ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Кинетика адсорбции при постоянном натекании газа из "Высоковакуумные адсорбционные насосы" Основная задача теории адсорбционного насосса состоит в определении зависимости давления р(/) над адсорбентом от потока Q(t) и адсорбируемости газа, формы и размеров зерен адсорбента. Для этого необходимо найти законы распределения концентрации а х) или давления р (х) адсорбата по сечению зерна сорбента и изменения их во времени. [c.38] Диапазон изменения давления адсорбированного количества газа обычно охватывает несколько порядков, и зависимость а(р), как правило, является нелинейной. [c.38] Адсорбируемость — это изотермическая удельная относительная газоемкость адсорбента. [c.38] В общем случае адсорбируемость однозначно определяет возрастание давления над адсорбентом А/ =Аа/Г по мере увеличения количества поглощенного газа. В случае линейной изотермы адсорбции адсорбируемость представляет собой коэффициент Генри Т=а1р и численно равна объему газа, приведенному к равновесному давлению над адсорбентом и поглощенному единицей объема или массы адсорбента. [c.38] Для определения градиента концентрации адсорбата да/дх необходимо иметь возможность вычислить или измерить концентрацию адсорбата в любой точке сечения зерна сорбента, что является очень сложной задачей даже при использовании весового метода. В связи с этим будем искать решение диффузионной задачи для давления, которое представляет собой однозначную функцию адсорбции согласно уравнению изотермы и может быть легко измерено экспериментально. [c.39] Обычно уравнение изотермы адсорбции носит нелинейный характер, и адсорбируемость Д а также коэффициент диффузии Ое зависят от давления. [c.39] Рассмотрим. нестационарный процесс диффузии в зернах трех основных типов неограниченная пластина, неограниченный цилиндр и шар. [c.40] Согласно первому из указанных условий поток газа, диффундирующий через внешнюю поверхность адсорбента ( =/ , равен натеканию Q. Второе условие отражает отсутствие потока адсорбата внутри зерна при =0. Уравнение (25) задает функцию распределения давления по зерну в момент времени =0 перед созданием натекания газа. [c.41] Правые части решений (26—28) можно рассматривать как сумму полей, создаваемых двумя независимыми диффузионными процессами. Первое слагаемое (в квадратных скобках) описывает изменение давления в любой точке зерна адсорбента, когда с момента времени =0 создается постоянное натекание газа (С=соп81), Второе слагаемое описывает процесс выравнивания начального неравномерного распределения давления ф( ) по толщине зерна. [c.43] Ряды в уравнениях (29—31), описывающие переходный процесс установления параболического закона распределения давления, достаточно быстро сходятся, и с некоторого момента времени, когда устанавливается квазистационарный режим непрерывной адсорбции, значением их можно пренебречь по сравнению со значениями остальных членов уравнения. [c.44] Давление в любой точке зерна при постоянном натекании линейно возрастает во времени. Распределение относительного давления по толщине зерна становится параболическим и не меняется во времени. [c.44] Построенная по уравнению (33) зависимость относительного давления над адсорбентом от критерия Фурье представлена на рис. 3. Точка пересечения штриховой линии с осью ординат соответствует значению коэффициента 3 в уравнениях (32) и (33). [c.45] График изменения величины 0 по сечению зерна адсорбента приведен на рис. 4. [c.45] Ряды в уравнениях (32 и 33) быстро сходятся, и с некоторого момента их значениями можно пренебречь. [c.45] Сравнение полученного выражения с уравнением (22) показывает, что по окончании переходного процесса при постоянном натекании газа возрастание давления в. каждой точке зерна определяется адсорбируемостью Г. В этом случае дополнительная адсорбция газа Аа даже при наличии градиента давления по зерну должна вызывать возрастание давления Ар в соответствии с изотермой адсорбции. [c.46] Как видно из уравнений (34 или 35), увеличение давления во времени, определяемое адсорбируемостью газа, не зависит ни от формы и размеров зерна сорбента, ни от эффективного коэффициента диффузии. [c.46] Второе слагаемое в квадратных скобках уравнения (29—31) описывает параболический закон распределения давления по зерну в квазистационарном режиме. В зависимости от величины относительной координаты х[Я или г// ) давление в любой точке зерна может быть больше или меньше давления, определяемого членом который отражает возрастание некоторого среднего давления в соответствии с изотермой по уравнению (38). [c.46] Ори л = / / Здля неограниченной йластины, для неограниченного цилиндра и г=]/ 3/5/ для шара второе слагаемое в квадратных скобках уравнений (29—31) равно нулю давление в этой точке возрастает по уравнению изотермы. [c.47] Давление на поверхности зерна ( = / ) превышает среднее давление на величину рд, определяемую уравнением (36). Более высокое давление на поверхности зерна при непрерывной адсорбции по сравнению со значением давления, соответствующим изотерме, обусловлено потоком газа Q, диффундирующего внутрь зерна, и диффузионным сопротивлением адсорбента а. Заметно влияет на давление определяющий размер зерна Я для максимального снижения следует применять адсорбент с зернами меньших размеров . Форма зерна [см. рис. 3 и формулу (36)] также существенно сказывается на величине рд значение / д максимально для неограниченной пластины ( з= з), значительно меньше для неограниченного цилиндра ( 3=78) и минимально для шара ( 3 = 715). Поэтому адсорбент с зернами шаровой или цилиндрической формы предпочтительнее. [c.47] При нахождении рд используют допущение, что концентрация и давление газа на всех наружных поверхностях зерна адсорбента одинакова. Приравнивая значения Рд, определяемые по уравнению (36) для торцовых и цилиндрической поверхностей зерна, определим соотношение потоков Q t и Qц, диффундирующих через торцовые и цилиндрическую поверхности, при общей величине потока Q. [c.48] Вернуться к основной статье