл-ля здатний очицати 250 кг кисло! води концеHipauiею ид 0 до 200 шаг/л; прл цьоиу актавованз вугглля uaíxe не втрачае адсорб-ц!йно! здатност! i коже бути використане лк в наступних процесах поглинання - жсао конценсрацгя кислоти " гльша, нгж в попе редких випадках, так i для поглинання органхччих до!«1шок, що мгстяться у вод i, f для очистки ctokib. IIícím зак1кчення технологгчного проце-су вуг1лля П1ддаеться регенерацй'; термхн зикористання вуг"/ля два роки. Технолог :чний пооцес адсорбц1йно'1 очистки запропоновзно водоканалтресту м. Львова для заотосування прл vi¡;opncTaHKi по-верхневих вод для водопо;тачання.

Апдобац1я роботи. Ochobhí результати дисертацгвно! роботи допо-в!далис:. на УП Республхканськгй конференц:! "Пхдвищеннл ьфективно-cit, удосконалення npouecis i апаратхв хШчних виробництв (Льв1в, 1988), на mop'i4HUx нлукезо-т^оретичних конферешиях професорсько-викладацького складу ЛП1 (Льв1в, 1988-1992).

Щгбл1кац1!. По теп! дисертацП опублгковано 4 роботи. Положения, но вичосяться на захист:

1. .Чатеиатичн.! моделх масообы|ну адсорбцп «рчано! i бензойно! кислот на активованоыу вугхлл! pi3H0i якост i.

2. Мохливхсть застооу&ання концетШ пошагового ,-аповнеа,;л адсорбенту для створеная математично! моделi, адекватно!' екслеримен-тальним дании.

5. Твердження, що процес адсоро'цн розчиненс! речовини вгдбуаасть-ся в умовах, коли ксе4чц1ент Д14>узй' змхнюетюя залеано згд j концентр?.Д1йно1 ситуацп. 4. Обгруп-тування иокливо IT i використання активованого вугглля як адсорбенту для очящекня кисло! роди в:д сгрчано! кислот и. Структура i обспг роботи; Дисертгцтя склэдаеться з чотирьох роздтльч, BiiOHOBKiB, списку лЛератури, додатку. Дксертацхя викла-дена на J8I CTopiHUi машинописного тексту i м:стиаь 18 таблиць та J

50 раеуннлв. Список литература нараховуе II? дхерел.

У роздШ першому дисеотацП зикладенс роль I значекяя адсорб-ц1х з розчин:в, в тому числх УI длч екологп. Зроблено

огляд I энал1з лИеротурких даних стану р!вноваги при умовах зд-са>Сд11 з розчин13, масооСа!ну адсорбцИ; охарактеризовано наявн! мсдел! насообаШу. На п1дстав1 хснуычкх уявлепь обгрунтовано обх1Дн1сть врэхуБэ:.ня переходу ь!д зоья1шньодкруз1йного масообиг-ну до внутр1Шньодифуз некого з розмежуванням адсорбцп в пористому лростор1 ! в адсорбц!йн1й фаз!. Встановлено »1дсутн1сть роб1Т, в пких розглядалися о особлшог:т1 ыапооби1ыу заленно в1д чонцектра-:пйно'1 ситуац11 за ыежами частинки адсорбенту.

Роздал другий присвячений розробц! математично! ыодел! адсорб-цШого процесу а врэхуванням усгх факгоргв, наведених в розд!л! "Каукова новизна роботи".

Процес адсорбцГ!, як зйою, оклад есться з дзох етадгй: перша - цз ди4уз!я речовини в ргдкхй фаз1 в напрям1 до геометрич-но! поверхнх адсорбенту х друга - дифуз!я 11еI х речовинк в иез»лх поисто! структури адсорбенту,, Одна !з цнх стад1Й - вайбхлыв по-зШна - визначае швидк1сть адсорбцГ!. Аикористувана тера1нолог!я визначае першу стад{ю - як зсвнгшню дифуз1Е, другу - як знутр!шю. Для того, щоб а"ясувати питания, нотра !з стед1й визначае швид- . К1сть адсорбцН, був проведений досл1д по розчиненню бензойно! кислоти. Звичайно, в процес1 розчинення суц!льно! не пористо! твердо! речовиЕН влутршня дийуз1я вгдсутня I, таким чином, шлид-к!сть визначаеться зовн^кьою дифуз1бю. Отне процес розчинення но-детое зовнгшню дкфузгю за уиов, наявких при рвал!зацН адсорбЩй-ного процесу. Знайшовыи коефщ1ент ыасов!ддачг в процес! розчинення, ни Езажатиыемо його сакиа сачим г для процесу адсэрбгШ, I' зможемо для процесу адсорбцН розрахувати крихер{й Б1 , вазначжв-аи ту роль, що II вШграють внутрИпня { зовн1шая дифузЯ; В1до-мо, що коли критер1Й В1 > 100 - процес дифузН е внутр1шньодифуз1!1-ним, при умов! БК1 - зовнгшньодифуз 1йчш1. На п1дстав! досл!ду по розчиненню бензойпо: кислоти встановлено, що критер!й В1 дор|в-нве 1170. 3 цього випливае, цо визкачальну роль в процееах адсорбцН за уиов дакого експерииекту вшграз внутр{шня дифуз!а, 1 вое ластупне Досл1Дзення грунтуваткметься на цьому положены!. Адсорб-_Ц1йне поглинання досл1джуваних речовян харскгеризугться 1зсяермов адсорбцИ Ленгыюра. Нате матична модель розроблена для двох д!лянок зг!дно з рис. I.

Для визначенкя ивидкост! адсорбцН » -.юристоиу зорк! використо-

-4—

Рис. I. Крива ргвнсзаги зчпм маои адсорбовано! речовини а залежно в1д к1ниево'1 концентрацм речовини в розчинх См*. .

вувалась иоде;ъ адсорбенту, в якгй змн'а концентраци речовини описуеться диферешЦальним ргвнянням молекуляркоТ дкфузШ

ЙСц _ п Р -ур - иеф. V I, >

ле +цс+а2с

ле *"

За доиомогою Ц1С1 моделт вираховувався перенос речовини в пористому простор! I в адссрбц: ¡ппй фазI: 5Са . ЙС _ 2,'. гч 2р

Розглякеко изсообмгн адсороци на д1лянцт С< Р-кр. • Не. Ц1й .тилян-Ц1 - крива р1вк0ваги виходить на плато. Для даней' д:лянки нами ви-користаний в1домий розв"лзок, довгвши оста:чн1й до лог!чного завышения. Це дало змогу використаги ¡'.ого для анзлгзу експерименталъ-них даних цэдо адсорбцП' з розчингв. Лля чаотинок сферпчно!' форми аналог1ЧИИй розв"язок для процесса адоорбцП I десороцп ::.ас вид:

Со-Сг = _!_ . £ д ,

Со " С-поч.

, .__6,__

де Сг - значения концентраиП речовини в порах у даний момент часу; ~ корен1 характеристичного р!вняння:

3/3 /Г В1

лмм-т-ц. = • д. нг

Píbhhkhh (3) лишз для npouecis адсороцП мае вид: 1+Д

Для перiоду vaлж концентраций р!тдяння v5) перетгорено в р!вняння \.6), в якоиу икладовим розрахунксвкм елемеатом в величина кокцеяг-. pau¿í р1вноваги, що е л!доиою напрлк1нц1 иозного дослиу, а оаме:

Сг Споч. у „т^п^-

12 _ * у . i-

—s-Z. Апе (б;

Ьр 1Р n»i

Розглянемо uacooíuiH адсорбпП в Д1лякц1 високих концентрац!й C?Cicp. • Тачиии ввааасио концентрацН, що iu в№ов{дае горизонтальна част/ча ¡зотермк lÍQ--C<»=conS'í . в цьоыу зипадку крива рfьноваги приблизно апооксииовыш прянокутною гзотеюыов. Прийнят-тя тако? ыэдел1 означал якцо в як!йоь точц! пористого оо"ену частники KOünerap&uin розчину буде б iльта нульового значения, то в1дпо.э{дна концентрацхя речевини в адсорбЩйнхй фаз: буде в!дпов1-дати уиогпм насичення., НайбЬтыа в1дпов1днс:с концепцию розпод{лу конце»:грац11 розчинено'1 ¿ечовики для даною вкладку а концепция пошагового заповнення адсороенту. На противагу до рo6ít р!зных ав-topíb ця хонцешия вперме застосовувалась для умов: I; чоли адсорбция ыдбуваеться г ро5чин|в, 2) коли адсороц!я в!дбуваеться в уио-вах замкненого перЮдичного процесу, 3) коли píbhobp.shs. крива ад-copouí'i далека в!д пркиокутно* :зотермп. Дальше- буде показано, цо кочцапц1н пошарового заполнения -дсорбенту в його анал1тичн!й фор-*¿t нявíft у цгаг ^ипздках адекзатно описуз експ.вримен-гальн! дани Розглянеио систему р{випнь!

4 w(C0-C,)=Ma , w

\ f'J (э>

. Еиконуючи 1н!егрувания, отримакко:

1~рЫ\г1п (м-вЧМ)

,г <~гЛхЛг)

, _ 2(1-:<)_«н &Vl 1

(10)

' Кокцен1рад1й адсорбтизу C't в Судь-який момент часу при пошаровому запоБкенн1 с.дсорбенту вирахсвувалася з р1вгання Л;:

C=C0"/a*(i-x¿). ai)

Кое$1ц1ен1 дифуз|1 одержували з р(ваяння: 1>-*Г •

В pcoori подано алгоритм розв"язку внутршшьодкфузхйного ыасо-oduíHy адсорбцГ: для ЕОМ C1Ú-4, Програиу розрахунку какцентрагцйних кривих скдадезо на алторитмхчн1й mobí EefíciK.

При опрацюванн: експериментальних даних нами ззстосовувались три 1штематичн1 модел* внутрИнього масообмтну ,а) модель, що враховув перенесения речовини в пористг«т npocTopi адсорбенту:

■ Ч г бг/

б) модель, що враховуе перенесения речовини в адсорбцШий $a3i:

Ж^-./^Са ¿ÍCa) , (14)

ót fl \ бг- г 1г /

в) модель, яка бере до уваги обидва вида перенесения:

(15)

Еибгр математично!" модел! зД1йснкзавм: таким чином: на першому етап: експершгзнтальн| крив! апроксимували р1внянням (13); для кокно! криво! визаачали коефШент Сс . Ялщо значения [>с огримува-лись 1нвар1антнииа з початковою концентра1Цею розчину Сцвч. > то для опису масообигку при адсор'ци використовузал^зсь матсматична модель (13). У випадку, коли залежала вгд иочатковс! концент-

- ? -

рацН розчину, ми брали матзматичну модель (15).

На ДйГсчу eiani необххдно було 1дентиф1кувати два коефШскти дифузГ:': t>c i Da • Щоб отримати единий розв"язок визначеняя кое-ф!цгент1в сс i t>o . вродилкся додатковх уасзи: dc=const,

Da(Ci>»j = Min . 3 цьому випадку кгефШент De добирався такки чином, цоб залежн1сть Со») ¿ула uiHiusEbHa, або, кгли це Зу-ло можливо, становила DcrCOnsl . 3 тому випадку, кол«:

Da(Ct*)-*Min при De""0 зале»н1сть Da (Coo) була tH-ваМантна до змхн De » вибиралася модель. що врахевуе лише дифу-aiio речовини в адсорбцгйяхй фаз Г (14),

Наведена методика розрахукку дае можливхсть:

1. Зхставити концзнтращйн1 кривх, отриманг досл1даиа шиуоа, а таксж з застосуванням ЕОМ.

2. Зробити анал1з числових значенъ'koeçiutehtlb уифузН i з"ясу-ейти, вгд яких фактор^ вони залежать. В своп чергу, це дозволило би проанал1зувати швидк!сть процесу адсорОци для зс1х доолхджуваних речовин.

Роздал третгй приезячений експерименталыюму доелгдаенкзо ад-oop6uiï cip«aHc: кисло'хи активованим зуг!ллям АГ-3. Бизначекс фракц!йний склад адсорбенту, сумарний сб."ем пор (0,85 ск3/г), дхйсну густику руг i лля (2200 кг/а3), уявну густину аугхлля з порами (744 кг^м3), об"екну пориеНсть (0,662), питому повзрхню ву-г!лля (737 ис/т).

Реакцгйний апэрат для вивчзнкя адсорбцГх аав форму цилиндра с,б"емои I л з двома отворами. Через один отв1р в1дбирвлися проби i вводилося вуПлля, через другий - вставляйся'Шшалка. Шшалка приводилась в рух за допомогою електредвигутш з регулювеннлм гшидуостi. Посудину помчали в термостат, яккй пхдт'римував постыну температурусередовища(2С+р,5°С). в реакц1йнай апарат нализали 250 си3 розчину cip4aHoï кислот и ubbboi' концентрацП. По-tïm, не вичикаючч М1шалки3 до адоорбхЦйного апарату вводили 40 г попередньо висушекого до пост1йко'х маси вуг1лля f одночасно включали секундомхр. Через rieBHi проткни часу вбирали проби розчи-чу об,!емом 3,5 см3. Концентрацхю схрчано'х кислота в розчинг ви-? начали титрувакняи стандартна розчкноц hrv он . Резулътати до-сл1дхв з адсорбц!'1 с1рчакох кислоти на акт;;вовакому вуг1лл1 -АГ-3 викладенг на рис. 2 у видх залежност1 концентрат!' сгрчано'! ккс-лоти в розчин1 в1д часу адсорвцх!'. Досл1ди проведено в д!апазон| аочаткових концентрацгй в2д 1,41 кг/u3 до 24,55 кг/м3. Первиннз опрацюваннл результатов зводияося до визначеивя середнього мае?-

BfüoTy речоЕшги в пористому oÖ"eui гранул. При о.чрадювакнг експе-риментальних даних Егдпсвгдно з изотермою адсорбци зедглено двх дЦянки:

а) для дгъянки tr>04i > Скр. г.рсцзс масообмхку описуеться концеп-цхею noiiiapoBo'i обробки адсорбенту;

б) для д!лянки Споч.^йкР. продес isacooÖuiHy визначаьться рогз"я-зуванням дифбренцхйних ргвиянь дифуз:; в граничних умовах. Ui уиозх залеасать в!д кондентрацгй адаорбтиву позе частниками адсорбенту.

Розглянеио дишнк;' Ьпоч.>Скр. Щоб знайти голови! параметр/., явi характеризуете адсорбдШний продес, т зеодкли систему безрозмхрнкх параметргв;

п. " & ■ Ма* t~ з/il _1 r -1 ' "

де y3 = M/W для cepii' проведених експериыент^в M = 0,040 кг;

W = Ü,2bxl0"3 м3; ß - 160 кг/м3; Q* = 0,042 кг/кг.

Роярахукки виконувалися, виходячи ч величини X . П розгляда-

ли як параметр та визначали залеан1сть — =-i(x) i 'Г . .Значения С, Со

■q0 I Т для всix дослШв знаходили прк допоыоз1 Е0М. Для згстаз-леаня досл1дних t теоретичних даних для koähoi з доел!дно визначе-них концентрац1й встановлювзлись ючки з коордчнзтами (Тt"fc ). CyKynHicTb таких точок визначае пряму, тангенс кута нахилу яко! з Biccsj абсдис дорхвнюе P./R2 . На рис. 3 показана залежнгсть X в1д t , що дае моклив1ст.ъ визначити значения D/R4 для bcix до-слШв. Визначизши величини , переносимо експериаентагано

SKatUeHi результата на графой залежност1 С(- вМ t . Рез5'льтати зобраяен! на рис. 3 рисункЛв бачимо,- що найкращий 36ir теоре-тичних i експериментальних резулыат'.в одерлуетъея при малые значениях параметру .

Розгляне.чо делянку Споч.< Скр. . Для гдентиф^кацгУ досл1дних даних пвидкосТ1 адсорбцй' пелеаить вгтановити константи продесу-ß . D • 61 • Результата експер«:!внту сброблялися в наплвлога-рйфи!чних координатах Ц(1-С*/С*) - час. - рис. 5. Щодо частинок, форма яких моде бути уиовно прийнята сферичною, для визначьння , ßt i D дасмо систему:

)

U, r ЛГ/М3

I 4-г А-бв-Юф-14 -- ®-3 И-7+ -11 ■а-', Ж-8 X -12 ф-5 д- 3 О-Ii

!

О 1290 ".00 зеоо t, с Рис. 2. Криз i 3MÍHH концентра^ ï K»'0¿, в po34HHi залежно в!л часу при р1зних початкозих концентратах, кг/и3: 2 - 1,70; ? - 3,79; 4 - 5,65; 5 - 7,S4; ó - 9,14; 7 - 10,59; 8 - 12,17; 9 - 12,Я; Ï0 - 14,85; II ~ 18,77; 12 - 19,41; 13 - 22,94; 14 - 24,55.

____î___

Va K'VÏ-T" •

/•Г Bt

0-6 ■ж

№

/

/(S_

Ь-7

0 En.J

t,c

Рис. 3. Залежн1сть t вгд Г t

значения D/R2, при píshhx по-чаткових концентрац{ях ÍUSOj, в розчин!, кг/и3: б - 9,14; 7 - 10,59; 8 - 12,17; 9 - 12,8; 10 ■ 14,85; II - 12,77; 12 - 19,4!; 13 - 22,94; 14 - 24,55.

9/

Таким чином, схема визнэчення napaueipiB адссрбцГ: «ас вигляд;

^ I-----D/R*

А,--1 „ . -

Визначивши значения D/R длч ecíx дослШв при ргзних ncidiiw-вих конпентрад1кх, б>дуемо rpa^iK залзннссМ Р/К^-вгд С;юи. -рис. <5. А.нал1зувчи rpa^iK, мокна дгйти висновку, що в д1апазон1 Споч < Скр, при зростан::: концентрат!' величина t)/R¿ зростае до величини 1,6x10"^ I/o, тсд1 як в ÄianasoHi концентрац1й Сцои.>Сцр. величина D/R4 посИйна й дор!внюз 1,6x10-4 1/с. Пор1вняно криБ1 швидкост-i адсорбцП cip4amVi кислоти, одержан i на основ} експериментальних даних з кривиш, одержан&чи теоретично.

3 наведених розрахунк1В видно, що р!вняння %(13) описуе експе-ркаентальн1 дан1 з оередньоа похибкою не бгльше '

Гезультати 1дентиф1Кац11' К1нетичних коеф1Ц1Снтгв, оде ранних i3 засхосуванням ЕОМ, доводить, що перенос речовини на д1лянц! 4 -с > Скр. зд1йснюеться т!льки в пористому npocïopi адсорбенту при

= 8,75хЮ"1Э мг/с, Dq = 0. Таким чином, експерйментально f теоретично знайдений коефШснт дифузН зб!гаеться.

Розд4л четвертой присвячений досл!дженню процесу псгликання бензойно'! кислот и актгаованим вуггллш SuíERSORMN WS-1V Визка-чений фракцхйний склад, сумарний об'^м пор (0,302 CMd/r), дхйска густина зласпе вуг!лля (1922 Кг/и3), уявна густкна вуг!лля з порами (766 кг/м3), питона поверхня зуПлля (1250 м'-/г).

Для досл!дкення вказаног' системи використовувалась та сама ла-боратсрна установка, що i для досл1джеяня сиотеми: с!рчана кислота - активоване вугглля АГ-3.

> Результати дослШв наведен} на рис. 7 у вигляд.? залежисетi концентранп бензойно;' кислоти в розчинг В1Д часу адссроцй'. Дослан проведем в д}апазон! початкозих концентрацхй в!д 0,0463 до 2,407 кг/м . Первинне спрацювэчая резулътат1В полягало у визна-ченнх осередпеного масозм1сту речовини в пористому o6"eMi гранул.

1дентиф1кац1я творетичвих i досл1дних даних аналог}чна ¿денти-ф1кащ'1 для системи: сгрчапа кислота - ака-ивоване вуг.йгля AV-3. Розглянемо дШнку, де С>Счр. . Для cepiï досл!д!в з бензойною кислотою M = 2x10 кг; W = 0,5хЮ~3 mö; Q* = о,18я кг/кг" =4,0 кг/а .

На рис., 8 показана халекн'.сть Т в!д t , що дозволле виэна-чити D/R для всix дослШв. Визначивши величини D/R* , встанов-ленг експериментально результати перенесено на графой залежное^

О 02 ' 06 Г

'Гис. 4. Гозрахунков1 крявг та й:.опериментальн1 результата за-лежност1 концектрацп НгЭО/, в пористому о5"ем! вугчлля АГ-3 для доалШв при С ? Скр.. Су-ц1льн! крив! - експериь'ентальн!.

ол

- ---—

•

---

и-

2<10

1,0

Рис. 5. Гра$1к залежаост1

в!д часу для Нг^Сд при £т,= 1,41 кг/м3.

о 0 с о

у / /

/

о ю " го Слсч,кг/м3

' Рис. 6. Графхк залечшостг РД2 В1Д Споч. для сгрчано! кислоти.

—

/

A

о моо гееоо t,c

?йй. 7. Крив! autHii кокценгра-uii' ■ С5Н5СООН в розчкн! залежно В1Д часу пра псчатковкх кон-центрац{ях, кг/и3: 5 - 0,104; 8 - 0,359; 10 -0,542; 13 - 0,738; 17 - 1,26; 18 - Is703; 19 - 1,9?; 20 - 2,407.

О Ш 144)0 t,c 0 7200 t,C

?«с. 6. Залеан!ст1> Т е:д X i значения P/R2 для CGH5 CQ0H при С > Ii KP.

'I, Bis f - ркс. 9; з цих граф1чних зале*ностей випливас, що наикрацнй зй'1г Teopii ! е«зг.ерименту мае мхсце при великих значениях параметра г .

Розглянеио дыяи!с-, при як1й tn34 < Cf,P_ . Резу/штати експери-менту опрацьовувались у напхв лога рифа ¿чшк координатах

- час - рис. 10.

Уз?гальнений математичний опис кривгх мае вид:

, С -ЭЛЕ» 10

t--- =0.83 up

-4t

/

п Р Г" 1

! 1 ^ 1 ! ! ! Ч!

_ ,--1- -1—х

—

1 —

1 . ! 1

---- . 1 1 " - 1 1 1

1

Ю5 5 »10* {,С

улс. 9. Розрахушгов1 крив! та екслериьентальн! гезулматч ¿ч-ле;-'ностг концентрзцп С(,Н5СООК в пористому об'хм» ВуГ1ЛЛК ЗисЕядаюи Ио-у для дослгд ¡в при С > Скр. . Суц1ЛЫ11 КРИВ1 -експеримечталып.

Иш. 10. Грлф1к залегностг 1д(1-с*/с^ в¡д часу для

С6Н5С00Н при С„оч. кг/и3 0,0463; 0,063; С,104.

Плинии визначено величина

№г

Визнячкв-

1>/(г для усгх досл!Д1в р^зних д:апазон;в, було побудо-

Для всгх ДОСЛ1Д1Б дано! ни знкчення

вгно грау;к ззлеяностг В1Д Опоч. ~ Рис- И- Виконано пор}в-

няння кризах кхнет'лки адсороцП бензоине! кислоти, одержаних на основ! ьнспериьентальних даних 1 шлячем розв"язання ргвнянь ИЗ)-(15). Розб1жн|сть ми теоретичними розрахункаии I екслериментальними дани-ии стзноэитъ не б1льшз 1дентифгкацгп коеф:ц1ек-га дифузп в ад-сор0ц1йн!й уаз1 зд'йснювалась методом каймен'зих квадра^з. Перенос речэвини в пористому простор; не враховувався через те, цо концент-рчц1я С £ Р'о . Отриманх результати цхлком вгдпов!дають фггико-х!-м1чним уязленням про процес адсорбц1йного поглинання бензойно! нислоти з водного розчину. Внасл1Док специфгчних властизостей бензойно: кислотп у водних розчинах при р1зних значениях максимально! эд-сорбцГ! спо:;тер1га£д:>:л. залеянхеть Ра 31Д величини тонцентращ !. 1з зб! лыиенннм концентрат! в адсорбщйнтй фаз г зменшуеться рухо-

- н -

4

О 1.0 2.0 Ст дУ

Рис, II. Граф!к иалбаяост! т1 В!Д 1/цоц для адсорбц!1 бензойно!

кислоти.

и!сть молекул в обмекеному простор* м!кропср, зй^.льшуеться вплив ст!нок и!кропор на рухом!сть молекул. Сукушисть цих фактор1в

- сприяа ■амеЕшенни коеф{ц!екта дифузН. Опрацювання експершзнталь-: них данкх доз воля е зроб/.хи висновок., що при адсорбцН бензойно:

ККСЛ02И дифуз!я речовики мие М1сце лише в адсорбоДйнхй фаз!. При. .цьоиу залешйсть мае ввд:

. ' 0й=1.6«Ш";2ЕХр(16.5а*)

В робот! запропонована технолог!чна послхдоьнють счистки води в!д каслих 1 оргак!чнкх дом!шок. Звичайно, Щ лроблеми вириаують-ся одно'часно» оок!лькк практично чреба очадати воду, яка не мае орган!чних дом!шок, але мае зменшену величин}' рН, ! оиремо очица-тн во^ яка забруднена орган1чн1ши док!шками, Ер1м того, треба заСезпачити безсзрервний технолог!чний процес оск!льки йде кова

- про високу продуктивн!сть установки. Саме тону викоркстання про-цесу в шар! кр!зь який ф!лмруеться р!дика не с доц!льним, так як не яабезпечуе безперервнсго процесу. На наш погляд, найб!льш до. Щльна орган!зац!я процесу повнязана з використанням апарат!в !де-

ального зм!шування великого об"ему, в якому забезпечуеться значний чао перебування р!дини ! активованого вугЛлля в апаратах. На ргс. 12 зображено схему очистки води в!д кислотаих ! орган!чних до-м1вок. Бона складаеться з двох апарат!в !деального зй!щування без-перервно! д!!, в як! безперервно подаеться кисла вода - в апзодх I 1 вода, в як»й зкаходяться оргаи!чн! дом!шки - в апарат 8. Активо-ване вуПлля посл!довно переходить а апарата I, де поглинае кислоту I дел! переходить ь апарат 3, де погликаюгься орган!чн! домхшки. ' Очищена вода проходить кр!зь реинки 2,4 ! йде у в!дст1йник дяя остаточного очищения в!д твердих частивок, а вуг!лля подаеться на рс-генераЩс.

---- 1 1

[А

/

/

1 ^ 1

- |> -

БОНА

В>пш

ВУПЛРЗ М1Л 4 ОРГАНШНИ-ВУГ/ИНЯ | Iми ЛОМШКАМИ

вуппля на

РЦЕНЕРАЦИО

Риз. 12. Технолог*чна схена очистки води вШ кислих I оргак1Чних дон 1шок.

яисшши

1. Дослужено масооСи:н п^и адсорбцГ! с1рчано! I бензойно: кислот за дсломогою адсорбент^ - активс-заного вуг1лля АГ-3 I

ЭЛРЕК50ЧЪОЫ \VS-1V

2. Доведено, що мзтематична модель масообЫ1ну при адсорбцГ! мае р1з-ний вид залежно вЦ концентрат': кислоти в розчиа!: при С<Скр. така модель иоае базуватись на уявленн1 про лШйну хзотерму, при С>Сцр. для мворекня ыоделт модна використовувати концзпцЮ пошарувого заповнення адсорбенту,

3. Доведено, що за донотогою цях моделей, а такох на баз! ек^пери-менгагьних ланих, можна визначати коефгцгенти дифузГг кислот в пористому об"ем} здеорбенту,

А. 3"яссвано, що коефШеы дифузГ! <•(отано: кислоти залитаеться по-ст1йним при С?Скг> : поступово зменцуеться в умовах 0<Скр.. Це пояпнюеться зм!нок умов дифузП': в першому випадку. дифуз1я в!д-бувасться в пористому простор!, у другому - в адсорбЦ1ЙН1Й фаз!.

5. 3:'нсовано, що коефШент дифузГ! бензойно'! кислоти ¡з зменшенням кг.1';ентращ: ви.Лдного розчину опечатку зростае, а згодои мо*е й з'-'.'ншузатися. Це пзяснюеться з одного боку залежн!стю козфШен-га дифузи В1Д концектраЩ! в умовах дифузГ! в пористому простору а тдгоя перехода! дифуз!йнсго процесу в адсорбц!йну фазу.

6. Довелено можлиз1Сть використання активеваного вуПлля нк адсор-бзнту в :;колог!ЧН!!х ц.'лях для адсорбцГ! сгрчанокислис сполук з води, атмосфера их опад)в, сток1в. Счислено, що 1 кг активевано-го вуг!лля ноже счистим 250 кг веди; при цьому активоване вуг1л-ля аайке че втрачае адсорбцгйно! здатнсст! г може бути використа-

- к; -

не для погяинакня оргатчних до.\пж>к, щс знаходяться и водг, а також для очистки ctokîb,

->т Ъ.докакалтресту и. Львова запропонсвана технолог¡чнэ схема, яка дае моялиз'сть використозувати адсорбции;;?, процес для noo'iлозного поглинання чеоргакгчних та орг-анхчних сполгк. Ця послиов-Hicib кчхноллЧчних операц/й моле.бути застогована в учовах ,ичи-цення в1д сгрчано): ¡сислоти ctgkîb в fiianajoni рН в1д 6,0 до 3 ^ щс В1ДП0В1Дэе piBHio концентрат ï в:ц 0 до 200 мкг/л. ' 'Основнай 3MicT дисертаг.х! викладений в пасх.,лн/х роботах:

1. Аксель руд Г.А,, Левицкая М.Б. Анализ массообмек^ при перюдиче-ской адсорбции растворенного вещества / йнж.-физ. журнал Минск

■ 1987, Т. 53. №6. - С. 1032. ' '

2. Аксельруд Г.А., Кащеев А.Е., Левицкая и.Б. Исследование кинетики адсорб.чии бензойной серной кисло* из водных растворов // :«урК прикл. химии. М.-Л., 1990. да 5. - С. 1092-1094.

3. Левицкая M .Б. Массоо6«н при адсорбции бензойной кислоты активным углем .//В кн.: Повышение эффективности, совепшенстзозэние процессов и аппаратов химических производств. Тез. докл. УП оесп копф. / Львов, 20-22 сентября 1988/. Львов, 1988. - С 8з"

4. Аксельруд Ç.A., Левицкая К.Б., Степанов З.Д., Кащеев"«" Е 'иассо-обмен при пешюдической адсорбции из растворов // '¿vрч ,-Рикл химии. М.-Л., 1988. Л 3. - С. 658-661.

СПИСОК УМ0БНЮС ПОЗНАЧЕЧЬ V/ - початкови:": об"см розчину, и3; V„ - пористий об»ем адсорбенту, ' u /il-; U - об-см проби адсорбенту, - рздгус (сферпчно! грану-

ла, поточний), м; К - коефхцгснт аомИпньоУ масовадачь м2/с-с' а~ гаеф»щвнт дифузн з паровому простор: адсорбенту i адсооб Ц ' S - параметр, „ш д<№е bU»

ему

|»з,щ, до «ТВ«» Пористого ООЧЧГ „„.роад 81 - ,.р„,«р„, Р1,г„. *. „ ^ ^

^¡.Ср- концентрацгя розчину в посудин! (почеткова, к"нцева по точна, в момент часу I , в |' -?р проб! при и , [мчцва. по-няга* ,-т./..3. р „ -1-1Ф001, при якгй досягасться ргвно-

р л* КТ/М ' " К0Нце,1тРа^я розчину в порах, кг/ы3;

Ссо(С| - константи; С*,С*,С*Р - маооваЮт адсорбенту (початков» середнгй за объемом гранули з момент часу * огпорп^ '

ха- т-тм/тш) Р Г> 0110середковаьий в ме-

ха. храьули;, ы>и ; Со,С - олосередковане за об-смсм частник/ качения концентрации кг/м3; р - густин, чао,инки адсо ™;

(1 - «аса речовйчи, що поглинаиься, на одшшцю маси ^сосбен™ ' кг/кг; Г0 радтус офени, яка роздгляс ьасичену I '

пйчн01 частники адсорбенту, V. " В1-1Ь[1У частину