Izotermiczna adsorpcja okresowa w układzie ciało stałe - ciecz

1. Wprowadzenie

Adsorpcja to zjawisko oraz proces zmiany stężenia lub ciśnienia pojawiające się na granicy pomiędzy dwiema fazami - gazową i ciekłą, ciekłą i stałą oraz pomiędzy nie mieszającymi się cieczami. Np. pochłanianie zapachów przez filtr węglowy w lodówce lub samochodzie.

2. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było wyznaczenie wartości współczynnika przenikania masy i aktywności dynamicznej warstwy złoża w kolumnie, w której zachodzi izotermiczna adsorpcja okresowa jednego ze składników mieszaniny ciekłej.

4. Metodyka badań

Pobrano próbkę n - heksanu i zmierzono jej współczynnik załamania światła. Uruchomiono pompę dozującą surowiec i co pewien czas pobierano próbki cieczy do analizy, czyli pomiaru współczynnika załamania światła. Doświadczenie zakończono, gdy wartość współczynnika załamania światła w kolejnych pomiarach przekroczy obliczoną wartość odpowiadającą stężeniu 0,95 C₀.

5. Oznaczenia

- pole powierzchni [m^2] - aktywność złoża adsorbenta [kg/m^3] - aktywność równowagowa [kg/kg złoża] - aktywność równowagowa [kg/m^3] - stężenie składnika w cieczy wylotowej [kg/m^3] - stężenie równowagowe do aktywności [kg/m^3] - początkowe stężenie p-ksylenu w próbce [kg/m^3] - średnica wewnętrzna kolumny [m] - wysokość warstwy złoża adsorbenta [m] -wysokość frontu adsorpcji [m] -wysokość złoża adsorbenta [m] -współczynnik przenikania masy [1/s]

-współczynnik symetrii -gęstość wypełnienia kolumny [kg/m^3] - czas [s] indeksy dolne 0,05- odnosi się do 5% wartości wielkości 0,95- odnosi się do 95% wartości wielkości a- odnosi się do całkowitego czasu adsorpcji d- dotyczy aktywności dynamicznej k- dotyczy kolumny nadpisania ۬-strumień wielkości [1/s]

- współczynnik załamania światła substancji w temperaturze pokojowej - czas przepływu określonej ilości cieczy [s] - objętość [ml] - objętościowe natężenie przepływu [m^3/s] - Prędkość cieczy odniesiona do całego pola przekroju poprzecznego warstwy złoża adsorbenta

6. Metodyka obliczeń

6.1 Obliczanie prędkości liniowej cieczy w kolumnie

a) natężenie przepływu:

b) prędkość liniową:

6.2 Obliczanie wartości stężenia C na podstawie zmierzonych wartości współczynnika załamania światła np. dla pomiaru po 15 min:

6.3 Wyznaczanie wykresu krzywej wyjściowej C/C₀ w funkcji czasu:

a) początkowe stężenie p-ksylenu w próbce obliczono ze wzoru :

stąd:

= 1,396

x = 50,3504

]

b) obliczenie wartości ilorazu
Dla pomiaru po 15 min:

c) po wyznaczeniu stosunku
wyznaczam krzywą wyjściową i obliczam pola
i

6.4 Obliczanie współczynnika symetrii w zakresie zmian czasu

6.5 Obliczanie wysokości frontu adsorpcji:

6.6 Wyznaczanie wykresu izotermy adsorpcji wraz z linią operacyjną o punktach skrajnych postaci (0,0) i (
):

a) aktywność równowagową dla stałych A=2,453
i B=5,002
obliczono z równania Langmuire'a: Dla pomiaru po 15 min:

6.7 Obliczanie współczynnika przenikania masy korzystając z równań izotermy równowagowej i linii operacyjnej:

1. graficzne rozwiązanie całki:
   
   , gdzie C^*_(a) obliczono korzystając z równań izotermy równowagowej i linii operacyjnej wg następującego schematu:

dla

b) współczynnik przenikania masy obliczono ze wzoru:

6.8 Obliczanie aktywności dynamicznej złoża:

a) graficzne rozwiązanie całki:

e) aktywność dynamiczną złoża obliczono ze wzoru:
= 43,28727

7. Wnioski

Bezpośrednim wnioskiem z odbytych zajęć laboratoryjnych jest stwierdzenie wyznaczonej aktywności dynamicznej złoża, która jest mniejsza niż aktywność równowagowa odpowiadającą stężeniu substancji w surowcu C₀, zgodnie z zależnością: a_d < a^*_(Co)

1

τ_(0,05)=800 s

τ_(0,95)=2270 s

A₁=661,7 m²

A₂=656,8m²

---