Как построить изотерму адсорбции в excel
Используя экспериментальные данные по адсорбции бензола на графитированной термической саже при нескольких температурах:
р, Па | 0 | 29 | 49 | 69 | 89 |
0 | 0,0199 | 0,0278 | 0,0332 | 0,0373 | |
0 | 0,0129 | 0,0191 | 0,0240 | 0,0279 | |
0 | 0,0082 | 0,0127 | 0,0165 | 0,0198 |
1. Постройте три изотермы адсорбции.
2. Рассчитайте константы уравнения Лэнгмюра и удельную поверхность адсорбента ( ).
3. Рассчитайте интегральную теплоту адсорбции.
4. Для А=0,005 моль/кг; А=0,01 моль/кг; А=0,015 моль/кг постройте изостеры адсорбции по которым рассчитайте дифференциальную теплоту адсорбции. Проанализируйте полученные результаты.
Решение:
1. Откройте Excel. Введите в таблицы исходные данные, согласно своему варианту при трех разных температурах.
Исходные данные
р, Па
А(293)
А(303)
А(313)
Моль/кг
Моль/кг
Моль/кг
По экспериментальным данным постройте изотермы адсорбции бензола на графитированной термической саже при различных температурах. Для этого выделите значения А(293)
и нажмите пиктограмму . В открывшемся окне выберете тип «Точечная» и нажмите кнопку «Далее». В открывшемся окне перейдите на закладку «Ряд» и в строке «Значения Х» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям р, Па; в строке «Значения Y» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям А(293), в строке «Имя» введите «А(293), моль/кг». Аналогично введите экспериментальные данные значений адсорбции при других температурах. Для этого в поле «Ряд» нажмите «Добавить», в строке «Значения Х» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям р, Па; в строке «Значения Y» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям А(303); в строке «Имя» введите «А(303), моль/кг». Продолжите аналогичные действия для значений адсорбции А(313); нажмите кнопку «Далее». В появившемся окне в закладке «Заголовки» введите соответствующие параметры диаграммы:
«Название диаграммы» – Изотермы адсорбции Лэнгмюра при различных температурах;
«Ось Х (категорий)» – р, Па;
«Ось Y (категорий)» – А, моль/кг; нажмите кнопки «Далее» и «Готово».
Поместите построенную диаграмму на имеющемся листе.
Оформление диаграммы может быть совершенно произвольным. Вы можете добавить или убрать «Легенду», добавить или убрать «Линий сетки», добавить или убрать «Рамку», менять цвет и шрифт полей, маркеров, линий, подписей и т.д.
Из диаграммы следует, что с повышением температура адсорбция уменьшается.
2. Для построения изотермы Лэнгмюра в линейных координатах скопируйте на свободное поле исходные значения давлений р, Па. В ячейке для расчета р/А(293) нажмите «=», выделите поле значения р=29 нажмите «/», выделите ячейку со значением А(293)=0,0199, нажмите «Enter».
Выделите рассчитанное значение р/А(293), переведите курсор в нижний правый угол выделенной ячейки (внизу появится черный крестик), зафиксируйте мышку нажатием левой кнопки и, не отпуская ее, «растяните» формулу вниз на другие ячейки р/А(293), произойдет автоматический расчет. Полученные значения округлите, используя пиктограмму «Уменьшить разрядность» . Аналогичные действия проведите для расчета р/А(303) и р/А(313).
р, Па
Р/А(293),
Р/А(303),
Р/А(313),
Па*кг/моль
Па*кг/моль
Па*кг/моль
По рассчитанным данным постройте изотермы Лэнгмюра в линейных координатах при трех разных температурах. Для этого выделите значения р, Па и р/А(293)
и нажмите пиктограмму . В открывшемся окне выберете тип «Точечная» и нажмите кнопку «Далее». В открывшемся окне перейдите на закладку «Ряд» и в строке «Значения Х» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям р, Па, в строке «Значения Y» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям р/А(293), в строке «Имя» введите «р/А(293)». Аналогично введите расчетные данные значений р/А при других температурах. Для этого в поле «Ряд» нажмите «Добавить», в строке «Значения Х» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям р, Па; в строке «Значения Y» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям р/А(303); в строке «Имя» введите «р/А(303)». Продолжите аналогичные действия для значений р/А(313); нажмите кнопку «Далее». В появившемся окне в закладке «Заголовки» введите соответствующие параметры диаграммы:
«Название диаграммы» – Изотермы адсорбции Лэнгмюра в линейных координатах при различных температурах;
«Ось Х (категорий)» – р, Па;
«Ось Y (категорий)» – р/А, Па*кг/моль; нажмите кнопки «Далее» и «Готово».
Поместите построенные изотермы на имеющемся листе. Оформление диаграммы может быть совершенно произвольным. Вы можете добавить или убрать «Легенду», добавить или убрать «Линий сетки», добавить или убрать «Рамку», менять цвет и шрифт полей, маркеров, линий, подписей и т.д.
Так как построенные изотермы должны представлять собой прямые, то необходимо к каждой изотерме «Добавить линию тренда». Для этого поставьте курсор на один из цветовых маркеров и нажмите правую кнопку мышки, появится поле «Формат рядов данных». В этом поле нажмите «Добавить линию тренда», тип «Линейная», перейдите в закладку «Параметры» и поставьте галочку в поле «Показывать уравнение на диаграмме». Программа автоматически рассчитает уравнение прямой и покажет его на диаграмме. Аналогичные действия выполните для остальных прямых.
3. Рассчитайте константы уравнения Лэнгмюра, используя полученное уравнение прямой. Согласно уравнению прямой , величины а и b соответственно будут равны:
Т, К
а
b
В следующем столбце рассчитайте значения предельной адсорбции при Т = 293 К
Для этого в ячейке для расчета А∞ нажмите «=1/», выделите поле значения b = 15,51, нажмите «Enter».
Выделите рассчитанное значение А∞, переведите курсор в нижний правый угол выделенной ячейки (внизу появится черный крестик), зафиксируйте мышку нажатием левой кнопки и, не отпуская ее, «растяните» формулу вниз на другие ячейки А∞, произойдет автоматический расчет. Полученные значения округлите, используя пиктограмму «Уменьшить разрядность» .
Рассчитайте значения константы адсорбционного равновесия К при Т = 293 К
В ячейке для расчета К нажмите «=», нажмите 1/, выделите поле значения а=1006, нажмите «*», выделите поле значения А∞=0,064, нажмите «Enter».
Выделите рассчитанное значение К, переведите курсор в нижний правый угол выделенной ячейки (внизу появится черный крестик), зафиксируйте мышку нажатием левой кнопки и, не отпуская ее, «растяните» формулу вниз на другие ячейки К, произойдет автоматический расчет. Полученные значения округлите, используя пиктограмму «Уменьшить разрядность» .
Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
© cyberpedia.su 2017-2020 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!
Пример выполнения задания с использованием для расчета Microsoft Office Excel
Задание:
При изучении адсорбции сернистого ангидрида SO2 ( ) на силикагеле при различных температурах были получены следующие экспериментальные данные:
33,4 | 47,5 | 52,4 | 56,3 |
38,75 | 44,55 | 48,55 | 51,85 |
30,5 | 46,5 | 52,8 | 57,8 |
1. Постройте изотерму адсорбции сернистого ангидрида на силикагеле при различных температурах, сделайте вывод о зависимости величины адсорбции от температуры.
2. Рассчитайте и постойте характеристическую кривую.
3. Определите минимальный и максимальный радиус пор силикагеля.
Решение:
1. Откройте Microsoft Office Excel. Введите в таблицы исходные данные, согласно своему варианту при трех разных температурах.
Исходные данные | |||||
Т=303К | Т=313К | Т=330К | |||
р, мм.рт.ст | А, см 3 /г | р, мм.рт.ст | А, см 3 /г | р, мм.рт.ст | А, см 3 /г |
33,4 | 38,75 | 30,5 | |||
47,5 | 44,55 | 46,5 | |||
52,4 | 48,55 | 52,8 | |||
56,3 | 51,85 | 57,8 |
2. По экспериментальным данным построите изотермы адсорбции сернистого ангидрида на силикагеле при различных температурах. Для этого:
1. Выделите значения р и А при температуре Т=303 К
33,4 |
47,5 |
52,4 |
56,3 |
и нажмите пиктограмму . В открывшемся окне выберете тип «Точечная» и нажмите кнопку «Далее». В открывшемся окне перейдите на закладку «Ряд» и в строке «Значения Х» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям давлений при Т=303К, в строке «Значения Y» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям адсорбции при Т=303К, в строке «Имя» введите Т=303К. Аналогично введите экспериментальные данные при других температурах, для этого: в поле «Ряд» нажмите «Добавить». В строке «Значения Х» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям давлений при Т=313К, в строке «Значения Y» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям адсорбции при Т=313К, в строке «Имя» введите Т=313К. Продолжите аналогичные действия для Т=330К, нажмите кнопку «Далее». В появившемся окне в закладке «Заголовки» введите соответствующие параметры диаграммы:
«Название диаграммы» – Изотермы адсорбции;
«Ось Х (категорий)» – р, мм.рт.ст.;
«Ось Y (категорий)» – А, см 3 /г; нажмите кнопки «Далее» и «Готово».
Поместите построенную диаграмму на имеющемся листе. Оформление диаграммы может быть совершенно произвольным. Вы можете добавить или убрать «Легенду», добавить или убрать «Линий сетки», добавить или убрать «Рамку», менять цвет и шрифт полей, маркеров, линий, подписей и т.д.
3. Для дальнейших расчетов введите в ячейки программы необходимые данные:
Давление насыщенного пара (рS) сернистого ангидрида при
Т, К | |||
ps, мм рт.ст. | 116,2 | 349,6 | 471,2 |
Молярная масса SO2, г/моль |
Плотность жидкого SO2, г/см 3 |
1,4619 |
б) Расчет количества моль SO2, адсорбированного 1 г силикагеля.
Пересчитаем величину адсорбции в размерность моль/г, для этого рассчитаем количество моль SO2, адсорбированного 1 г геля кремневой кислоты, например:
Для каждой температуры введите исходные данные значений А, см 3 /г, в следующем столбце пересчитайте эти значения на n, моль; для этого значение в столбце А=33,4 см 3 /г разделите на 22400 (поставьте курсор в первое поле значений n, нажмите «=», выделите поле значения А и разделите на 22400, нажмите «Enter». Выделите рассчитанное значение 0,00149, переведите курсор в нижний правый угол выделенной ячейки (внизу появится черный крестик), зафиксируйте мышку нажатием левой кнопки и, не отпуская ее, «растяните» формулу вниз на другие ячейки n, моль, произойдет автоматический расчет n, моль. Аналогичные действия выполните для остальных значений А при других температурах. Полученные значения округлите, используя пиктограмму «Уменьшить разрядность» .
Расчет количества моль SO2, адсорбированного 1 г силикагеля | |||||
Т=303К | Т=313К | Т=330К | |||
А, см 3 /г | n, моль | А, см 3 /г | n, моль | А, см 3 /г | n, моль |
33,4 | 0,0015 | 38,75 | 0,0017 | 30,5 | 0,0014 |
47,5 | 0,0021 | 44,55 | 0,0020 | 46,5 | 0,0021 |
52,4 | 0,0023 | 48,55 | 0,0022 | 52,8 | 0,0024 |
56,3 | 0,0025 | 51,85 | 0,0023 | 57,8 | 0,0026 |
в) Расчет мольного объема сернистого ангидрида.
где 64 г/моль – молярная масса SO2; 1,4619 г/см 3 – плотность жидкого SO2.
Выделите ячейку для расчета мольного объема, нажмите «=», выделите ячейку со значением молярной массы, нажмите «/», выделите ячейку со значением плотности сернистого ангидрида, нажмите «Enter».
Расчет мольного объема сернистого ангидрида, см 3 /моль |
43,78 |
г) Расчет адсорбционного объема.
Рассчитаем адсорбционный объем при Т=303 К для А = 33,4 см 3 /г = 1,49·10 -3 моль/г по уравнению (1):
Для расчета адсорбционного объема необходимо каждое значение адсорбции (n, моль) умножить на значение мольного объема, для этого создайте столбец Vадс. В ячейке для расчета нажмите «=», выделите поле значения n, моль и умножьте на поле на значения мольного объема, нажмите «Enter». Аналогичные действия выполните для остальных значений n, моль при других температурах. Полученные значения округлите, используя пиктограмму «Уменьшить разрядность» .
Расчет адсорбционного объема, см 3 /г | |||||
Т=303К | Т=313К | Т=330К | |||
n, моль | Vадс, см 3 /г | n, моль | Vадс, см 3 /г | n, моль | Vадс, см 3 /г |
0,0015 | 0,065 | 0,0017 | 0,076 | 0,0014 | 0,060 |
0,0021 | 0,093 | 0,0020 | 0,087 | 0,0021 | 0,091 |
0,0023 | 0,102 | 0,0022 | 0,095 | 0,0024 | 0,103 |
0,0025 | 0,110 | 0,0023 | 0,101 | 0,0026 | 0,113 |
д) Расчет адсорбционного потенциала.
Рассчитаем адсорбционный потенциал при Т = 303 К для р = 78 мм.рт.ст. по уравнению (2):
Для каждой температуры введите исходные значения давлений (р, мм рт.ст.) в следующем столбце проведите расчет адсорбционного потенциала, для этого:
В ячейке для расчета нажмите «=», введите 8,31*303*(ln выделите поле значения рS при данной температуре, нажмите «/», выделите поле значений р, мм рт.ст.), нажмите «Enter». Аналогичные действия выполните для остальных значений ε при других температурах. Полученные значения округлите, используя пиктограмму «Уменьшить разрядность» .
Расчет адсорбционного потенциала, Дж/моль | |||||
Т=303К | Т=313К | Т=330К | |||
р, мм.рт.ст. | ε | р, мм.рт.ст | ε | р, мм.рт.ст. | ε |
е) Для построения характеристической кривой:
1. Выделите значения Vадс, см 3 /г при температуре Т=303 К
0,065 |
0,093 |
0,102 |
0,110 |
и нажмите пиктограмму . В открывшемся окне выберете тип «Точечная» и нажмите кнопку «Далее». В открывшемся окне перейдите на закладку «Ряд» и в строке «Значения Х» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям Vадс, при Т=303К, в строке «Значения Y» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям ε при Т=303К, в строке «Имя» введите Т=303К. Аналогично введите экспериментальные данные при других температурах, для этого: в поле «Ряд» нажмите «Добавить». В строке «Значения Х» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям Vадс, при Т=313К, в строке «Значения Y» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям ε при Т=313К, в строке «Имя» введите Т=313К. Продолжите аналогичные действия для Т=330К, нажмите кнопку «Далее». В появившемся окне в закладке «Заголовки» введите соответствующие параметры диаграммы:
«Название диаграммы» – Характеристическая кривая;
«Ось Х (категорий)» – Адсорбционный объем, см 3 /г;
«Ось Y (категорий)» – Адсорбционный потенциал, Дж/моль, нажмите кнопки «Далее» и «Готово».
Поместите построенную диаграмму на имеющемся листе. Оформление диаграммы может быть совершенно произвольным. Вы можете добавить или убрать «Легенду», добавить или убрать «Линий сетки», добавить или убрать «Рамку», менять цвет и шрифт полей, маркеров, линий, подписей и т.д.
Из рисунка видно, что все рассчитанные при разных температурах точки, практически, легли на одну кривую, следовательно, характеристическая кривая действительно не зависит от температуры, индивидуальна и характерна для каждого адсорбента.
3. Рассчитайте минимальный и максимальный радиус пор при Т = 303 К по уравнению (4):
Для расчета введите в программу табличные данные зависимости поверхностного натяжения сернистого ангидрида от температуры (таблица 2, приложение 1):
Т, К | ||||
σ·10 3 , Дж/моль | 28,5 | 22,75 | 13,1 | 9,25 |
Поставьте курсор в ячейку для расчета минимального радиуса пор, нажмите «=», введите (2*выделите ячейку со значением поверхностного натяжения при Т=303К, нажмите *0,001, выделите ячейку со значением мольного объема, нажмите *0,000001)/, выделите ячейку с максимальным значением адсорбционного потенциала при Т=303К, нажмите «Enter».
Поставьте курсор в ячейку для расчета максимального радиуса пор, нажмите «=», введите (2*выделите ячейку со значением поверхностного натяжения при Т=303К, нажмите *0,001, выделите ячейку со значением мольного объема, нажмите *0,000001)/, выделите ячейку с минимальным значением адсорбционного потенциала при Т=303К, нажмите «Enter». Полученные значения округлите, используя пиктограмму «Уменьшить разрядность» .
Аналогичные действия выполните при других температурах.
Сохраните файл, нажав на пиктограмму . Назовите свой файл, используя «Сохранить как».
Расчетная часть
Цель работы:
1. Теоретически изучить процесс адсорбции на пористых сорбентах, используя потенциальную теорию Поляни.
2. Построить изотерму адсорбции сернистого ангидрида на силикагеле при различных температурах, рассчитать и построить характеристическую кривую, определить минимальный и максимальный радиус пор адсорбента.
Используемое оборудование:
1. Калькулятор, карандаш, линейка, миллиметровая бумага.
2. Компьютер с программным обеспечением Microsoft Office Excel.
3 Построение изотермы адсорбции
Построение изотермы адсорбции. Работа адорбции
Для процессов адсорбции Гиббс вывел уравнение адсорбции:
Уравнение связывает поверхностное натяжение s, количество адсорбированного вещества Г и концентрацию. Величину G= –(ds/dC) принято называть поверхностной активностью вещества. Тогда
Это уравнение позволяет по экспериментальной кривой изотермы поверхностного натяжения построить изотерму адсорбции, для чего в нескольких точках изотермы поверхностного натяжения проводят касательные и определяют tg угла наклона по отношению к оси абсцисс (С). Величина тангенса угла наклона соответствует величине –(ds/dC) в данной точке, т.е. поверхностной активности. А отрезок Z (в единицах поверхностного натяжения, эрг/см 2 ; дин/см 2 ; Дж/см 2 ) на оси ординат будет соответствовать произведению –С(ds/dC)=Z. Тогда
Таким образом, каждой точке на кривой поверхностного натяжения соответствует точка кривой изотеры адсорбции.
Используя экспериментальные данные по адсорбции бензола на графитированной термической саже при нескольких температурах:
1. Постройте три изотермы адсорбции.
2. Рассчитайте константы уравнения Лэнгмюра и удельную поверхность адсорбента ( ).
3. Рассчитайте интегральную теплоту адсорбции.
4. Для А=0,005 моль/кг; А=0,01 моль/кг; А=0,015 моль/кг постройте изостеры адсорбции по которым рассчитайте дифференциальную теплоту адсорбции. Проанализируйте полученные результаты.
Решение:
1. По экспериментальным данным строим три изотермы адсорбции бензола на графитированной саже:
Рис.5. Изотермы адсорбции:
1 – Т=293К; 2 – Т=303 К; 3 – Т=313 К.
2. Для построения изотермы Лэнгмюра в линейных координатах рассчитаем значения р/А для каждого значения р для трех температур. Рассчитанные данные занесем в таблицу:
По рассчитанным данным построим изотермы Лэнгмюра в линейных координатах при трех температурах:
Рис. 6. Изотермы адсорбции в линейных координатах:
1 – Т=293 К; 2 – Т=303 К; 3 – Т=313 К.
3. Графически рассчитываем константы уравнения Лэнгмюра, полученные данные заносим в таблицу:
Результаты расчета занесем в таблицу:
Из таблицы следует, что величина предельной адсорбции ( ) постоянна при разных температурах и зависит только от природы адсорбента и адсорбата. Константа адсорбционного равновесия К уменьшается с увеличением температуры.
4. Рассчитаем удельную поверхность адсорбента по уравнению (6):
5. Для расчета интегральной теплоты адсорбции построим график зависимости , предварительно составив таблицу:
Рис.7. Линейная зависимость ln К от обратной температуры.
Рассчитаем тангенс угла наклона прямой и интегральную теплоту адсорбции по уравнению (9):
Таким образом, процесс адсорбции бензола на графитированной термической саже идет с выделением тепла (экзотермический процесс).
6. Для построения трех изостер адсорбции при А=0,005 моль/кг; А=0,010 моль/кг; А=0,015 моль/кг проведем к изотермам адсорбции (рис.5) три линии, параллельные оси абсцисс. Составим таблицу зависимости давления от температуры при постоянной величине адсорбции:
Рис. 8. Изотермы адсорбции:
1 – Т=293К; 2 – Т=303 К; 3 – Т=313 К.
Построим три изостеры адсорбции для А=0,005 моль/кг; А=0,010 моль/кг и А=0,015 моль/кг.
Рис. 9. Изостеры адсорбции:
1 – А=0,015 моль/кг; 2 – А=0,010 моль/кг и 3 – А=0,005 моль/кг.
7. Для расчета изостерической дифференциальной теплоты адсорбции построим график в координатах для различных значений адсорбции. Предварительно составив таблицу:
Рис.10. Линейная зависимость ln р от обратной температуры:
1 - А=0,015 моль/кг; 2 - А=0,010 моль/кг; 3 - А=0,005 моль/кг.
Рассчитаем тангенсы углов наклона полученных прямых и дифференциальные теплоты адсорбции для А=0,005 моль/кг; А=0,010 моль/кг и А=0,015 моль/кг по уравнению (11):
Из полученных результатов следует, что изостерическая теплота адсорбции слабо зависит от степени заполнения поверхности. Это свидетельствует о том, что поверхность адсорбента (графитированной сажи) достаточно однородна. Рассчитанные значения qA свидетельствуют о том, что адсорбция бензола на графитированной термической саже обусловлена, в основном, физическими силами.
2. Вычислите предельный объем пор адсорбата, используя в расчетах точки кривой адсорбции.
3. Используя экспериментальные точки кривой десорбции газа, рассчитайте и постройте интегральную и дифференциальную кривые распределения пор по размерам. Определите основной размер пор данного адсорбента. Проанализируйте полученные результаты.
Решение:
1. Откройте Microsoft Office Excel. Введите исходные данные, согласно своему варианту.
2. По экспериментальным данным построите изотермы адсорбции и десорбции гексана на силикагеле. Для этого:
1. Выделите значения р/pS и Аадс.
и нажмите пиктограмму . В открывшемся окне выберете тип «Точечная» и нажмите кнопку «Далее». В открывшемся окне перейдите на закладку «Ряд» и в строке «Значения Х» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям р/pS, в строке «Значения Y» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям Аадс, в строке «Имя» введите «Адсорбция». Аналогично введите экспериментальные данные для процесса десорбции, для этого: в поле «Ряд» нажмите «Добавить». В строке «Значения Х» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям р/pS, в строке «Значения Y» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям Адес, в строке «Имя» введите «Десорбция», нажмите кнопку «Далее». В появившемся окне в закладке «Заголовки» введите соответствующие параметры диаграммы:
«Название диаграммы» – Изотермы адсорбции и десорбции;
«Ось Y (категорий)» – А, моль/кг, нажмите кнопки «Далее» и «Готово».
Поместите построенную диаграмму на имеющемся листе, например:
Оформление диаграммы может быть совершенно произвольным. Вы можете добавить или убрать «Легенду», добавить или убрать «Линий сетки», добавить или убрать «Рамку», менять цвет и шрифт полей, маркеров, линий, подписей и т.д.
2. Расчет адсорбционного потенциала.
а) Рассчитайте адсорбционный потенциал адсорбата для относительного давления р/рS =0,15 по уравнению (7):
Для расчета адсорбционного потенциала введите исходные значения р/pS, за исключением р/pS=0. Поставьте курсор в ячейку для расчета адсорбционного потенциала для р/pS=0,15, нажмите «=», введите 8,314*293*(ln 1/выделите поле значения р/pS=0,15), нажмите «Enter». Выделите рассчитанное значение адсорбционного потенциала, переведите курсор в нижний правый угол выделенной ячейки (внизу появится черный крестик), зафиксируйте мышку нажатием левой кнопки и, не отпуская ее, «растяните» формулу вниз на другие ячейки ε, произойдет автоматический расчет. Полученные значения округлите, используя пиктограмму «Уменьшить разрядность» .
3. Расчет адсорбционного объема.
б) Рассчитайте адсорбционный объем ( ) по уравнению (6). Расчет ведем по изотерме адсорбции Аадс=0,55 моль/кг.
Для расчета адсорбционного объема по изотерме адсорбции введите исходные значения Аадс, за исключением Аадс =0. Поставьте курсор в ячейку для расчета адсорбционного объема для Аадс =0,55, нажмите «=», выделите поле значения Аадс =0,55, введите *130,4*0,000001 (значение мольного объема адсорбата), нажмите «Enter». Выделите рассчитанное значение адсорбционного объема, переведите курсор в нижний правый угол выделенной ячейки (внизу появится черный крестик), зафиксируйте мышку нажатием левой кнопки и, не отпуская ее, «растяните» формулу вниз на другие ячейки Vадс, произойдет автоматический расчет адсорбционного объема. Полученные значения округлите, используя пиктограмму «Уменьшить разрядность» .
в) Прологарифмируем полученные значения .
Поставьте курсор в ячейку для расчета для Vадс =0,00007172, нажмите «=», введите ln (выделите поле значения Vадс =0,00007172), нажмите «Enter». Выделите рассчитанное значение , переведите курсор в нижний правый угол выделенной ячейки (внизу появится черный крестик), зафиксируйте мышку нажатием левой кнопки и, не отпуская ее, «растяните» формулу вниз на другие ячейки , произойдет автоматический расчет. Полученные значения округлите, используя пиктограмму «Уменьшить разрядность» .
Г) Построение линейной зависимости .
1. Выделите значения
и нажмите пиктограмму . В открывшемся окне выберете тип «Точечная» и нажмите кнопку «Далее». В открывшемся окне перейдите на закладку «Ряд» и в строке «Значения Х» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям ε, в строке «Значения Y» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям , нажмите кнопку «Далее». В появившемся окне в закладке «Заголовки» введите соответствующие параметры диаграммы:
«Ось Х (категорий)» – Адсорбционный потенциал;
«Ось Y (категорий)» – , нажмите кнопки «Далее» и «Готово».
Поместите построенную диаграмму на имеющемся листе. Оформление диаграммы может быть совершенно произвольным. Вы можете добавить или убрать «Легенду», добавить или убрать «Линий сетки», добавить или убрать «Рамку», менять цвет и шрифт полей, маркеров, линий, подписей и т.д.
Так как построенная диаграмма должна представлять собой прямую, то необходимо «Добавить линию тренда», для этого: поставьте курсор на один из цветовых маркеров и нажмите правую кнопку мышки, появится поле «Формат рядов данных». В этом поле нажмите «Добавить линию тренда», тип «Линейная», перейдите в закладку «Параметры» и поставьте галочку в поле «Показывать уравнение на диаграмме». Программа автоматически рассчитает уравнение прямой и покажет его на диаграмме.
Из уравнения прямой следует, что , следовательно, предельный объем пор силикагеля составляет: .
3. Расчет адсорбционного объема по изотерме десорбции гексана.
Расчет ведем по уравнениям (6) для Адес = 0,55 моль/кг:
Для расчета адсорбционного объема по изотерме десорбции введите исходные значения Адес, за исключением Адес=0. Поставьте курсор в ячейку для расчета адсорбционного объема для Адес=0,55, нажмите «=», выделите поле значения Адес=0,55, введите *130,4*0,000001 (значение мольного объема адсорбата), нажмите «Enter».
Выделите рассчитанное значение адсорбционного объема, переведите курсор в нижний правый угол выделенной ячейки (внизу появится черный крестик), зафиксируйте мышку нажатием левой кнопки и, не отпуская ее, «растяните» формулу вниз на другие ячейки Vдес, произойдет автоматический расчет адсорбционного объема. Полученные значения округлите, используя пиктограмму «Уменьшить разрядность» .
4. Расчет радиуса пор силикагеля по уравнению (10). Например, для ε = 4621 Дж/моль:
Поставьте курсор в ячейку для расчета радиуса пор, нажмите «=», введите (2*18,42*0,001 (значение поверхностного натяжения) *130,4*0,000001 (значение мольного объема))/, выделите ячейку со адсорбционного потенциала ε = 4621, нажмите «Enter».
Выделите рассчитанное значение радиуса поры, переведите курсор в нижний правый угол выделенной ячейки (внизу появится черный крестик), зафиксируйте мышку нажатием левой кнопки и, не отпуская ее, «растяните» формулу вниз на другие ячейки r, м, произойдет автоматический расчет радиуса пор для остальных значений адсорбционного потенциала. Полученные значения округлите, используя пиктограмму «Уменьшить разрядность» .
5. Построение интегральной кривой распределения пор по размерам по изотерме десорбции.
По экспериментальным данным постройте интегральную кривую распределения пор по размерам по изотерме десорбции. Для этого:
1. Выделите значения Vдес
и нажмите пиктограмму . В открывшемся окне выберете тип «Точечная» и нажмите кнопку «Далее». В открывшемся окне перейдите на закладку «Ряд» и в строке «Значения Х» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям r, м; в строке «Значения Y» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям Vдес, нажмите кнопку «Далее». В появившемся окне в закладке «Заголовки» введите соответствующие параметры диаграммы:
«Название диаграммы» - Интегральная кривая распределения пор по размерам;
«Ось Х (категорий)» - r, м.
«Ось Y (категорий)» - Vдес, м 3 /кг, нажмите кнопки «Далее» и «Готово».
Поместите построенную диаграмму на имеющемся листе. Оформление диаграммы может быть совершенно произвольным. Вы можете добавить или убрать «Легенду», добавить или убрать «Линий сетки», добавить или убрать «Рамку», менять цвет и шрифт полей, маркеров, линий, подписей и т.д.
4. Построение дифференциальной кривой распределения пор по размерам.
Для построения дифференциальной кривой распределения пор по размерам продифференцируем интегральную кривую распределения.
Введите в свободные столбцы значения радиуса пор, для этого выделите рассчитанные значения r, нажмите пиктограмму «Копировать», выделите столбец, в которых необходимо вставить данные, нажмите правую кнопку мыши, нажмите «Специальная вставка» поле «Значения». Программа вставит только рассчитанные значения радиуса пор.
Аналогично вставьте значения Vдес.
Расчет Δr. Поставьте курсор в ячейку для расчета, нажмите «=», выделите ячейку с предыдущим значением r, поставьте «-», выделите ячейку с последующим значением r, нажмите «Enter».
Выделите рассчитанное значение Δr, переведите курсор в нижний правый угол выделенной ячейки (внизу появится черный крестик), зафиксируйте мышку нажатием левой кнопки и, не отпуская ее, «растяните» формулу вниз на другие ячейки Δr, произойдет автоматический расчет. Полученные значения округлите, используя пиктограмму «Уменьшить разрядность» .
Расчет ΔV. Поставьте курсор в ячейку для расчета, нажмите «=», выделите ячейку с предыдущим значением V, поставьте «-», выделите ячейку с последующим значением V, нажмите «Enter».
Выделите рассчитанное значение ΔV, переведите курсор в нижний правый угол выделенной ячейки (внизу появится черный крестик), зафиксируйте мышку нажатием левой кнопки и, не отпуская ее, «растяните» формулу вниз на другие ячейки ΔV, произойдет автоматический расчет. Полученные значения округлите, используя пиктограмму «Уменьшить разрядность» .
Расчет ΔV/Δr. Поставьте курсор в ячейку для расчета, нажмите «=», выделите ячейку со значением ΔV, поставьте «/», выделите ячейку со значением Δr, нажмите «Enter».
Выделите рассчитанное значение ΔV/Δr, переведите курсор в нижний правый угол выделенной ячейки (внизу появится черный крестик), зафиксируйте мышку нажатием левой кнопки и, не отпуская ее, «растяните» формулу вниз на другие ячейки ΔV/Δr, произойдет автоматический расчет. Полученные значения округлите, используя пиктограмму «Уменьшить разрядность» .
Расчет rср. Поставьте курсор в ячейку для расчета, нажмите «=(», выделите ячейку с предыдущим значением r, поставьте «+», выделите ячейку с последующим значением r)/2, нажмите «Enter».
Выделите рассчитанное значение rср, переведите курсор в нижний правый угол выделенной ячейки (внизу появится черный крестик), зафиксируйте мышку нажатием левой кнопки и, не отпуская ее, «растяните» формулу вниз на другие ячейки rср, произойдет автоматический расчет. Полученные значения округлите, используя пиктограмму «Уменьшить разрядность» .
Используя экспериментальные данные по адсорбции бензола на графитированной термической саже при нескольких температурах:
1. Постройте три изотермы адсорбции.
2. Рассчитайте константы уравнения Лэнгмюра и удельную поверхность адсорбента ( ).
3. Рассчитайте интегральную теплоту адсорбции.
4. Для А=0,005 моль/кг; А=0,01 моль/кг; А=0,015 моль/кг постройте изостеры адсорбции по которым рассчитайте дифференциальную теплоту адсорбции. Проанализируйте полученные результаты.
Решение:
1. Откройте Excel. Введите в таблицы исходные данные, согласно своему варианту при трех разных температурах.
Исходные данные
моль/кг
моль/кг
моль/кг
По экспериментальным данным постройте изотермы адсорбции бензола на графитированной термической саже при различных температурах. Для этого выделите значения А(293)
и нажмите пиктограмму . В открывшемся окне выберете тип «Точечная» и нажмите кнопку «Далее». В открывшемся окне перейдите на закладку «Ряд» и в строке «Значения Х» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям р, Па; в строке «Значения Y» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям А(293), в строке «Имя» введите «А(293), моль/кг». Аналогично введите экспериментальные данные значений адсорбции при других температурах. Для этого в поле «Ряд» нажмите «Добавить», в строке «Значения Х» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям р, Па; в строке «Значения Y» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям А(303); в строке «Имя» введите «А(303), моль/кг». Продолжите аналогичные действия для значений адсорбции А(313); нажмите кнопку «Далее». В появившемся окне в закладке «Заголовки» введите соответствующие параметры диаграммы:
«Название диаграммы» – Изотермы адсорбции Лэнгмюра при различных температурах;
«Ось Х (категорий)» – р, Па;
«Ось Y (категорий)» – А, моль/кг; нажмите кнопки «Далее» и «Готово».
Поместите построенную диаграмму на имеющемся листе.
Оформление диаграммы может быть совершенно произвольным. Вы можете добавить или убрать «Легенду», добавить или убрать «Линий сетки», добавить или убрать «Рамку», менять цвет и шрифт полей, маркеров, линий, подписей и т.д.
Из диаграммы следует, что с повышением температура адсорбция уменьшается.
2. Для построения изотермы Лэнгмюра в линейных координатах скопируйте на свободное поле исходные значения давлений р, Па. В ячейке для расчета р/А(293) нажмите «=», выделите поле значения р=29 нажмите «/», выделите ячейку со значением А(293)=0,0199, нажмите «Enter».
Выделите рассчитанное значение р/А(293), переведите курсор в нижний правый угол выделенной ячейки (внизу появится черный крестик), зафиксируйте мышку нажатием левой кнопки и, не отпуская ее, «растяните» формулу вниз на другие ячейки р/А(293), произойдет автоматический расчет. Полученные значения округлите, используя пиктограмму «Уменьшить разрядность» . Аналогичные действия проведите для расчета р/А(303) и р/А(313).
р/А(293),
р/А(303),
р/А(313),
Па*кг/моль
Па*кг/моль
Па*кг/моль
По рассчитанным данным постройте изотермы Лэнгмюра в линейных координатах при трех разных температурах. Для этого выделите значения р, Па и р/А(293)
и нажмите пиктограмму . В открывшемся окне выберете тип «Точечная» и нажмите кнопку «Далее». В открывшемся окне перейдите на закладку «Ряд» и в строке «Значения Х» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям р, Па, в строке «Значения Y» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям р/А(293), в строке «Имя» введите «р/А(293)». Аналогично введите расчетные данные значений р/А при других температурах. Для этого в поле «Ряд» нажмите «Добавить», в строке «Значения Х» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям р, Па; в строке «Значения Y» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям р/А(303); в строке «Имя» введите «р/А(303)». Продолжите аналогичные действия для значений р/А(313); нажмите кнопку «Далее». В появившемся окне в закладке «Заголовки» введите соответствующие параметры диаграммы:
«Название диаграммы» – Изотермы адсорбции Лэнгмюра в линейных координатах при различных температурах;
«Ось Х (категорий)» – р, Па;
«Ось Y (категорий)» – р/А, Па*кг/моль; нажмите кнопки «Далее» и «Готово».
Поместите построенные изотермы на имеющемся листе. Оформление диаграммы может быть совершенно произвольным. Вы можете добавить или убрать «Легенду», добавить или убрать «Линий сетки», добавить или убрать «Рамку», менять цвет и шрифт полей, маркеров, линий, подписей и т.д.
Так как построенные изотермы должны представлять собой прямые, то необходимо к каждой изотерме «Добавить линию тренда». Для этого поставьте курсор на один из цветовых маркеров и нажмите правую кнопку мышки, появится поле «Формат рядов данных». В этом поле нажмите «Добавить линию тренда», тип «Линейная», перейдите в закладку «Параметры» и поставьте галочку в поле «Показывать уравнение на диаграмме». Программа автоматически рассчитает уравнение прямой и покажет его на диаграмме. Аналогичные действия выполните для остальных прямых.
3. Рассчитайте константы уравнения Лэнгмюра, используя полученное уравнение прямой. Согласно уравнению прямой , величины а и b соответственно будут равны:
В следующем столбце рассчитайте значения предельной адсорбции при Т = 293 К
Для этого в ячейке для расчета А∞ нажмите «=1/», выделите поле значения b = 15,51, нажмите «Enter».
Выделите рассчитанное значение А∞, переведите курсор в нижний правый угол выделенной ячейки (внизу появится черный крестик), зафиксируйте мышку нажатием левой кнопки и, не отпуская ее, «растяните» формулу вниз на другие ячейки А∞, произойдет автоматический расчет. Полученные значения округлите, используя пиктограмму «Уменьшить разрядность» .
Рассчитайте значения константы адсорбционного равновесия К при Т = 293 К
В ячейке для расчета К нажмите «=», нажмите 1/, выделите поле значения а=1006, нажмите «*», выделите поле значения А∞=0,064, нажмите «Enter».
Выделите рассчитанное значение К, переведите курсор в нижний правый угол выделенной ячейки (внизу появится черный крестик), зафиксируйте мышку нажатием левой кнопки и, не отпуская ее, «растяните» формулу вниз на другие ячейки К, произойдет автоматический расчет. Полученные значения округлите, используя пиктограмму «Уменьшить разрядность» .
Расчет констант уравнения Лэнгмюра
Из таблицы следует, что величина предельной адсорбции ( ) постоянна при разных температурах и зависит только от природы адсорбента и адсорбата. Константа адсорбционного равновесия (К) с увеличением температуры уменьшается, что говорит о том, что с увеличением температуры возрастает скорость десорбции.
4. Рассчитайте удельную поверхность адсорбента по уравнению (6):
5. Расчет интегральной теплоты адсорбции.
Для расчета интегральной теплоты адсорбции необходимо построить график зависимости , предварительно составив таблицу.
Расчет 1/Т. Скопируйте на свободное поле значения Т, К. В следующем столбце рассчитайте значения 1/Т. Для этого выделите ячейку для расчета, нажмите «=», нажмите «1/», выделите ячейку со значением Т=293, нажмите «Enter».
Выделите рассчитанное значение 1/Т, переведите курсор в нижний правый угол выделенной ячейки (внизу появится черный крестик), зафиксируйте мышку нажатием левой кнопки и, не отпуская ее, «растяните» формулу вниз на другие ячейки 1/Т, произойдет автоматический расчет. Полученные значения округлите, используя пиктограмму «Уменьшить разрядность» .
.Расчет ln К. В следующем столбце скопируйте значения константы адсорбционного равновесия К при помощи «Специальной вставки». Для этого выделите рассчитанные значения К, нажмите пиктограмму «Копировать», выделите столбец, в которых необходимо вставить данные, нажмите правую кнопку мыши, нажмите «Специальная вставка» поле «Значения». Программа вставит только рассчитанные значения К
Поставьте курсор в ячейку для расчета нажмите «=», введите ln (выделите ячейку со значением K=0,0154), нажмите «Enter».
Выделите рассчитанное значение ln К, переведите курсор в нижний правый угол выделенной ячейки (внизу появится черный крестик), зафиксируйте мышку нажатием левой кнопки и, не отпуская ее, «растяните» формулу вниз на другие ячейки ln К, произойдет автоматический расчет. Полученные значения округлите, используя пиктограмму «Уменьшить разрядность» .
Расчет интегральной теплоты адсорбции
Для построение линейной зависимости lnК от обратной температуры выделите значения ln К
и нажмите пиктограмму . В открывшемся окне выберете тип «Точечная» и нажмите кнопку «Далее». В открывшемся окне перейдите на закладку «Ряд» и в строке «Значения Х» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям 1/Т, в строке «Значения Y» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям ln К; нажмите «Далее». В появившемся окне в закладке «Заголовки» введите соответствующие параметры диаграммы:
«Название диаграммы» – Линейная зависимость ln К от обратной температуры;
«Ось Х (категорий)» – 1/Т;
«Ось Y (категорий)» – ln К; нажмите «Далее» и «Готово».
Поместите построенную диаграмму на имеющемся листе. Оформление диаграммы может быть совершенно произвольным. Вы можете добавить или убрать «Легенду», добавить или убрать «Линий сетки», добавить или убрать «Рамку», менять цвет и шрифт полей, маркеров, линий, подписей и т.д.
Так как построенная зависимость должна представлять собой прямую, то необходимо «Добавить линию тренда», для этого: поставьте курсор на один из цветовых маркеров и нажмите правую кнопку мышки, появится поле «Формат рядов данных». В этом поле нажмите «Добавить линию тренда», тип «Линейная», перейдите в закладку «Параметры» и поставьте галочку в поле «Показывать уравнение на диаграмме». Программа автоматически рассчитает уравнение прямой и покажет его на диаграмме.
Согласно уравнению прямой , величина .
Рассчитайте интегральную теплоту адсорбции по уравнению (9):
Таким образом, процесс адсорбции бензола на графитированной термической саже идет с выделением тепла (экзотермический процесс).
6. Построение изостер адсорбции.
Для построения трех изостер адсорбции при А=0,005 моль/кг; А=0,010 моль/кг; А=0,015 моль/кг проведите к изотермам адсорбции три линии, параллельные оси абсцисс. Для этого скопируйте на свободное поле исходные значения р, Па
В соседних ячейках введите значения адсорбции 0,005; 0,01; и 0,015 моль/кг для всех значений р:
А, моль/кг
Скопируйте на свободное поле ранее построенную диаграмму «Изотермы адсорбции Лэнгмюра при различных температурах», выделите скопированную диаграмму, нажмите правую кнопку мышки, в появившемся окне нажмите «Исходные данные», перейдите на закладку «Ряд», нажмите «Добавить» и в строке «Значения Х» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям р, Па; в строке «Значения Y» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям А=0,005 моль/кг. Продолжите аналогичные действия для значений адсорбции А=0,010 моль/кг (в строке «Значения Х» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям р, Па; в строке «Значения Y» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям А=0,01 моль/кг) и А=0,015 моль/кг (в строке «Значения Х» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям р, Па; в строке «Значения Y» введите диапазон ячеек, соответствующие значениям А=0,015 моль/кг), нажмите «ОК». На диаграмме появятся три линии, параллельные оси абсцисс. Выделите эти линии (сделайте их ярче, если это необходимо).
Для того, чтобы более точно найти значения температуры и давления при постоянных величинах адсорбции необходимо к диаграмме добавить линии сетки. Для этого выделите скопированную диаграмму, нажмите правую кнопку мышки, в появившемся окне нажмите «Параметры диаграммы», перейдите на закладку «Линии сетки» и поставьте галочки рядом со словами основные и промежуточные линии для осей Х и Y. По необходимости уменьшите цену основных и промежуточных делений для осей Х и Y. Для этого выделите ость абсцисс, щелкните правой кнопкой мыши, нажмите «Формат оси», перейдите на закладку «Шкала», в поле цена основных и промежуточных делений поставьте необходимые цифры, нажмите «ОК». Аналогичные действия проделайте для оси ординат.
Найдите (вручную) координаты точек пересечения изотерм адсорбции с построенными прямыми, например:
Читайте также: