Введение к работе
Актуальность работы. Исследования по кинетике адсорбции из растворов представляв большой практические интерес при изучении режимов работы и расчете адсорбционной аппаратуры. Современный уровень развития адсорбционной техники обуславливает необходимость разработки точных математических моделей, описывающих кинетику адсорбции как на единичном зерне, так и в слое зерен адсорбента.
В настоящее время для математического описания кинетики адсорбции используется' целнР ряд уравнений с одной константой скорости (будь-то коэффициент диффузии или коэффициент массоотдачи). Во многих случаях эти уравнения плохо соответствуют физической Картине процесса и, как показывают экспериментальные данные, неадекватно описывают кинетику в условиях реальных адсорбционных процессов. В то. же время, введение переменных кинетических коэффициентов является лишь эмпирической подгонкой математической модели под экспериментальные данные и свидетельствует о недостатках уравнения кинетики адсорбции в целом.
Указанные соображения определяют актуальность разработки ма- . тематической модели кинетики адсорбции, учитывающей тот факт, что диффузия вещества при адсорбции в пористом адсорбенте происходит как в пористом пространстве, так и на поверхности пор (в адсорбционной фазе). Использование уравнения кинетики с двумя коэффициентами диффузии позволяет варьировать двумя константами, добиваясь отождествления экспериментальных и теоретических данных. Кроме того, .указанное уравнение точнее соответствует физике адсорбционного процесса.
Настоящая работа выполнялась в рамках Координационного плана важнейших научно-исследовательских работ вузов пс процессам и аппаратам химической промышленности и химической кибернетики
- 4 -( приказ МинВУЗа СССР ,','325 от 8.05.8 .
Цолыо работы является разработка математической модели кинетики адсорбции, учитывающей перенос вещества в пористом пространстве и в адсорбционной фазе адсорбента и описывающей адсорбционные процессы, как на единичном зерне, так и в зернистом слое, а также экспериментальная проверка полученных теоретических результатов.
Научная новизна. В данной работе впервые:
-
Множество частных решений нелинейного уравнения кинетики адсорбции, учитывающего ква вида переноса вещества, методами планирования эксперимента формализовано в виде аналитического выражения, которое позволяет значительно упростить численный анализ адсорбции в слое зерен адсорбента.
-
Разработан'алгоритм идентификации.коэффициентов диффузии в пористом пространстве и в адсорбционной фазе адсорбента по экспериментальным кинетическим.кривым- Указанный алгоритм апробирован на реальных адсорбционных системах.
-
Шлучако численное решение задачи динамики в неподвижном к движущемся слоях адсорбента, а также численно-аналитическое ре-яение для движущегося .слоя в стационарном режиме с учетом закономерностей, полученных при анализе процесса на единичном зерне.
-
Показано влияние продольного переноса в. неподвижном и движущемся слоях адсорбента при описании кинетики процесса нелиней-' ным уравнением с двумя коэффициентами диффузии.
-
Получено аналитическое решение задачи о динамике внутри-диффузионного адсорбционного поглощения в неподвижном и движущемся слоях адсорбента в предельном случае прямоугольной (сильно выпуклой) изотермы.
-
На примере полученных экспериментальных данных по адсорбции бгнэо^ной кислоты в слое активного угля, а 'также литературных
.....-5-данных по адсорбции фенола и п-хлорфенола показано, что математическая модель динамики адсорбции, учитывающая перенос вещества в пористом пространстве и в адсорбционной фазе адсорбента, адекватно описывает реальные адсорбционные системы в широком диапазоне изменения параметров.
Практическая ценность работы состоит в том,.что разработанные алгоритмы решения кинетических моделей, а также алгоритм идентификации коэффициентов диффузии по экспериментальным кинетическим кривым, являются математическим обеспечением описания кинетики адсорбции на единичном зерне, а также в неподвижном и движущемся., слоях адсорбента. Указанные алгоритмы успешно реализованы для описания экспериментальных данных по адсорбции фенола, п-хлорфенола, п-нитрофенола и бензойной кислоты из водных растворов на активном угле. Разработанные программы расчета кривых кинетики адсорбции на единичном зерна и в зернистом слое мояно непосредственно использовать для точного расчета параметров адсорберов периодического и непрерывного действия.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Ш Всесоюзной студенческой конференции по интенсификации тепло- а массообменных процессов химической технологии 0Сазань,1987?, УД Республиканской конференции по повышению эффективности, совершенствованию процессов и аппаратов химических производств (Львов,1933), ежегодных научно-технических конференциях Львовского политехнического института (1986-1988).
Публикации. Ть. материалам выполненной д"ссертации опубликовано 10 работ.
Структура и обьем работы. Диссертация состоит из 4 глав, выводов И приложений; содержит 18 рисунков, .3 таблицы, списск литературы, включающий в себя.ІІ6 наименований работ отечественных и зарубежных авторов, изложена на 105 страницах машинописного текста.
-б -
