Химическая кинетика гетерогенных процессов Лекция 12

Химическая кинетика
гетерогенных
процессов
Лекция 12
Шагалов Владимир Владимирович
Адсорбционно-химические стадии
гетерогенных химических реакций
В
технологии
урана,
для
извлечения
полезных продуктов из разбавленных растворов
и газов наиболее часто используют сорбционные
процессы.
Примеры:
2
Шагалов Владимир Владимирович
Адсорбционно-химические стадии
гетерогенных химических реакций
Под
адсорбцией
концентрирование
поверхности
принято
веществ
твердых
понимать
(адсорбатов)
веществ
на
(сорбентов).
Количество адсорбируемого вещества зависит от
давления или концентрации этого вещества. Чем
выше давление или концентрация, тем больше
количество адсорбируемого вещества.
3
Шагалов Владимир Владимирович
Адсорбционно-химические стадии
гетерогенных химических реакций
При нахождении сорбента в постоянном
соприкосновении
с
газом
или
раствором,
количество адсорбируемого вещества возрастает,
а
концентрация
окружающих
его
молекул
убывает до тех пор, пока скорость десорбции не
станет равной скорости адсорбции, т.е. пока не
установится адсорбционное равновесие. Если
концентрация газа увеличивается, то количество
адсорбируемого вещества возрастает до нового
равновесного значения.
4
Шагалов Владимир Владимирович
Адсорбционно-химические стадии
гетерогенных химических реакций
Существуют два вида адсорбции:
Физическая
Химическая
5
Шагалов Владимир Владимирович
Физическая адсорбция
Физическая адсорбция – взаимодействие
вызванное Ван-дер-Ваальсовыми силами.
Теплота
выделяющаяся
в
процессе
физической адсорбции имеет тот же порядок, что
и теплота конденсации пара.
10-40 кДж/моль.
Физическая
адсорбция
играет
существенную роль тогда, когда температура газа
понижается ниже критической, т.е. когда газ
находится в виде пара.
6
Шагалов Владимир Владимирович
Физическая адсорбция
Физическая
адсорбция
сопровождается
капиллярной конденсацией, т.е. переходом пара
в жидкость при давлениях, меньших давления
насыщенного пара.
7
Шагалов Владимир Владимирович
Физическая адсорбция
Сущность
капиллярной
конденсации
в
узких капиллярах: если жидкость смачивает их
стенки, мениск всегда бывает вогнутым. В этом
случае давление насыщенного пара (Рнас) будет
более низким чем над плоской поверхностью и
описывается формулой Томсона-Кельвина.
𝑃вып
σ𝑉𝑀
ln
=2
𝑃плос
𝑅𝑇𝑟
𝑟 – радиус кривизны мениска
8
Шагалов Владимир Владимирович
Физическая адсорбция
В результате пар, еще не достигший
давления насыщения по отношению к плоской
поверхности,
может
быть
уже
насыщенным
(перенасыщенным) по отношению к жидкой фазе,
находящейся
в
тонком
капилляре
и
конденсироваться в них постепенно заполняя его
(капиллярная конденсация).
9
Шагалов Владимир Владимирович
Физическая адсорбция
Типы изотерм физической адсорбции
10
Шагалов Владимир Владимирович
Физическая адсорбция
а –микропористый материал (до 2 нм) с очень
хорошей
адсорбирующей
способностью
при
низком относительном давлении;
б
–
макропористые
адсорбенты
с
полимолекулярной адсорбцией;
в - образование полислоя из газовой среды, когда
потенциал монослоя равен теплоте конденсации;
г и д – то же что а и б при адсорбции паров;
е – типичен для адсорбентов, которые обладают
11
очень однородными (правильными)
порами.
Шагалов
Владимир Владимирович
Физическая адсорбция
Типы изотерм физической адсорбции
12
Шагалов Владимир Владимирович
Физическая адсорбция
Количество адсорбированного газа при
физической
адсорбции
уменьшается
с
при
повышением
Р
=
const
температуры
и
зависит от природы газа. Не стоит забывать, что
капиллярная адсорбция возможна только до
критической температуры жидкости.
Для воды Tкр = 647 K, Pкр = 22 МПа,
для UF6 Tкр = 230 K, Pкр = 4,5 МПа.
13
Шагалов Владимир Владимирович
Физическая адсорбция
С повышением температуры сжижения
газа
количество
увеличивается.
физической
температуры,
адсорбирующегося
Однако
адсорбции
т.к.
скорость
мало
определяется
газа
процесса
зависит
от
скоростью
диффузии.
Энергия активации физической адсорбции мала
– от 4 до 20 кДж/моль.
14
Шагалов Владимир Владимирович