wymagania7 bmp

Tak więc energia wewnętrzna układu wielofazowego, jak również inne J jego właściwości, w przypadku silnie rozwiniętej powierzchni międzyfazowej 1 zależą w znacznym stopniu od właściwości warstwy międzyfazowej.

Jedną z wielkości charakteryzujących granicę faz jest napięcie powierzchniowe a, zdefiniowane i omówione szerzej dla granicy czystych faz ciekłej i gazowej w punkcie 2.3.

Napięcie powierzchniowe, będące wielkością intensywną, dla układu wieloskładnikowego zdefiniowane jest równaniem (por. (2.16))

Zatem różniczkę funkcji Helmholtza warstwy międzyfazowej można zapisać jako

dF’ = -S*dT-pdV* + odA* + p_Bditg.    (3.67)

B

W warunkach równowagi wartości T, p oraz p_Q są identyczne jak w fa- < zach objętościowych (indeksem s oznaczono wielkości charakteryzujące warstwę międzyfazową).

Równanie Gibbsa-Duhema dla warstwy powierzchniowej ma zatem postać S^SĆT-V^sdp +A^sda +    = 0.    (3.68)

B

Charakterystyczną cechą warstwy powierzchniowej (fazy powierzchniowej, warstwy międzyfazowej) jest zmiana składu w porównaniu ze składami faz objętościowych. Zjawisko to nosi nazwę adsorpcji.

W dotychczasowych rozważaniach nie uwzględniano rodzaju graniczących ze sobą faz. Wyróżnić należy następujące układy:

1)    gaz-ciało stałe,

2)    ciecz-ciało stałe,

3)    gaz-ciecz,

4)    ciecz-ciecz.

Rozróżnienie to jest tym bardziej celowe, że specyficzne właściwości poszczególnych układów pociągają za sobą stosowanie odpowiednich metod 4 opisu warstwy powierzchniowej. Przedmiotem dalszych rozważań będzie J pierwszy z wymienionych typów układu. Nieco miejsca zajmie również omó- ^ wienie układu ciecz-ciało stałe.

3.5.2. Adsorpcja na granicy faz gaz-ciało stałe

W opisie tego zjawiska będzie stosowane pojęcie „adsorbent” w odniesieniu do fazy stałej, zazwyczaj o dużej powierzchni właściwej - s, wyra- -^::l żonej w jednostkach powierzchni na jednostkę masy adsorbentu, i pojęcie „adsorbat” w odniesieniu do substancji ulegającej adsorpcji, w tym kon-

kretnym przypadku z fazy gazowej. Schemat rozkładu stężeń adsorbatu przedstawiono na rys. 3.36. Powierzchnia stałego adsorbentu, oznaczona A-A', dzieli warstwę międzyfazową na warstwę powierzchniową adsorbentu, w której zawarta jest jedynie nieznaczna ilość adsorbatu B, i przestrzeń adsorpcyj-ną, stanowiącą tę część fazy gazowej, w której stężenie adsorbatu jest większe od jego stężenia w fazie objętościowej Cg.

Powierzchniowy nadmiar substancji gazowej odpowiadający zakresko-wanej powierzchni na rys. 3.36, można zdefiniować w następujący sposób

«b ⁵ — f(c,-cS)dV*± fc_BdV, m_k ^J    J

przestrzeń    warstwa powierzchniowa

adsorpcyjna    adsorbentu

gdzie: m_t — masa adsorbentu.

Nadmiar powierzchniowy jest więc wielkością odniesioną do jednostki masy adsorbentu.

Indeksem a oznacza się wielkości nadmiarowe względem układu, w którym nie następuje adsorpcja.

Zazwyczaj drugi człon równania pomija się, a zatem

«B = — /(^CB -^cI)^dl/' m ^J

przestrzeń

absorpcyjna

213