Термодинамическое поведение систем, содержащих микропористые адсорбенты и газы при высоких давлениях

• Автор: Дергунов, Павел Игоревич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Тверь
• Количество страниц: 126 с. : ил.

1. НЕИНЕРТНОСТЬ АДСОРБЕНТОВ И НЕОБХОДИМОСТЬ ЕЕ УЧЕТА ПРИ ОПИСАНИИ АДСОРБЦИОННЫХ РАВНОВЕСИЙ

1.1. Общие сведения об адсорбции .

1.2. Уравнения адсорбционных равновесий

1.2.1. Уравнение Ленгмюра и его модификации

1.2.2. Уравнения полимолекулярной адсорбции

1.2.3. Вириальные ряды и изотерма Фрейндлиха

1.2.4. Теория объемного заполнения мнкропор

1.2.5. Интегральное приближение

1.3. Адсорбционная деформация адсорбентов

1.3.1. Теория адсорбционной деформации Бангама

1.3.2. Теория адсорбционной деформации Флада

1.3.3. Осмотическая теория адсорбционной деформации
1.3.4. Теория сорбострикции
^ 2. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ОПИСАНИЮ
АДСОРБЦИОННОЙ ДЕФОРМАЦИИ
2.1. Термодинамические характеристики адсорбента
2.2. Уравнение упругой адсорбционной деформации
2.3. Расчет адсорбционной деформации микропористого адсорбента АУК
3. ОПИСАНИЕ АДСОРБЦИОННОЙ ДЕФОРМАЦИИ НА МОЛЕКУЛЯРНОМ УРОВНЕ
3.1. Адсорбционные и межмолекулярные силы.
3.2. Пористая структура адсорбентов
3.3. Молекулярно-статистическая модель системы микропористый адсорбент - адсорбат
3.4. Моделирование адсорбционной деформации микропористого адсорбента АУК
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

. 41

. 61

. 99
Постоянно растущие потребности промышленности в высокоэффективных адсорбционных процессах ставят перед современной наукой целый ряд задач, для решения которых необходимо проведение фундаментальных исследований. В настоящее время, несмотря на интенсивное развитие теории адсорбции, в ней остается достаточно много нерешенных вопросов.
Для разработки и проектирования технологических процессов и производств важно изучение физической адсорбции газов и паров в широких интервалах давлений и температур [1, 2]. К сожалению, из-за экспериментальных сложностей фундаментальные исследования адсорбционных явлений охватывают преимущественно небольшие интервалы их изменения. Как отмечается в работах [3, 4], эти обстоятельства часто не позволяют установить общие закономерности адсорбции и полностью охарактеризовать свойства рассматриваемых систем адсорбент - адсорбат. Кроме того, адсорбционное взаимодействие молекул адсорбата с поверхностью адсорбента в общем случае приводит к изменению состояния не только адсорбированных молекул, но и самого твердого тела [5, 6]. Эти изменения могут быть более или менее значительными в зависимости от того, насколько развита внешняя и внутренняя поверхность адсорбента. Тем не менее, адсорбцию газов и паров, как правило, изучают в предположении инертности твердого тела [7]. Влияние возможной неинертности адсорбента на термодинамические характеристики адсорбционных систем изучено мало. Необходимы дальнейшие экспериментальные и теоретические исследования в этой области [8, 9].
Силы, действующие между адсорбированными молекулами и частицами адсорбента, при физической адсорбции значительно слабее сил действующих между атомами (молекулами или ионами) самого адсорбента. Поэтому для описания адсорбционного равновесия в настоящее время широко используется метод, приводимый, например, в [10, 11], в котором роль поверхности адсорбента сводится лишь к созданию адсорбционного
В записанных соотношениях п - концентрация молекул; е - средняя кинетическая энергия одной молекулы; / - число степеней свободы молекулы; А: - постоянная Больцмана.
В общем случае удары молекул между собой и со стенками адсорбента являются неупругими, поэтому в рассмотрение необходимо ввести коэффициент Л, характеризующий неупругость ударов. Также необходимо учитывать, что концентрация адсорбированных молекул при расчетах должна браться на свободный объем, т.е. с учетом размеров самих молекул (при дальнейшем рассмотрении она обозначена как «.). Поэтому
Концентрация адсорбированных молекул в расчете на свободный объем в соответствии с распределением Больцмана может быть найдена в виде
где л газ - концентрация молекул в равновесной газовой фазе; е^1 и е -молярная потенциальная энергия взаимодействия в адсорбированном состоянии и равновесной газовой фазе; Я - универсальная газовая постоянная.
Таким образом, под п* в предлагаемом уравнении понимается концентрация адсорбированных молекул, находящихся в поле адсорбента и в поле собственных взаимодействий, в расчете на свободный объем.
Если равновесная газовая фаза является идеальной, то е^3 = 0, и можно записать:
Если равновесная газовая фаза является неидеальной, то, учитывая
з 2 ікТ р2=А—п*