CS213910B1 - Method of determining transport characteristics of porous substances - Google Patents
Method of determining transport characteristics of porous substances 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.The invention relates to a method for determining the transport characteristics of porous substances.
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.In a number of technically significant processes, liquids interact with solid porous substances. The rate of fluid transport in the porous environment affects the overall process speed; in the extreme case, it may directly determine this rate. Examples are reactions catalysed by solid porous catalysts, adsorption on porous adsorbents, reactions of liquids with solid porous substances, etc. The arrangement of the porous structure, the so-called transport structure of porous material, is decisive for the speed of fluid transport. It is therefore desirable to have ways in which this transport structure can be characterized in such a way that the characteristics obtained depend as little as possible or not at all on the conditions under which they were determined, i.e. temperature, pressure, type and composition of the fluid.
Doposud se k těmto účelům používají dvě skupiny metod:So far, two groups of methods have been used for this purpose:
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 910The methods of the first group provide information on the pore volume distribution depending on their size - including mercury porosimetry and evaluation of low-temperature adsorption isotherms of inert gases such as nitrogen, argon or crypton. The advantage is that the results do not depend on the conditions under which the mass is transported in the characterized porous substance; the disadvantage is that they do not give a clear possibility to characterize the mass transport rate. This is due to the fact that a series of porous substances with very different internal arrangements and therefore very different mass transport rates can have detailed or even uniform
213 910 né distribuce pórů.213 910 pore distribution.
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.The methods of the second group are based on the determination of the mass transport rate of suitable fluids under simplified conditions. For some methods, determinations are performed under steady-state conditions, others flow in an unsteady state. For example, the steady-state diffusion bridge method is widespread (see, eg, Kolloid Z. 97. 135 (1941)). The so - called ohromatographic method of determining the effective diffusion coefficients is gaining importance in 3 unsteady methods (see eg.
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.AICHE J. J, 762 (1968)) The advantage of non-stable methods is that they provide information on all parts of the porous structure that may be involved in the process between the fluid and the porous substance. The results of the steady-state methods, on the other hand, are only characteristic of the part of the porous structure which communicates directly with the outer geometric surface of the porous substance, i.e. that it does not include so-called blind pores. In general, the results of the methods of the second group depend both on the type of fluids used and on the measurement conditions. Therefore, they cannot simply be extrapolated to liquid-porous solid process conditions. At the same time, it is difficult, and often impossible, to perform measurements directly under the desired conditions, because, for example, there is a reaction or the like.
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.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a method for determining the transport characteristics of porous substances by a chromatographic method which determines the effective diffusion coefficients of two or more injected substance-carrier gas pairs in particles of a porous substance to be investigated. coefficient in a model porous environment, eg in a bundle of cylindrical capillaries of the same radius, where (d ab ) _1 '^ £ b>' 1 + [Vr (2/3) (SRT / πm a ) 1/3 '1, O), where the effective diffusion coefficient pair the feed medium, and - the carrier gas B # is the known binary diffusion coefficient of the pair AB, T is absolute temperature measurement, R is the universal gas constant, M is the molecular weight the feed materials A, r is the mean pore radius in which mass transport takes place and ψ is the geometric constant pores substances.
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.By substituting found effective diffusion coefficients for at least two AB springs into equations. (1), together with the known values of the binary diffusion coefficients 00 AB and the molecular weights M A , a system of at least two equations is obtained, containing two unknown ra γ »which can thus be determined.
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.In view of the shape of equation (1) and the presence of experimental bends in the Djg determination, it is preferable that the molecular weights of the feed component A and the carrier gas S differ as much as possible. In doing so, all components must be inert to the porous substance to be examined, i.e. not adsorbed onto it, or the adsorbed substances must be immovable on the inner surface of the porous substance, i.e. to avoid surface transport. In order to determine the extent of adsorption, it is preferable to include helium in the set of substances A and B used, which is considered to be unadsorbed in all possible circumstances.
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 seBy chromatographic method is meant a process in which a carrier gas B is fed at a constant rate through a column filled with particles of the test porous substance, into which no pulse of tracer A is sprayed at the inlet of the column.
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.213 910 records the time dependence of the trace component concentration, i.e. the output signal and the output curve. The evaluation of the effective diffusion coefficients D ^ B is based on the shape of the output signal intended for one or more carrier gas velocities in the column under otherwise identical conditions. A number of published methods can be used to evaluate the effective diffusion coefficients: height of the theoretical palate on the carrier gas velocity, or comparison, that is, fitting of the experimental curve to theoretical relations in the time domain, in the frequency domain, or in the domain of the complex Laplace transformation, etc.
PříkladyExamples
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.In the apparatus schematically shown in the accompanying drawing, in a cylindrical column 10 having an inner diameter of 0.74 cm and a length of 200 cm, filled with particles of porous alumina designated as samples a, b, o, particle size 2.8 to 3.15 mm at laboratory output curves measured in the following systems were injected A - carrier gas B: helium-hydrogen, helium-nitrogen, hydrogen-nitrogen, nitrogen-hydrogen.
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.The carrier gas from the cylinder 1 flowed through the drying tower 2, the regulating needle valve 6, the capillary flow meter 2, the comparative cell of the thermally conductive detector 6, the six-way metering valve 2 to column 10 and thence to the specific cell of the thermally conductive detector 6. • The injector gas from the cylinder 2 rinsed the dispensing loop 2 of the dispensing tap 8. By rotating the dispensing tap 8, the contents of the dispensing loop 2 were flushed with carrier gas into the column 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 koeficientůThe following values of effective diffusion coefficients were determined from the dependence of the height of the theoretical tray H on the volume velocity of the carrier gas P in the range P = 2 to P = 8 om ^ / s.
22
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/s1) sample a: helium-hydrogen: 3.2.10 cm / s helium-nitrogen: 1.94.10 cm / s nitrogen-hydrogen: 1.42.10 -2 cm 2 / s hydrogen-nitrogen: 2.22.10 -2 cm 2 / 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 22) sample b: helium-hydrogen: 2,36.10 -2 om 2 / s helium-nitrogen: 1,72.10 -2 om 2 / s nitrogen-hydrogen: 0,94.10 -2 om 2 / s hydrogen-nitrogen: 2, 14.10 -2 cm 2 / sec —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/s3) sample c: helium-hydrogen: 8.52.10 cm / s helium-nitrogen: 4.37.10 -2 cm 2 / s nitrogen-hydrogen: 3.54.10 -2 cm 2 / s hydrogen-nitrogen: 5.51.10 -2 cm 2 / sec
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.Using these coefficients and the binary diffusion coefficients $ taken from the literature and Knudsenových diffusion coefficient <0 = (2/3) r (8RT / A # M) 1/2) of the taibulky according to equation (1) calculated by the following values of the radii of the transport medium and geometric constants of the middle transport pore model, ie transport characteristics.
1) vzorek a: Systém, helium-vodík a helium dusík: r 170 nm, ψ 0,0431) sample a: System, helium hydrogen and helium nitrogen: r 170 nm, ψ 0.043
213 910213 910
Systém dusík- vodík a vodík-dusík»Nitrogen-hydrogen and hydrogen-nitrogen system »
- 230 nm, Τ' - 0,038- 230 nm, Τ '- 0.038
2) vzorek bi Systém helium-vodík a helium-dusíkt 7 » 70 nm, γ 0,0562) sample bi Helium-hydrogen system and helium-nitrate 7 »70 nm, γ 0.056
Systém dusík-vodík, vodík-dusíkt 7 70 nm, ψ - 0,056Nitrogen-hydrogen system, hydrogen-nitrogen 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 0,0863) sample ot Helium? -Hydrogen and helium-nitrate system 7 370 370 nm, ψ 0.082 * Nitrogen-hydrogen and hydrogen-nitrogen system 7> 320 nm, ψ b 0.086
TabulkaTable
Použité difusní koeficientyUsed diffusion coefficients
vypočteno jakocalculated as
g)% - (2/3)r(8RTMMA)1/2 hodnoty z tabulkyg)% - (2/3) r (8RTMM A ) 1/2 value from the table
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.The described process can be advantageously used, for example, in controlling the properties of porous catalysts, adsorbents and reactants and in predicting their efficiency, and hence in the design, control and regulation of plants in which the reaction, adsorption and the like with porous substances take place.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS54180A CS213910B1 (en) | 1980-01-25 | 1980-01-25 | Method of determining transport characteristics of porous substances |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS54180A CS213910B1 (en) | 1980-01-25 | 1980-01-25 | Method of determining transport characteristics of porous substances |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CS213910B1 true CS213910B1 (en) | 1982-04-09 |
Family
ID=5337659
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CS54180A CS213910B1 (en) | 1980-01-25 | 1980-01-25 | Method of determining transport characteristics of porous substances |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CS (1) | CS213910B1 (en) |
-
1980
- 1980-01-25 CS CS54180A patent/CS213910B1/en 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 | |
| Masamune et al. | Adsorption rate studies—significance of pore diffusion | |
| Alzaydi et al. | Combined pressure and diffusional transition region flow of gases in porous media | |
| Baumeister et al. | Fluid‐particle heat transfer in packed beds | |
| JPS5850772B2 (en) | Fluidized bed reactor and its operating method | |
| Marsheck et al. | Particle flow patterns in a fluidized bed | |
| US3667914A (en) | Apparatus and process for testing exhaust gas catalyst systems | |
| 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 (en) | Method of determining transport characteristics of porous substances | |
| Simon et al. | Measured and calculated migrating speeds of reaction zones in a fixed bed reactor, a quantitative comparison | |
| US3467501A (en) | Calorimeter for the determination of heats of reaction | |
| 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 | |
| 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 (en) | Thermoconductormetric gas analyzer | |
| US4335610A (en) | Multi-sample surface area measurement |