Файл: Волчкевич, А. И. Высоковакуумные адсорбционные насосы.pdf

Силикагели представляют собой высокомолекулярное соединение типа (Si02)n. В отличие от активных углей, имеюшихвсе три разновидности пор и отличающихся полимодальным распределением объема пор по радиу­ сам, для силикагелей характерна большая однородность пористой структуры с кривой распределения, имеющей обычно один максимум. Скелет силикагелей состоит из сферических частиц, сросшихся между собой в местах контакта. Среднее число контактов частиц колеблется от 4 до 12 -и определяется условиями приготовления си-

Тонкопористые силикагели состоят из небольших час­ тиц с плотной упаковкой, а крупнопористые — из частиц больших размеров с более рыхлой упаковкой. Полости между шаровидными частицами (глобулами) образуют пористую структуру силикагеля. Средний радикс пор мелкопористых силикагелей составляет 10—20 А, а крупнопористых — 50—100 А и более. Общий удельный Объем пористости колеблется в достаточно широких пределах — от 0.21 до 4.00 см3 /г, а удельная поверхность некоторых силикагелей достигает 650—800 м2 /г. Особо тонкопористые силикагели, радиус пор которых соизме­ рим с размерами адсорбируемых молекул, проявляют свойства адсорбентов первого структурного типа.

Силикагель обладает повышенной адсорбируемостью полярных молекул (особенно воды) из-за ненасыщенно­ сти его поверхности; поэтому силикагель известен как хороший осушитель. Нагрев силикагеля до 200—300 °С сопровождается потерей молекул воды, расположенных в основном на поверхности шарообразных частиц. Даль­ нейшее увеличение температуры (выше 400—500°С) приводит к очень сильной дегидратации силикагеля и сопровождается структурными изменениями (спекание) с уменьшением удельной поверхности, особенно у тон­ копористых силикагелей. Степень дегидратации поверх­ ности силикагеля, а также количество предалсорбированной воды сильно сказываются на адсорбционные и диффузионные свойства силикагеля. Оптимальная тем­ пература нагрева составляет 300—350°С; при этом обеспечивается быстрая дегидратация и отсутствуют структурные изменения.

26

Г л а в а II. КИНЕТИКА АДСОРБЦИИ

Основные задачи кинетики адсорбции — определе­ ние зависимости адсорбции от параметров, характери­

уравнениями, что и задачи теплопроводности, при реше­ нии конкретных задач по кинетике адсорбции можно пользоваться математическим аппаратом и литературой по теории теплопроводности [33, 40—42].

Для объяснения механизма действия адсорбционных насосов практический интерес представляет кинетика следующих адсорбционных процессов: при постоянном давлении; постоянном начальном количестве газа в зам­ кнутой системе при меняющемся давлении; поступлении газа с постоянной скоростью. Первый случай наиболее часто применяют для исследования процессов кинетики адсорбции при относительно высоком давлении [48]. Второй случай характерен для предварительной откач­ ки газов адсорбционными насосами, например, от ат­ мосферного давления. Третий случай отражает реаль­ ные условия работы адсорбционного насоса в высоко­ вакуумной системе при поступлении газа с постоянной скоростью.

Получение теоретических уравнений кинетики адсорб­ ции во всех случаях — достаточно сложная задача, ко­ торую обычно можно решить лишь для изотермических условий. Некоторые неизотермические задачи массопереноса решены А. В. Лыковым и А. Ю. Михайловым [40—

При предварительной откачке объемов, особенно от атмосферного давления, изотермические условия не вы­ полняются; кинетика протекания таких процессов в дан­ ной монографии не рассмотрена.

КИНЕТИКА АДСОРБЦИИ НА ПЛОСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Кинетика адсорбции для случая образования моно­ слоя рассмотрена Ленгмюром на плоской энергетически однородной поверхности. Количество адсорбирующихся

идесорбирующихся молекул определяется уравнениями

(3)и (4)- Общая скорость процесса (без учета коэффи­

Константа скорости десорбции молекул зависит от теплоты адсорбции газа АЯ:

АН

Константа результирующей скорости адсорбционного процесса после подстановки численных значений k& и &д определяется следующим выражением:

АН_

'3,52-102 3

ns/MT

29