Рівновага при адсорбції характеризується залежностями кількості речовини, що поглинається одиницею маси або об'єму адсорбату від температури і концентрації поглинутої речовини в парогазовій суміші.
Залежність між рівноважними концентраціями фаз при адсорбції:
при Т=const має вигляд:
де – відносна масова частка поглинутого компонента в адсорбенті, яка рівноважна з концентрацією адсорбтиву в газовій (рідкій) фазі (кг адсорбтиву/кг адсорбенту); – відносна масова частка адсорбтиву в фазі, з якої поглинається речовина (кг адсорбтиву/кг носія газової фази або розчину).
Вміст може бути виражений парціальним тиском в парогазовій суміші:
а вміст –величиною адсорбції а. Тоді отримаємо: а = ψ(р).
Таблиця 12
Класифікація йонітів
Принцип класифікації | Назва | Примітки |
За походженням: Природні Синтетичні | Цеоліти, глинисті матеріали, польові шпати, слюди, фторапатити, гідроксидапатити. Гумінові кислоти грунту та вугілля (сульфовугілля). Силікагелі, пермуніоти, важкорозчинні оксиди Al,Cr,Zr. Йонообмінні смоли -високомолекулярні сполуки | Неорганічні Органічні Неорганічні Органічні |
За способом дії | Катіоніти Аніоніти Аморфні | Вбирають з розчинів електролітів позитивно заряджені йони (катіони). Вбирають з розчинів електролітів негативно заряджені йони (аніони). Обмінюють і аніони, і катіони |
Типи ізотерм адсорбції
Основні типи ізотерм адсорбції наведені на рис. 30. Тип І – характерний для мікропористих сполук. Початкові ділянки ІІ і IV вказують на присутність (разом з макропорами) деякого об'єму мікропор. Початкові увігнуті ділянки ізотерм типу III і V вказують на те, що взаємодія молекул адсорбату з адсорбентом є значно меншою від міжмолекулярної взаємодії для молекул адсорбату. Відмінність ізотерм II від IV і III від V полягає в тому, що об'єм перехідних пор (IV і V типи ізотерм) заповнюється адсорбатом раніше, ніж відносний тиск p/ps. При цьому з'являється верхня ділянка, близька до горизонтальної. Типи ізотерм III і IV зустрічаються зрідка.
Ізотерми адсорбції описуються емпіричними рівняннями. Використовуються також рівняння Фрейндліха та Ленгмюра.
Рис. 30. Типи ізотерм адсорбції (І-V):
а – величина адсорбції (кількість поглинутої речовини) кг/м3;
р – парціальний тиск пари адсорбату; рs – парціальний тиск насиченої пари адсорбату
Так, ізотерма адсорбції (рис. 31) описується рівнянням, що називається рівнянням Ленгмюра:
де а – адсорбційна ємність сорбенту, ммоль/г, при адсорбційній рівновазі Ср, ммоль/л; аП – гранична величина адсорбційної ємності адсорбента, ммоль/г; К – константа адсорбційної рівноваги (при низьких тисках величиною К можна знехтувати).
Рис. 31. Ізотерма адсорбції Ленгмюра
В лінійній формі рівняння Ленгмюра має вигляд:
.
Це рівняння прямої (рис. 32). За цією залежністю визначають граничну кількість адсорбованої речовини.
Рис. 32. Ізотерма адсорбції Ленгмюра в лінійному вигляді
Активність адсорбенту
Здатність адсорбенту поглинати речовину називають активністю.
Активність адсорбенту може бути статичною і динамічною.
Статична (або рівноважна ) активнісь аСТ (або а*)– це кількість адсорбованої речовини, яка поглинається до моменту досягнення рівноваги одиницею маси або об'єму адсорбенту при даній температурі і концентрації адсорбтиву в газі (рідині)-носії (в стані нерухомості).
Динамічна активність аД – це кількість адсорбованої речовини, поглинутої одиницею маси або об'єму адсорбенту при пропусканні крізь нього газу або рідини (які містять адсорбтив) до початку проскоку.
Момент проскоку – це момент виявлення речовини в потоці газу, що виходить з адсорбера.
Активність адсорбенту залежить від температури і концентрації поглинутої речовини. Динамічна активність завжди менша за статичну (aД<aСТ). Витрати адсорбенту на установку визначають за динамічною активністю адсорбенту аД (аД 80% аСТ).