Динамика поглощения воды в зерне и слое сорбентов CaCl2/силикагель и CaCl2/оксид алюминия

• Автор: Глазнев, Иван Сергеевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 143 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
i 1 Д

Список принятых в тексте обозначений.

ГЛАВА ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Кинетика сорбции в пористой среде.

1.1.1. Массо и теплоперенос в пористой среде.

1.1.2. Механизмы диффузии в пористой среде

1.1.3. Математическое моделирование кинетики сорбции

а Изотермическая сорбция в линейных системах.

б Неизотермическая сорбция.

1.2. Особенности селективных сорбентов воды ССВ.

1.2.1. Свойства массивной системы Н2О
1.2.2. Свойства системы силикагель Н2О.
1.2.3. Свойства системы оксид алюминия Н2О.
1.2.4. Влияние соли на массо перенос в порах силикагеля и оксида алюминия
Заключение
ГЛАВА II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
2.1. Материалы и реактивы.
2.1.1. Приготовление зерен в мезопористой матрице
2.1.2. Приготовление слоев 2 в мезопористой матрице.
2.2. Эксперимегтальные методики
2.2.1. Измерение характеристик пористой структуры.
2.2.2. Измерение кинетики сорбции зернами.
2.2.3. Моделирование кинетических кривых
2.2.4. Измерение распределения воды в слое в процессе сорбции методом 1НЯМРтомографии
2.2.5. Измерение температуры слоя в процессе сорбции
2.2.6. Измерение распределения воды в слое в процессе сорбции методом упросвечивания.
2.2.7. Измерение изотерм сорбции
ГЛАВА III. КИНЕТИКА ПОГЛОЩЕНИЯ ВОДЫ В ЗЕРНЕ.
3.1. Сорбент СаСЬсиликагель
3.1.1. Влияние размера зерна
3.1.2. Влияние температуры
3.1.3. Влияние содержания
3.2. Сорбент СаСЬоксид алюминия
3.3. Силикагель i vi .
ГЛАВА IV. ДИНАМИКА СОРБЦИИ ВОДЫ В СЛОЕ
4.1. Сорбент СаСЬсилкагель.
4.1.1. Влияние размера мезопор исходных частиц сорбента
4.1.2 Влияние содержания связующего
4.1.3 Влияние размера зерен слоя.
4.2. Сорбент СаСЬоксид алюминия
4.2.1. Влияние содержания связующего
4.2.2. Влияние размера зерен слоя.
4.2.3. Влияние содержания
4.2.4. Влияние давления паров воды
4.3. Оптимальная структура пор слоя.
ВЫВОДЫ
Благодарности
ЛИТЕРАТУРА


Может иметь место и более сложный случай, когда скорости всех стадий сравнимы и нельзя выделить лимитирующую. Изучению кинетики сорбции воды в пористых средах посвящены многие статьи, обзор которых представлен в 5. Основными объектами исследования в этих работах были широко используемые промышленные осушители, такие как цеолиты и силикагели. Для них кинетика поглощения воды, как правило, лимитируется тепломассопереносом в порах сорбента, а не собственно адсорбцией на внутренней поверхности 5, 6, 7, 8. Такая ситуация имеет место всегда, когда взаимодействия, приводящие к адсорбции, имеют физическую природу, поскольку физическая адсорбция быстрый процесс. Аналитические решения были получены для кинетики сорбции, лимитируемой массопереносом в приповерхностном слое сферической гранулы, а также изотермической и неизотермической диффузией в порах единичной сферической гранулы 5. Их обзор приведен ниже в Разделе 1. Поскольку в данной работе наш интерес ограничен динамикой поглощения воды, то, даже если в публикации речь идет о поглощении адсорбата в общем, она будет рассмотрена применительно к адсорбции воды. Свойства этих сорбентов и особенности их взаимодействия с водой будут рассмотрены в Разделе1. Эти сопротивления зависят от пористой структуры адсорбента и характера подвода воды и тепла к его поверхности. Мы рассмотрим только случай, когда пары воды являются единственным компонентом в газовой фазе. Вначале рассмотрим каждое из диффузионных сопротивлений в отдельности. В микропоре преобладают эффекты, связанные с влиянием поверхности, так что молекулы воды находятся в поле действия поверхностных сил даже в центре поры. Поэтому, все диффундирующие молекулы можно рассматривать как единую адсорбированную фазу, т. Диффузия в микропорах является активированным процессом, который заключается в последовательности прыжков молекулы между минимумами потенциальной энергии ее взаимодействия со стенками поры. В мезопоре массоперенос осуществляется за счет кнудсеновской и молекулярной диффузии. В первом случае столкновения молекул друг с другом происходят много реже, чем со стенками поры, т. Молекулярная диффузия наблюдается при обратном соотношении. На рис. Как складываются диффузионные потоки, будет описано ниже. Влияние стенок в мезопоре становится меньше, хотя существенным может быть вклад капиллярных эффектов и поверхностной диффузии. В макропоре влияние поверхности еще меньше. Пары воды обычно диффундируют в молекулярном режиме, хотя при малых давлениях возможен переход в кнудсеновский рис. По мере увеличения размера макропор существенный вклад дает массоперенос за счет потока Пуазсля см. Диффузионное сопротивление в макропорах много меньше сопротивления в микро и мезопорах, и, соответственно, их вклад в транспорт молекул воды является самым большим, поэтому их часто называют транспортными порами. Перед тем как молекулы воды начинают диффундировать в порах адсорбента им необходимо оказаться на внешней поверхности частицы адсорбента. Транспорт молекул воды к внешней поверхности осуществляется за счет диффузии через окружение этих частиц. Величина вклада этого диффузионного сопротивления зависит от толщины этого слоя, пленки. В случае, когда пары воды являются единственным компонентом в газовой фазе для пористых адсорбентов, как правило, внешнедиффузионное сопротивление много меньше виутридиффузионного. Иногда в результате термообработки внешняя поверхность может спекаться и образовывать плотный внешний слой, диффузия через который затруднена. В этом случае поверхностное сопротивление может оказывать основное влияние на кинетическую кривую сорбции , , а формальнокинетическое описание процесса адсорбции будет таким же, как для случая внешней диффузии. Время установления такого распределения концентрации очень мало форма профиля концентрации со временем изменяться не будет, за исключением уменьшения наклона линейной части. Ршо. Рисунок 1. Рисунок 2. Схематическое изображение эволюции профиля концентрации воды с в грануле адсорбера в случае, когда внутри и внешнедиффузионные сопротивления сравнимы.