8 CHEMICKÉ ZVESTI XIV, 1 Brtislv 1960 ADSORPČNÉ ROVNOVÁHY SÍROUHLÍKA NA AKTÍVNOM UHLÍ (II) APLIKÁCIA NA POTENCIÁLNU TEÓRIU ŠTEFAN KACHAÍÍÁK Ktedr norgnickej technologie Slovenskej vysokej školy technickej v Brtislve V priemyselnej plikácii dsorpcie sú hodnoty dsorpčných rovnováh dôležité n výpočet mteriálovej bilncie procesu. Pretože ich prime stnovenie je experimentálne znčne náročné zdĺhvé, zvážime možnost ich výpočtu pre rôzne teploty pry. Zmerime s n výpočet rovnovážnych hodnôt sírouhlík, ktorý uniká v odpdových plynoch závodov n výrobu viskózových vlákien do ovzduši, pričom budeme vychádzť z potenciálnej teórie. Teoretická čsť Potenciálnu teóriu vyprcovli M. Pol n y i F. London [1, 2. 3, 4]. Adsorpčné rovnováhy pár vyjdrujú chrkteristickou krivkou: je dsorpčný objem, ktorý je definovný rovnicou e = f() (1) =, (2) Q kde je rovnovážn hodnot g je hustot kondenzátu pri prcovnej teplote, e je dsorpčný potenciál, ktorý predstvuje prácu vykonnú dsorpčnými silmi pri prenesení jedného mólu pry z priestoru, kde nepôsobi dsorpčné sily, n príslušnú ekvipotenciálovú hldinu. V oblsti pod kritickou teplotou dsorbovňej pry, do ktorej ptrí i priemyselná dsorpci sírouhlík, bude s dsorpčný potenciál rovnt práci izotermického stlčeni jedného mólu pry z pôvodného tlku p n tlk nsýtených pár ]) s : = RT In Л*. (3) e P Pre dsorpčné rovnováhy jednej pry pre rôzne teploty pltí: ( w)w- <" Z rovnice vyplýv, že dsorpčné rovnováhy jednej pry pre rôzne teploty sú určené chrkteristickou krivkou. Pre dsorpčné rovnováhy dvoch pár teóri predpokldá,, že pri rovnkom dsorpčnom objeme je pomer ich dsorpčných potenciálov konštntný rovná s koeficientu finitnosti ß: 2 = x (5) ^ = ß (6)
Adsorpčné rovnováhy sírouhlík n ktívnom uhlí (II) У Podľ M. Polnyiho [5] koeficient finitnosti s rovná druhej odmocnine vn der lsových konštánt príslušných pár, podľ M. M. Dubinin D. P. Timofejev [6, 7] pomeru ich molárnych objemov podľ Bskovského [8] pomeru ich prchorov. Pomocou vyššie nčrtnutej teórie možno z kždého bodu dsorpcnej izotermy, stnoveného experimentálne ( 1? р г ) pri teplote T l9 vypočítt bod dsorpcnej izotermy ( 2, > 2 ) pre inú teplotu T 2 pre inú pru. Použijú s rovnice, ktoré vyplývjú z rovníc (2, 5), resp. (3, 6): 2 = L^- (7) log ft = lo gfthi j8-^-log^=l (8) Pri výpočte rovnovážnych hodnôt tej istej pry pre rôzne teploty s do rovnice (8) dosdí ß=l. Experimentáln čsť N stnovenie s použilo ktívne uhlie Supersorbon, ktorého fyzikálne vlstnosti sme už opísli [9]. Adsorpčné izotermy sírouhlík pri teplotách 0, 22, 30 40 C s stnovili metódou, ktorá s tk isto uvádz v citovnej práci. Výsledky s vyjdrili rovnicmi dsorpčných izoteriem podlá Freundlich [9]. Pretože benzén s použív ko štndrd n výpočet koeficient finitnosti, stnovil s jeho dsorpčná izoterm pri 20 C n tom istom ktívnom uhlí. Merlo s sttickou metódou s použitím křemenných váh [10] pre celý rozsh tlkov pár benzénu. Výsledky [10] s opäť vyjdrili rovnicou dsorpcnej izotermy podlá Freundlich: = 4,11 p 0» 233 p < 0,74 (9) je vyjdrené v mm/g p v mm Hg. Pri rovnici s uvádzjú hrnice jej pltnosti. Výsledky diskusi Pltnosť potenciálnej teórie n výpočet rovnovážnych hodnôt sírouhlík pre rôzne teploty z jednej dsorpcnej izotermy sírouhlík s dokázl grfickou metódou. Vychádzlo s z rovnice (8), do ktorej z koeficient finitnosti s dosdil hodnot ß = 1, pretože výpočet s robí pre jednu pru. Rovnic s uprví n tvr Ps-l - 1 1 ^8-2 V prípde pltnosti potenciálnej teórie znázorňuje primku prechádzjúcu počitkom, o smernici Т 2 \Т г siirdnicich log VxlVs i > l g 2hlVs 2 Hodnoty Pi 2h musi odpovedť tlkom pár dsorbátu pri teplote T x T 2, keď ich dsorpčné objemy sú si rovné.
10 Štefn Kchňák Vyhodnotenie s urobilo pre teploty 0 C, 30 C 22 0, 40 C. Príslušný dsorpčný objem s prepočítl n rovnovážnu hodnotu pomocou experimentálne stnovených rovníc dsorpčných izoteriem [9] s vypočítl jej odpovedjúci tlk p (pozri tb. 1 2). Tbuľk 1 0 C 30 C v log 6 Vs V log b Vs 0,137 0,157 0,177 0,216 0,236 2.33 2,66 3,00 3,33 3,66 4,00 0,48 0,72 1,04 1,44 1,92 2,53 2,426 2,250 2,090 L949 1,824 1,704 0,137 0,157 0,177 0,216 0.236 2,25 2,57 2,90 3,21 3,54 3,87 2,73 3,88 5,34 6,98 9,04 11,44 2,202 2,049 1,911 1,794 1,682 1,578 Tbuľk 2 22 C 40 C V i l g Vs v V log Ь Vs 0,091 0,121 0,151 0,181 0,212 0.227 1,50 2,00 2,50 3,00 3.25 3,50 3,75 0,56 1,22 2,24 3,69 4,59 5,63 6,79 2,750 2,412 2,148 1,931 1,836 1,748 1,666 0,091 0,121 0,151 0,181 0,212 0,227 1,47 1,96 2,44 2,93 3,17 3,43 3,67 1,46 3,06 5,38 8,63 10,57 12,95 15,41 2,636 2,304 2,049 1.854 1,766 1,678 1,602 ( cm3 \ J = rovnovážn hodnot p Or) tlk pár sírouhlík (min Hg) Vychádzjúc z pltnosti rovnice (10), vyhodnotili s smernice primok n obr. 1 2: log-^_ = 1,09 log V Vtí-o Ps-30 0 {11) log P* 2 = 1,03 log Ps-22 У40 Ps-4C (12)
Adsorpčné rovnováhy sírouhlík n ktívnom uhlí (II) 11 Podľ potenciálnej teorie má byť smernic určená pomerom bsolútnych teplot, pre ktoré boli izotermy vyhodnotené. Potom pre rovnicu (11) vychádz hodnot 1,11 pre rovnicu (12) hodnot 1,06. Rozdiely sú v hrnicich experimentálnych chýb, čo potvrdzuje pltnosť potenciálnej teórie pre dsorpciu sírouhlík n ktívnom uhlí Supersorbon. '2/5 Obr. 1. Obr. 2. Obr. L 2. Dôkz pltnosti potenciálnej teórie pre dsorpciu sírouhlík n ktívnom uhlí Supersorbon. V ďlšom s pomocou potenciálnej teórie vypočítli rovnice dsorpčných izoteriem podľ Freundlich porovnli s s nmernými. Vychádzlo s z rovnovážnych hodnôt stnovených experimentálne pri 22 C, pre ktoré s pomocou rovníc (ľ í) vypočítli im odpovedjúce rovnovážne hodnoty tlky pár pri 0, 30 40 C. Rovnice sú: 0 C 30 C 40 C =-. 3,01 p > 337 = 1,53 p 0» 374 = 1,25 p 0» 383 Tieto rovnice s veľmi dobre zhodujú s nmernými [9]. Tým s dokázlo, že pre výpočet rovnovážnych hodnôt sírouhlík n ktívnom uhlí Supersorbon v rozshu 0 40 C môžeme s dosttočnou presnosťou použiť potenciálnu teóriu. V koncentrčnom rozshu ktuálnom pre potrebu prevádzky [10] chyby nepreshujú hodnotu 3 %. Pri dôkze pltnosti potenciálnej teórie n výpočet rovnovážnych hodnôt rozličných pár s použili rovnovážne hodnoty sírouhlík benzénu stnovené experimentálne [10]. Z rovnovážnych hodnôt benzénu pri 20 C s pomocou rovníc (7, 8) vypočítli rovnovážne hodnoty sírouhlík pri 0, 30 40 C. Pri porovnní chrkteristických kriviek zistených experimentálne vypočítných s zistilo, že koeficient finitnosti je njpresnejšie vyjdrený rovnicou (13) (14) {15) ß = 0,9 ^CS2 ^CeHe (16)
12 Štefn Kclinák kde v CSo v CR sú molárne objemy použitých pár. Pre pomer ich dsorpčných potenciálov potom pltí: -^*- = 0,61 (17) е СбШ Freundlichove rovnice dsorpčných izoteriem, vypočítné pre túto hodnotu, sú: 0 C а = 3,00 p 0» 356 (25) 30 C = 1,48 p 0» 396 (20) 40 C =-- 1,18 p 0» 404 (20) Chyby pri výpočte rovnovážnych hodnôt doshujú 7 %, ted rovnice (18 20) vyjdrujú priebeh dsorpcie sírouhlík n ktívnom uhlí Supersorbon len približne. Súhrn Dokázl s pltnosť potenciálnej teórie pre dsorpciu sírouhlík n ktívnom uhlí Supersorbon. Pri výpočte rovnovážnych hodnôt sírouhlík z jednej rovnice dsorpčnej izotermy sírouhlík sú chyby v oblsti 0 40 C mximálne 3 %. Pre koeficient finitnosti sírouhlík s experimentálne stnovil hodnot 0,61, pomocou ktorej s vypočítli dsorpčné izotermy sírouhlík z rovnovážnych hodnôt benzénu. Zistilo s, že chyby doshujú 7 %. Tým s potvrdilo, že potenciáln teóri umožňuje len približný výpočet rovnovážnych hodnôt rozličných pár. АДСОРБЦИОННЫЕ РАВНОВЕСИЯ СЕРОУГЛЕРОДА НА АКТИВНОМ УГЛЕ (II) ПРИМЕНЕНИЕ НА ПОТЕНЦИАЛЬНУЮ ТЕОРИЮ ШТЕФАН КАХАНЯК Кафедра неорганической технологии Словацкой высшей технической школы в Братиславе Выводы Приведено доказательство применимости потенциальной теории для адсорбции сероуглерода на активном угле Суперсорбон. При расчетах равновесных значений сероуглерода из одного уравнения изотермы адсорбции сероуглерода, ошибки в интервале 0 40 С достигают значений не персвышающих 3 / 0. Экспериментально определенное значение коэффициента аффинности равно 0,61. На основании значения коэффициента аффинности вычислены изотермы адсорбции сероуглерода из равновесных значений бензола. Ошибки достигают 7 / 0. Этим подтверждается, что потенциальная теория применима только для приблизительного вычисления равновесных значений различных паров. Поступило в редакцию 3. 2. 1959 г.
Adsorpčné rovnováhy sírouhlík n ktívnom uhlí (II) 13 ADSORPTIONSGLEICHGEICHTE DES SCHEFELKOHLENSTOFFS AUF AKTIVKOHLE (II) APPLIKATION AUF DIE POTENTIALTHEORIE ŠTEFAN KACHAŇÁK Lehrstuhl für norgnische Technologie n der Slowkischen Technischen Hochschule in Brtislv Zusmmenfssung Es wurde die Gültigkeit der Potentiltheorie für die Adsorption von Schwefelkohlenstoff uf Aktivkohle Supersorbon nchgewiesen. Bei der Berechnung der Gleichgewichts - werte des Schwefelkohlenstoffs betrgen die Fehler im Gebiete von 0 40 C mximl 3 %. Für den Affinitätskoeffizienten des Schwefelkohlenstoffs wurde experimentell der ert von 0,61 festgestellt. Unter Verwendung dieses erts wurden die Adsorptionsisothermen des Schwefelkohlenstoffs us den Gleichgewichtswerten des Benzols berechnet. Dbei wurde festgestellt, dss die Fehler bis 7 % erreichen. Somit konnte bestätigt werden, dss die Potentiltheorie eine nur nnähernde Berechnung der Gleichgewichtswerte verschiedener Dämpfe ermöglicht«in die Redktion eingelngt den 3. 2. 1959 LITERATURA 1. Polnyi M., Verhndl. deut. phys. Ges. 15, 55 (1916). 2. London F., Z. phys. Chem. В 11, 222 (1931). 3. Berenyi L., Z. phys. Chem. 105, 55 (1923). 4. Goldmnn F., Polnyi M., Z. phys. Chem. А 132, 313 (1928). 5. Polnyi M., Z. Elektrochem. 26, 370 (1920). 6. Dubinin M. M., Timofejev D. P., Ž. fiz. chim. 21, 1213 (1947). 7. Dubinin M. M., Timofejev D. P., Ž. fiz. chim. 22, 133 (1948). 8. Dubinin M. M., Zverin E. D., Timofejev D. P., Dokl. Akd. nuk SSSR, nová séri 77, 823 (1951). 9. Kchňák Š., Chem. zvesti 13, 791 (1959). 10. Kchňák Š., Kndidátsk dizertčná prác, Slovenská vysoká škol technická, Brtislv 1958. Adres utor: Do redkcie došlo 3. 2. 1959 Inz. Štefn Kchňák, kndidát technických vied, Brtislv, Kollárovo nám. 2, Chemický pvilón SVŠT.