CS213910B1 - Způsob stanovení transportních charakteristik porésních látek - Google Patents
Způsob stanovení transportních charakteristik porésních látek Download PDFInfo
- Publication number
- CS213910B1 CS213910B1 CS54180A CS54180A CS213910B1 CS 213910 B1 CS213910 B1 CS 213910B1 CS 54180 A CS54180 A CS 54180A CS 54180 A CS54180 A CS 54180A CS 213910 B1 CS213910 B1 CS 213910B1
- Authority
- CS
- Czechoslovakia
- Prior art keywords
- porous
- substance
- transport characteristics
- hydrogen
- nitrogen
- Prior art date
Links
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 22
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 16
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims description 12
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 14
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 14
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 6
- UDWPONKAYSRBTJ-UHFFFAOYSA-N [He].[N] Chemical compound [He].[N] UDWPONKAYSRBTJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 4
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 3
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 3
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- KZRPGORJMBBVBA-UHFFFAOYSA-N helium nitric acid Chemical compound [N+](=O)(O)[O-].[He] KZRPGORJMBBVBA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- AANMVENRNJYEMK-UHFFFAOYSA-N 4-propan-2-ylcyclohex-2-en-1-one Chemical compound CC(C)C1CCC(=O)C=C1 AANMVENRNJYEMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000012526 feed medium Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000003254 palate Anatomy 0.000 description 1
- 238000002459 porosimetry Methods 0.000 description 1
- 239000000700 radioactive tracer Substances 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 239000006163 transport media Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Description
Vynález se týká způsobu stanovení transportníoh charakteristik porésních látek.
V řadě technicky významných procesů dochází k interakci tekutin s tuhými porésními látkami. Rychlost transportu tekutiny v porésním prostředí pak ovlivňuje celkovou rychlost procesu; v mezním případě může tuto rychlost přímo určovat. Jako příklady lze uvést reakce katalysované tuhými porésními katalysátory, adsorpoe na porésních adsorbentech, reakce tekutin s tuhými porésními látkami aj. Pro rychlost transportu tekutiny je rozhodující uspořádání porésní struktury, tzv. transportní struktura poréaní látky. Je proto žádoucí mít k disposici způsoby, kterými lze tuto transportní strukturu charakterisovat tak, aby získané charakteristiky závisely v co nejmenší míře, případně vůbec nezávisely, na podmínkách, za kterýoh byly určeny, tj. teplotě, tlaku, druhu a složení tekutiny.
Doposud se k těmto účelům používají dvě skupiny metod:
Metody prvé skupiny poskytují informace o distribuci objemu pórů v závislosti na jejich rozměru - sem patří mj. rtuíová porosimetrie a vyhodnocení nízkotepelných adsorpčních isoterem inertních plynů, jako dusíku, argonu nebo kryptonu. Výhodou je, že výsledky nezávisejí na podmínkách, při kterýoh doohází k transportu hmoty v charakterisované porésní látce; nevýhodou je, že nedávají jednoznačnou možnost rychlost transportu hmoty charakterisovat. To je způsobeno tím, že řady porésních látek s velmi rozdílným vnitřním uspořádáním, a proto velmi rozdílnými rychlostmi transportu hmoty, mohou mít podrobné, nebo i stej213 910
213 910 né distribuce pórů.
Metody druhé skupiny jsou založeny na stanovení rychlosti transportu hmoty vhodných tekutin za zjednodušených podmínek. U některých metod se stanovení provádí za ustálených podmínek, jiné praoují v neustáleném stavu. Velmi rozšířenou je např. ustálená metoda difusního můstku (viz např. Kolloid Z. 97. 135 (1941)). 3 neustálených metod nabývá na významu tzv. ohromatografioký způsob stanovení efektivních difusních koeficientů (viz např.
AICHE J. J£, 762 (1968))· Předností neustálených metod je, že poskytují informace o všech částech porésní struktury, které se mohou uplatňovat v procesu mezi tekutinou a poresní látkou. Výsledky ustálenýoh metod jsou naproti tomu charakteristické pouze pro tu část porésní struktury, která přímo komunikuje s vnějším geometrickým povrchem porésní látky, tzp., že nezahrnuje tzv. slepé póry. Obecně závisejí výsledky metod druhé skupiny jak na druhu použitých tekutin, tak na podmínkách měření. Nelze je proto jednoduše extrapolovat na podmínky procesu tekutina-porésní tuhá látka. Přitom je obtížné, a často zoela nemožné, provést měření přímo za požadovaných podmínek, protože dochází např. k reakoi apod.
Podstata vynálezu spočívá ve způsobu stanovení transportních charakteristik porésních látek chromatografiokou metodou, při němž se stanoví efektivní difusní koeficienty dvou nebo více párů nastřikovaná látka - nosný plyn v částicích zkoumané porézní látky a transportní charakteristiky porésní látky se určí z těchto hodnot s použitím vztahu pro efektivní difusní koeficient v modelovém porésním prostředí, např. ve svazku váleovýoh kapilár o stejném poloměru, kde pro transportní charakteristiky /ar platí vztah (dab)_1 ’ ^£b>’1 + [Vr(2/3)(SRT/πma)1/3 “1, O) kde je efektivní difusní koeficient páru nastřikovaná látka A - nosný plyn B,# je známý binární difusní koeficient páru A-B, T je absolutní teplota měření, R je universální plynová konstanta, MA je molekulová hmotnost nastřikovaná látky A, r je střední poloměr pórů, ve kterých probíhá transport hmoty a ψ je geometrická konstanta porésní látky.
Dosazením nalezených efektivních difusních koeficientů pro nejméně dva péry A-B do rov. (1), spolu se známými hodnotami binárních difusních koeficientů£0 AB a molekulových hmotností MA se získá soustava nejméně dvou rovnic, obsahující dvě neznámé r a γ » které lze tedy určit.
S ohledem na tvar rovnice (1) a na přítomnost experimentálních ohyb při stanovení Djg je výhodné, jestliže se molekulové hmotnosti nastřikovaná složky A a nosného plynu S co nejvíce liší. Přitom je třeba, aby buS všechny složky byly ke zkoumané poresní látce inertní, tj., aby se na ní neadsorbovaly, nebo aby adsorbované látky byly na vnitřním povrchu porésní látky nepohyblivé, tj., aby nedocházelo k povrchovému transportu. Pro určení rozsahu adsorpce je výhodné zahrnout do použitého souboru látek A a B i helium, které se považuje za neadsorbované za všech, v úvahu přicházejících, okolností.
Chromatografickou metodou je míněn postup, ve kterém je kolonou naplněnou částicemi zkoumané porésní látky veden konstantní rychlostí nosný plyn B, do jehož proudu se na vstupu do kolony nestříkne puls stopovací látky A. Detektorem umístěným na výstupu z kolony se
213 910 zaznamenává časová závislost koncentrace stopovací složky, to je výstupní signál a výstupní křivka. Vyhodnocení efektivních difusních koeficientů D^B vychází z tvaru výstupního signálu určeného pro jednu nebo více rychlostí nosného plynu v koloně za jinak stejných podmínek. Pro vyhodnocení efektivních difusních koeficientů lze použít řadu publikovaných metod: korelaci momentů výstupní křivky, příp. výšky teoretického patra na rychlosti nosného plynu, nebo přirovnávání, to je fitování experimentální křivky k teoretickým vztahům v časové doméně, ve frekvenční doméně, nebo v doméně komplexní Laplaceovy transformace atp.
Příklady
V aparatuře schematicky znázorněné na přiloženém výkresu byly ve válcové koloně 10 o vnitřním průměru 0,74 cm a délce 200 cm, naplněné částicemi porésní aluminy označené jako vzorky a, b, o, o velikosti částic 2,8 až 3,15 mm při laboratorní teplotě a atmosferickém tlaku proměřeny výstupní křivky v následujících soustavách nastřikovaná látka A - nosný plyn B: helium-vodík, helium-dusík, vodík-dusík, dusík-vodík.
Nosný plyn z tlakové lahve 1 proudil přes sušící věž 2» regulační jehlový ventil £, kapilární prútokoměr 2» srovnávací celu tepelně vodivostního detektoru 6, šesticestný dávkovači ventil 2 do kolony 10 a odtud do měrné cely tepelně vodivostního detektoru 6. Jeho objemový průtok byl měřen bublinovým průtokoměrem 2· Nastřikovaný plyn z tlakové lahve 2 promýval dávkovači smyčku 2 dávkovacího kohoutu 8. Pootočením dávkovacího kohoutu 8 byl obsah dávkovači smyčky 2 vypláchnut nosným plynem do kolony 10.
Ze závislosti výšky teoretického patra H na objemové rychlosti nosného plynu P v oblasti P=2 až P=8 om^/s byly určeny následující hodnoty efektivních difusních koeficientů
2
1) vzorek a: helium-vodík: 3,2.10 cm /s helium-dusík: 1,94.10 cm/s dusík-vodík: 1,42.10-2 cm2/s vodík-dusík: 2,22,10-2 cm2/s
2) vzorek b: helium-vodík: 2,36.10-2 om2/s helium-dusík: 1,72.10-2 om2/s dusík-vodík: 0,94.10-2 om2/s vodík-dusík: 2,14.10-2 cm2/s —2 2
3) vzorek c: helium-vodík: 8,52.10 cm/s helium-dusík: 4,37.10-2 cm2/s dusík-vodík: 3,54.10-2 cm2/s vodík-dusík: 5,51.10-2 cm2/s
S použitím těchto koeficientů a binárních difusních koeficientů $ převzatých z literatury a Knudsenových difusních koeficientů<0 = (2/3)ř(8RT/#MA)1/2) z taibulky byly podle rovnice (1) vypočteny následující hodnoty středních poloměrů transportních pórů ř a geometrických konstant modelu středního transportního póru, tj. transportní oharakteris tiky.
1) vzorek a: Systém, helium-vodík a helium dusík: r 170 nm, ψ 0,043
213 910
Systém dusík- vodík a vodík-dusík»
- 230 nm, Τ' - 0,038
2) vzorek bi Systém helium-vodík a helium-dusíkt 7 » 70 nm, γ 0,056
Systém dusík-vodík, vodík-dusíkt 7 70 nm, ψ - 0,056
3) vzorek ot Systém helium?-vodík a helium-dusíkt 7 « 370 nm, ψ 0,082 * Systém dusík-vodík a vodík-dusíkt 7 > 320 nm, ψ b 0,086
Tabulka
Použité difusní koeficienty
| 00^(10 nm) | b 0,0314 cm2/a |
| #He<1° nm) | b 0,0830 om2/s |
| #h(1° nm) | b 0,1174 om2s |
| ^HeH | 0 = 1,64 cm /s |
| = 0,76 cm2/s | |
| ^HeN | 0,67 cm2/s |
vypočteno jako
g)% - (2/3)r(8RTMMA)1/2 hodnoty z tabulky
Popsaný způsob lze výhodná využít např. při kontrole vlastností porésníeh katalysátorů, adsorbentů a reaktantů a při předpovídání jejich účinnosti a tím i při projektování, řízení a regulaci zařízení, v nichž probíhají reakoe, adsorpce apod. s účastí porésníeh látek.
Claims (1)
- PŘEDMĚT VYNÁLEZUZpůsob stanoveni transportních charakteristik porésníeh látek ehromatografiekou metodou vyznačený tím, že se stanoví efektivní difusní koeficienty dvou nebe více párů nastřikovaná látka - nosný plyn v částioíoh zkoumané porésní látky a transportní charakteristiky porósní látky se určí z ťéchto hodnot s použitím vztahu pro efektivní difusní koeficient v modelovém porésním prostředí, např. ve svazku válcových kapilár o stejném poloměru, kde pro transportní charakteristiky a r platí vztah (¾)-1 - + ly*(2/3)(8RT/JMA)1/3’1 , kde je efektivní difusní koeficient páru nastřikovaná látka A - nosný plyn B,í3“B je známý binární difusní koefioient páru A-B, T je absolutní teplota měření, R je universální213 910 plynová konstanta, je molekulová hmotnost nastřikované látky Á, ř jě střední poloměr po rů, ve kterých probíhá transport hmoty a je geometrická konstanta porésní látky.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS54180A CS213910B1 (cs) | 1980-01-25 | 1980-01-25 | Způsob stanovení transportních charakteristik porésních látek |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS54180A CS213910B1 (cs) | 1980-01-25 | 1980-01-25 | Způsob stanovení transportních charakteristik porésních látek |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CS213910B1 true CS213910B1 (cs) | 1982-04-09 |
Family
ID=5337659
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CS54180A CS213910B1 (cs) | 1980-01-25 | 1980-01-25 | Způsob stanovení transportních charakteristik porésních látek |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CS (1) | CS213910B1 (cs) |
-
1980
- 1980-01-25 CS CS54180A patent/CS213910B1/cs unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Pesaran et al. | Moisture transport in silica gel packed beds—II. Experimental study | |
| Levec et al. | Oxidation of acetic acid solutions in a trickle‐bed reactor | |
| US5204270A (en) | Multiple sample characterization of coals and other substances by controlled-atmosphere programmed temperature oxidation | |
| Levec et al. | Longitudinal and lateral thermal dispersion in packed beds. Part II: Comparison between theory and experiment | |
| Baumeister et al. | Fluid‐particle heat transfer in packed beds | |
| JPS5850772B2 (ja) | 流動層反応装置及びその運転方法 | |
| Dallman et al. | Entrainment for horizontal annular gas-liquid flow | |
| US6254828B1 (en) | Fluid cell substance analysis and calibration methods | |
| Marsheck et al. | Particle flow patterns in a fluidized bed | |
| US2899281A (en) | Catalytic ozone analyzer | |
| Masamune et al. | Adsorption of ethyl alcohol on silica gel | |
| Otani et al. | Significance of pressure gradients in porous materials: Part II. Diffusion and flow in porous catalysts | |
| CS213910B1 (cs) | Způsob stanovení transportních charakteristik porésních látek | |
| Simon et al. | Measured and calculated migrating speeds of reaction zones in a fixed bed reactor, a quantitative comparison | |
| Glover et al. | Determination of multicomponent sorption equilibria using perturbation gas chromatography | |
| US4840726A (en) | Method for determining and controlling the amount of finely divided particulate solids added to a stream of fluid | |
| Sircar et al. | Column dynamics for adsorption of bulk binary gas mixtures on activated carbon | |
| Shulman et al. | Performance of packed columns: V. Effect of solute concentration on gas‐phase mass transfer rates | |
| Wang et al. | Experimental evaluation of nonisotheral solid‐gas reaction model | |
| Eaves et al. | Drying liquid hydrocarbons using adsorptive agents | |
| Kadlec et al. | Effective diffusivity and optimum apparent density of vanadia catalysts for sulfur dioxide oxidation | |
| Caretto et al. | Effects of pore diffusion in the catalytic oxidation of ethylene | |
| SU1249426A1 (ru) | Термокондуктометрический газоанализатор | |
| US4335610A (en) | Multi-sample surface area measurement | |
| Bizon et al. | Phenomenological and numerical issues concerning dynamics of nonisobaric multicomponent diffusion of gases in macroporous media |