Sposoby prowadzenia adsorpcji

Technologia Wody
Wykład 6 - ADSORPCJA
1. Definicja
a) proces jednostkowy
b) zjawisko
2. Przyczyny
a) energia wewn trzna układu
b) ciepło adsorpcji
c) hydrofobowe – hydrofilowe
(apolarne – polarne)
3. Rodzaje adsorpcji
a) fizyczna (siły van der Waals’a)
b) wymiana jonowa
(siły elektrostatyczne)
c) chemisorpcja (wi zania atomowe)
4. Adsorpcja fizyczna
– odwracalna
–
bez lokalizacji oddziaływa
Opis adsorpcji
a) zachodzi w sytuacji nierównowagi
dynamicznej (kinetyka: matematyczny
opis przepływu)
b) osi ga równowag dynamiczn
opisan przez izoterm adsorpcji
(statyka)
c) bilans materiałowy wynikaj cy
z kinetyki i statyki (dynamika)
5. Kinetyka adsorpcji
a) roztwór – warstwa graniczna
– konwekcja
– dyfuzja (zjawisko limituj ce)
dn
= - FD dc/dr
dt
Φ = f (1/F0 ; Pe )
F0 – liczba Fouriera
Pe – liczba Pecleta
D⋅t
F0 = 2
d
Pe =
ν ⋅r
D
D – współczynnik dyfuzji
r – rednica porów
v – pr dko
t – czas
przepływu
a) warstwa graniczna
Pe « 1
zatem tylko dyfuzja
2
dc
Φ =f D; 2
dr
– strumie adsorbatu
c) na powierzchni adsorbenta
2
d
dc
Φ = De Π Ε
4 dL
2
= f (De, d , Ε, K )
DΕ
De =
l
De – współczynnik
dyfuzji efektywnej
Ε – porowato
L – gł boko wnikania
d – rednica zast pcza
K – jako kapilar
l – współczynnik
labiryntowo ci
6. Przybli one równania kinetyki
dx
= K g (C t - C r )
dt
K g = f (D, K 2 ,Ki, v, t,η , ε , l)
Cr – roztworu
Ct – równowagowe
Kg – ogólny współczynnik
przenoszenia
Statyka adsorpcji
– zajmuje si opisem stanu ustalonego
(równowagi dynamicznej)
– stan ustalony tworzy si po upływie
dostatecznie długiego czasu
– równowaga dynamiczna w stanie ustalonym
zale y od temperatury
7. Statyka adsorpcji
a) równanie Freundlicha (do wiadczalne)
b) teoria Langmuira (jednowarstwowa)
c) teoria BET (wielowarstwowa)
d) teoria Dubinina (obj to ciowa)
WIRTUALNY EKSPERYMENT
- Adsorbent
- Adsorbat
T - temperatura (stała)
t - czas (dostatecznie długi)
Ca - st enie adsorbatu w stanie
równowagi (po czasie t)
mA - masa adsorbentu
ma - masa adsorbentu
na powierzchni
Izoterma adsorpcji ma/mA = f(Ca)
ma/mA
x = f(y)T=const
ma/mA = f(Ca)T=const
Ca
Empiryczne równanie statyki (Freundlicha)
x = kT • ehp
Za
1
3
4
2
Cr
Co-Ca/Co
1.0
0.0
czas
1
3
Za
2
4
Cr
Od czego zale y kształt izotermy adsorpcji
a)
rodzaj substancji
b)
temperatura
c)
skład roztworu
d)
substancje współzawodnicz ce
e)
geometria adsorpcji
Ilo ciowy opis izotermy adsorpcji (a/A ≡ y/m)
y/m = K ∗ c
lg y/m = lg K + 1/n lg c
1/n
K, n – stałe empiryczne
K↑, n↓ → y↑
Za
A
β
Za = A + B lg Cr
tg β = B
lg Cr
Ilo ciowy opis izotermy adsorpcji (a/A ≡ y/m)
y/m = K ∗ c
lg y/m = lg K + 1/n lg c
1/n
K, n – stałe empiryczne
K↑, n↓ → y↑
WWA
benzen
K
1/n
1
1,6
34
0,44
naftalen
132
0,42
benzofuran
187
0,57
benzopiren
8. Dynamika adsorpcji
– czasowy i przestrzenny rozkład
adsorbentu w zło u
– front adsorpcji
– szybko
migracji frontu
Dynamika adsorpcji
– zajmuje si czasowym i przestrzennym
rozmieszczeniem adsorbentu w zło u
– zale y od statyki i kinetyki
– zale y od charakterystyki przepływu
(dz, εz, vs)
Co-Ca/Co
1.0
.
1
2
1
2
0.0
czas
1
C0
2
h1
= u1
t
h2
= u2
t
1
2
Filtr
CD
H
C
Dynamika adsorpcji (c.d.)
v ⋅ C0
u=
C0 + x 0
u - szybko
migracji punktów st eniowych
9. Stosowane adsorbenty
a) krzemionka
b) zeolity (klinoptylolit)
c) w giel aktywny
d) syntetyczne (Amberlit)
10. Praktyka adsorpcji
a) filtry
b) technika porcjowa
11. Regeneracja adsorbentów
a) termiczna
b) chemiczna
ABSORPCJA A ADSORPCJA
—
podobie stwa
—
ró nice
TOKSYKOLOGIA
RODOWISKOWA
rodowisko i rak
— 200 chorób charakteryzuj cych si niekontrolowanym,
bardzo szybkim wzrostem komórek
— przyczyny
a) predyspozycje genetyczne
b) czynniki rodowiskowe
c) czynniki nieokre lone
ad b) woda, ywno , powietrze, gleba
ad b)+c) → 60 - 90 % zachorowa
— mechanizm
— inicjator (+ aktywator) promotor
rak

→
Forma mikrozanieczyszcze
a)
rozpuszczone i zawieszone
b)
efektywno
c)
miejsce adsorpcji
usuwania
Zwi zki mutagenne
— 100.000 zwi zków chemicznych antropogenicznych
— Testy przed dopuszczeniem do u ycia (bakterie, ryby,
zwierz ta – MTD)
— Ekstrapolacja MTD
Wytwarzanie WA
a)
surowice (w giel drzewny, antracyt, pestki, ko ci ...)
b)
wypra anie bez dost pu powietrza
c)
aktywacja
d)
utlenianie
11. Regeneracja adsorbentów
a) termiczna
b) chemiczna
Regeneracja WA
a)
suszenie
(200 °C)
b)
desorpcja
(500 °C)
c)
piroliza
(700 °C)
d)
aktywacja
(800 °C)
Sposoby prowadzenia adsorpcji
1.Proces statyczny (technika porcjowa)
2. Proces dynamiczny (przepływ w filtrach)
.
C
.
Vprzebicia
.
C dopuszczalne
V-obj./t-czas
.
A) Filtr z w glem aktywnym, 1-doprowadzenie powietrza, 2-odpowietrzenie,
3-doprowadzenie czynnika płucz cego, 4-odprowadzenie czynnika płucz cego
5-dopływ cieków, 6-odpływ cieków
PWA
St enie
zanieczy.
Doprowadzenie
PWA
woda
Zbiornik
reakcyjny
Cp
Zu yty
PWA
Oczyszczona
woda
Ck
Cr
czas(?)
. PWA
St enie
zanieczy.
Scieki
Zbiornik
reakcyjny
Doprowadzenie
PWA
Cp
.
Zu yty
PWA
Oczyszczone
Scieki
Ck
Cr
czas(?)
Sposoby prowadzenia adsorpcji (PWA)
c
Ca
jednostopniowy
Cz
cu
Sposoby prowadzenia adsorpcji (PWA) (c.d.)
Ca
Ca
c
dwustopniowy
cu
Cz
Cz
Sposoby prowadzenia adsorpcji (PWA) (c.d.)
Ca
przeciwpr dowy
u
Cz
C
Adsorpcja- zagadnienia
1.Definicja
2.Kinetyka a.
3.Statyka a.
4.Dynamika a.
5.Materiały
6.Praktyka a.