3.8 Методика определения предельных адсорбционных емкостей адсорбентов по углекислому газу, парам воды, н-гептана и бензолу

Метод основан на определении величины полного насыщения адсорбента парами адсорбата (воды, углекислого газа, н-гептана или бензола) в стандартных условиях испытания (при 20-25 ⁰С).

Подготовка к испытанию

От пробы адсорбента отбирали навеску массой 2-3 г, помещали в тигель и прокаливали в муфельной печи при температуре 450-500 ⁰С в течении 3-х часов. При температуре не ниже 300 ⁰С катализатор выгружали в пробирку, плотно закрывали резиновой пробкой и охлаждали до комнатной температуры.

Проведение испытания

Перед испытанием верхний слой адсорбента из пробирки ссыпали. В предварительно взвешенные бюксы с хорошо притёртыми крышками брали по 2 навески катализатора в количестве 0,1-0,3 г, взвешенные с погрешностью не более 0,002 г (насыпают в бюкс тонким слоем).

Все операции по пересыпки адсорбента и взвешиванию производили быстро, сразу плотно закрывая бюксы и пробирку во избежание частичной дезактивации цеолита за счёт поглощения влаги из воздуха.

Бюксы с навесками без крышек ставили на подставки в эксикаторы, после чего эксикаторы плотно закрывали крышкой.

Для определения адсорбционной емкости по воде А(Н₂О), одновременно в эксикатор с кислотой ставили бюкс с 2-3 см³ дистиллированной воды. После испытания в бюксе должно оставаться несколько капель воды.

Для определения адсорбционной емкости по н-С₇Н₁₆ А(н-C₇H₁₆) или С₆Н₆ А(C₆H₆) заполняли эксикатор раствором (смесь, содержащую – 50 % н-гептана и 50% вазелинового масла или 50 % бензола и 50 % вазелинового масла) до уровня на 10 мм ниже фарфоровой поставки (200 см³).

Для определения адсорбционной емкости по углекислому газу А(CO₂), через эксикатор продували калиброванную смесь газообразного СО₂ и инертного газа. Содержание газообразного СО₂ в смеси с гелием составляло 70,0 %об. и 0,03 %об. Навески адсорбента выдерживали в эксикаторе не менее 18-ти часов при (23±4) ⁰С, после чего бюксы закрывали крышками взвешивали с погрешностью не более 0,0002 г.

Обработка результатов

А(Н₂О), А(CO₂), А(C₆H₆) и А(н-C₇H₁₆) мг/г, рассчитывали по формуле:

A=С/M

где С – изменение массы навески образца за испытание в мг.;

M – масса навески прокаленного образца до испытания, в г.;

Расхождение между результатами параллельных определений не должно превышать 0,02 мг/г.

3.9 Методика определения адсорбционной активности по парам воды

Подготовка к испытанию

Подготовку цеолита производили на установке, схема которой приведена на рис. 6. Цеолит загружали в предварительно взвешенный пустой адсорбер с хорошо подогнанными резиновыми пробками. Загрузку производили с помощью загрузочной воронки постепенно, при тщательном уплотнении каждой засыпаемой порции. Загруженный цеолитом адсорбер помещали в электропечь и входной штуцер его соединяли при помощи резинового шланга с системой осушки воздуха, которая состоит из игольчатого вентиля, патрона для очистки воздуха от механических примесей, зажима, реометра, кранов, патрона с осушителем и медной трубки.

1- вентиль игольчатый; 2- патрон для очистки воздуха; 3- зажимы; 4- реометры; 5- 3-х ходовые краны; 6- патрон с осушителем; 7- 2-х ходовые краны; 8- медная трубка; 9- резиновые шланги; 10- электропечь; 11- термопара; 12- потенциометр; 13- адсорбер с цеолитом.

Рис. 6 - Схема установки для подготовки цеолита к испытанию

В качестве осушителя применяли формованный цеолит NаА или NаХ, предварительно термообработанный при 450 ⁰С в муфельной или трубчатой печи. Объём загруженного осушителя 150 см³ (диаметр 25 мм, высота 300 мм).

Осушенный в патроне до точки росы не выше минус 70 ⁰С метан, проходил через адсорбер с испытуемым цеолитом и сбрасывался в атмосферу.

Регенерацию цеолита проводили при следующих постоянных условиях: температура регенерации – 350-400 ⁰С; время регенерации – 4-5 ч с момента достижения температуры в печи по термопаре; скорость продувки - 0,1-0,2 дм³/(мин.см²).

Температуру в печи регулировали автоматически с помощью термопары и потенциометра. По окончании регенерации поток сухого воздуха прекращали, адсорбер закрывали резиновыми пробками, выгружали из печи, охлаждали до комнатной температуры и заполняли воздухом, для чего на 1-2 сек. открывали входной штуцер и взвешивали с погрешностью до второго десятичного знака.

Проведение испытания

Определение динамической ёмкости по парам воды проводили на лабораторной установке, схема которой приведена на рисунке 2.7. Природный газ из баллона через патрон, заполненный активированным углем для очистки газа от механических примесей и капелек масла, реометр и газовый счётчик поступал в систему предварительного увлажнения и отделения капельной влаги. Склянку Дрекселя помещали в водяную баню, в которой с помощью термометра поддерживали температуру 15-20 ⁰С для получения в парогазовой смеси заданного влагосодержания (13-15) мг/дм³ влаги. Увлажнённый газ поступал в адсорбер через трёхходовой кран. Осушенный газ посредством трёхходового крана и зажима делили на 2 потока: 1 поток 1 дм³/мин, поступающий по медной трубке на прибор ПТР для определения точки росы, который затем через реометр сбрасывали в атмосферу через зажим.

Прибор ПТР состоял из стеклянной колбы, в которую через резиновую пробку вставляли медный стержень с зеркальцем. Зеркальную поверхность получали шлифовкой и многократной полировкой и хромированием медной поверхности зеркальца. Снизу в углубление, не доходящее до поверхности зеркальца на 0,5-1,0 мм, припаивали медь - константановую термопару, которую через резиновую пробку выводили к потенциометру, градуированному на комнатную температуру.

Определение динамической ёмкости проводили при следующих постоянных условиях испытания: диаметр адсорбера – 25 мм; длина слоя цеолита – 300 мм; скорость парогазовой смеси - 1,200,02 дм³/(мин.см²); концентрация влаги - 13-15 мг/дм³; температура парогазовой смеси - комнатная (233) ⁰С; слой - не изолирован.

Адсорбер с дегидратированным цеолитом, подключали к кранам, подсоединяя вначале входной штуцер, а затем выходной. Устанавливали температуру водяной бани 15-20 ⁰С. При открытом в атмосферу кране перед адсорбером устанавливали заданную скорость парогазовой смеси. Открывали кран установленный после адсорбера так, чтобы газ, выходящий из адсорбера, делился на 2 потока: в атмосферу и на прибор ПТР. Направляли парогазовую смесь в адсорбер. С момента переключения крана на адсорбцию записывали время начала испытания и показание газового счётчика. Через 60 мин. от начала испытания опускали стержень зеркала в сосуд Дьюара с жидким азотом, предварительно зеркальце протирали этиловым спиртом, записывая время выпадения росы и показание потенциометра. Такое определение точки росы делали каждые 20 мин. в течение следующего часа и далее определение вели непрерывно через каждые 4-5 мин. При достижении точки росы минус 70 ⁰С испытание прекращали, адсорбер отсоединяли, закрывали пробками и взвешивали с точностью до второго десятичного знака.

Обработка результатов

По ходу проведения испытания, полученные данные сводили в таблицу, в которую вносили время определения точки росы, время от начала испытания в минутах и точку росы в ⁰С.

Динамическую емкость вычисляли по формулам:

D(H₂O)=(M₁*H)/M;

D₁(H₂O)=(M₄-K)*H/M;

где D(H₂O) -динамическая емкость, мг/см³, в случае если в момент прекращения испытания температура конденсации (точка росы) равна минус 70 ⁰С;

D₁(H₂O)-динамическая емкость, мг/см³, в случае если в момент прекращения испытания температура конденсации (точка росы) была выше минус 70 ⁰С;

М - масса цеолита, мг;

М₁ - привес адсорбированной влаги за время испытания до точки росы минус 70⁰С;

М₄ - привес адсорбированной влаги за время испытания до точки росы выше минус 70 ⁰С;

Н - насыпная плотность цеолита, мг/см³ ;

К - поправка на привес адсорбированной влаги, мг.

М = М₂ – М₀; М₁ = М₃ – М₂

где М₀ - масса адсорбера без цеолита, мг;

М₂ - масса адсорбера с цеолитом до испытания, мг;

М₃ - масса адсорбера с цеолитом после испытания, мг

К = У*С * (Т – Т₁)

где У - скорость паровоздушной смеси, дм³/мин;

С - концентрация паров воды в парогазовой смеси, мг/дм³ ;

Т - время защитного действия до точки росы выше минус 70 ⁰С мин;

Т₁ - время защитного действия до точки росы минус 70 ⁰С, мин.

У=Р/Т; С=М₄/Р;

Р - объем пропущенной парогазовой смеси, дм³;

Для определения Т₁ строили график, для чего на оси абсцисс откладывали время от начала испытания в минутах, а на оси ординат - температуру точки росы в ⁰С. По точке пересечения полученной кривой с линией параллельной оси абсцисс, отвечающей точке росы минус 70 ⁰С, определяли время, соответствующее осушке воздуха при точке росы минус 70 ⁰С.

За результат испытания принимали среднее арифметическое результатов двух последовательных определений, абсолютное расхождение между которыми не превышает 7 мг/см³.