Өнеркәсіпті адсорбенттер.

1. Белсенді көмірлер

Белсенді көсірлердің алынуы.

Белсенді көмірді өндіруде алдымен бастапқы материалды ауа енгізусіз термиялық өңдеуден өткізеді, нәтежесінде одан ұшатындар (ылғал мен шайыр бөлшектері) жойылады. Түзілген көмір- шикізат құрылымы – ірі ұсақ тесікті, бірақ микротесіктерсіз, сондықтан өнеркәсіпті адсорбент ретінде тікелей қолданыла алмайды. Өрнекті микротесікті құрылым алу мәселесі активациялау үрдісінде шешіледі, оны екі негізгі әдістермен жүргізеді: газбен немесе бумен қышқылдандырумен немесе химиялық реагенттермен өңдеу. Бу газды активтендіру кезінде басқа реагенттерге қарағанда су буы мен көміртек диоесиді жиірек қолданылады. Көміртек диоксиді қатысқан үрдісті шамамен 900°С температурада жүргізеді. Бұл кезде көмір бөлігі жанып кетеді.

С+СО₂→2СО

Көміртекдиоксидімен көміртектің реакциясы эндотермиялық болатындықтан, жүйеге жылуды үздіксіз беру керек. Активациялауда жанып кеткен көмір үлесін жану дәрежесі дейді. Ұсақтесікті көмірлер жанудың 50% дәрежесінде түзіледі. Жану дәрежесінің 50-75% шегінде жеткілікті дамыған микро- және макроқұрылымды әртекті тесікті белсенді көмірлерді алады, ал 75% жоғарыда – макротесікті көмірлерді.

Қышқылдандырушы ретінде кейде су буын қолданады. Ол 850°С температурада жүреді:

С+Н₂О→СО+Н₂ – 130кДж

Жанама экзотермиялық реакция паралель жүреді:

СО+ Н₂О→ СО₂+ Н₂+42кДж

Бумен көмір реакциясы сілтілік металдардың карбонаттарымен және оксидтермен катализденеді. Сондықтан, белсенді көмірлер өндіруде бастапқы шикізатқа кейде аз мөлшерде қосады. Үрдіс катализаторы сонымен бірге мыс пен темір қосылыстары бола алады.

Ауамен немесе оттегіқұрамды газдармен активация реакцияларыжүреді

С+ О₂→ СО₂+376кДж

2С+ О₂→СО+227кДж

сирек қолданылады.

Активацияның басқа түрі көмірді тұздармен өңдеуге негізделген. Химиялық активтенумен алынған көмірлерді қолданылған реагентке сәйкес атайды, мысалы:«хлорцинкті активтену көмірі». Химиялық активтендіруді 200-650°С кезінде жүргізеді. Әр реагенттердің өз артықшылықтары мен кемшіліктері бар. Күкірт қышқылымен өңдеуді 200°С жоғары емес температурада жүргізеді, сілтіден айырудан кейін алынған көмір құрғак күйде мәнсіз адсорбциялық қабілетке ие. Фосфор қышқылымен активтеуде 375-500°С температурада шектері қажет, бұл жағдайларда аппаратура коррозиясымен байланысты мәселелер туындайды. Цинк хлоридімен активациялар 550-650°Скезінде жүреді. Әдістің кемшілігі көмірдің цинк тұздары ізімен кейбір ластануы болады. Активаторлар ретінде кейде магний, темір, аммоний хлоридтерін, калий тиоционатын, натрий карбонатын т. б. қолданады.

Химиялық активациялау үрдістерін-сіңіру коэффициенті сипаттайды-құрғақ бастапқы материал салмағына сусыз активатор салмағының қатынасымен.

Активті көмір түрлері.

Активті көмірлер көлемі мен формасы бойынша түйіршіктелген (гранулданған) және ұнтақтәрізді болып бөлінеді. Түйіршіктелген көмірлер әдетте 5мм цилиндрлер түрінде, оның биіктігі диаметрінен әрқашан көп. Олар көінесе газды фазада технологиялық ағыстарды бөлу мен тазалауда адсорбенттің стационарлы қабатымен қондырғыларда қолданылады. Салмақ ауыстыру интенсивтілігін ұлғайту үшін, түйіршіктелген көмірді(ТК) кейде ұсақтайды, артынан торлаудан тар фракциялар алады, мысалы: 0,15-0,25, 0,25-0,55, 0,55-1,65, 1,65-2,35 және 2,35-4,70мм. Бөлінген көмірлерді адсорбциялық үрдістердің барлық нұсқаларында қолданады: адсорбенттің тұрақты немесе қозғалмалынемесе, стационарлы қабатымен, газды, сұйық фазаларда үрдісті жүргізгенде.

Ұнтақтәрізді көмірлер 0,15мм аз көлемді бөлшектерден тұрады. Оларды сұйық фазада заттарды тазалауға ғана қолданады. Көмірдің орташа физикалық қасиеттерінің кейбіреуі төменде берілген:

Белгіленуі бойынша көмірлер газды, рекуперациялы, жарықтандырушы болып бөлінеді. Әр түр тесіктердің өзіне тән құрылымымен ерекшеленеді.

Газды көмірлер (ГК) газдарда аз концентрацияларда қатысатын салыстырмалы нашар сорбталатын құрамдарды (мысалы, этилен) немесе буларды ұстауға арналған. Сонымен бірге бұл сұрып көмірлері молекулалардың кішігірім көлемімен заттар қоспаларынан суды тазартуға да қолдануы мүмкін, негізінен ауыз суын дезодорациялауға, бұрғылау суларынан иодты алу т.б. ГК микротесіктердің үлкен көлеміне, изотермияның жоғары тіктігіне ие (яғни құрылымды константаның β кіші мәніне ) және адсорбент бидай дәндері ішіне адсорбат диффузиясының жеткілікті интенсивтілігін қамтитын біркелкі дамыған мезотесікке ие.

2.Силикагелдер

Силкогелдерді алудың әртүрлі әдістері белгілі: сілтілік металдардың силикаттарынан минералды қышқылдармен аморфты кремнезем тұндырылуымен, жеңіл гидролизденуші тұздармен сілтілік металдар силикаттары араласуымен; кремнийдің галогенді қосылыстары гидролизімен, кремний тетрахлориді немесе кремний-органикалық қосылыстардың термиялық таралуымен. Бірақ әлемдегі силикагелдерді өндірістік алудың барлығы бұл әдістердің біріншісіне негізделген. Силикагелді алу үшін кремнийқұрамды шикізат натрийдің қатты силикаты (силикат-глыба) болса, ми нералды қышқыл ретінде күкірт қышқылын қолданады.

Na₂O*2SiO₂+H₂SO₄=3SiO₂+H₂O+Na₂SO₄

Силикогелдерді өндірістік алу екі қағидалы әртүрлі бағыттарда жүреді: силикогелді түйіршіктелген өндірісі және бөліктік өндірісі. Бөліктік силикогел өндірісінде гелтүзуші ерітінділерді алынған күл қышқыл реакцияға ие болып, қысқа мерзімде қатпауы үшін қатынастарға салыстырмалы төмен концентрацияларда құяды. Ондай күлді мұқият гомогенездеп, гель түзілгенше тыныш қалдырады. Гелді бөліктерге бөліп, бөліктерде шаяды, артынан кептіреді, бөліп, қажет фракцияларға сүзеді.

Түйіршіктелген силикагелдер кең таралған. Бұл технология бойынша бидай дәнді 1,0-7,5мм көлеміндегі шарикті сидикогель алады. Осындай фракционды құрам өнімі адсорбенттің тұрақты қабатымен үрдістер талаптарын қанағаттандырады. Фракциялы құрамды реттей отырып шарикті силикогелдің таралу фракцияларын алады(мысалы,1,0-2,5, 2,0-4,0 немесе 3,0-5,0 мм). Бұл калоннада май тұтқырлығы немесе формаланған калоннада орналасқан конустағы науашалар саны өзгеруімен қамтылады.

Өндірістік силикогел түрлері.

Кәзіргі кезде шығарылатын силикагелдер: бөліктік және түйіршіктелген силикогелдері хроматография мен зерттеу жұмыстарына арналған силикогелдер жиынтығы. Силикогелдің тұрмыстық мұздатқыштарға арналғаны да жасалған, бірақ ол NaА-2МШ түрдегі шарикті цеолитпен ауысты.

Түйіршікті құрамына, бөлшектер түрі мен тесіктік сипаттамаларына сәйкес силикогельдерді төрт әріптермен көрсетеді. 1-түйіршік көлемін көрсетеді, 2-(әрқашан С) –силикагелді, 3-тесіктер көлемі, соңғысы-бөлшектер форфасы. Сонымен, ұсақтесікті түйіршіктелген ірі силикогелді КСМГ десе, ұсақтесікті бөлікті ұсақ силикогель-МСМК. Силикогелдердің орташа фракцияларын «шихта» деп, белгіленуі: ШСМК, ШСКГ немеме ШСМГ. Индикаторлы силикогель-ШСМГ типті, кобальттұздарымен жұтылған ұвақтесікті силикогель. Орта ылғалдылығына байланысты ол түсін ашық-көгілдірден қызғылтқа дейін өзгертеді.

3. Синтетикалық цеолиттер.

Байланыстырушымен түйіршіктелген цеолиттер алу.

Оның қағидалы сызбасы 11.3 суретте берілген.(СУРЕТ). Цеолиттердің натрийлы формасын алу үшін шикізат-силикат-глыба, алюминий гидроксиді және натрий гидроксиді болады. Алюминий гидроксидін едкий натр ерітіндісі қайнап жатқанда ерітіп, араластырып, осылайша натрий алюминатының жұмыс ерітіндісін алады. Силикат-глыбаны өткір бумен қатты пысырып, артынан сұйық шыны ерітіндісін қажетті концентрация алу үшін сумен араластырады.

А мен Х типті цеолиттерді алудағы технологиялық регламентте негізгі ерекшелік кристалдау сатысының температуралық тәртібінде ғана емес, гидрогель жасау шарттарында да байланысты. NaХ цеолит гидрогелі сілтімен кремний оксидінің салыстырмалы жоғары құрамымен ерекшеленуі керек. Кристалдау алдындағы гидрогелдегі молдік SiO2: Al2O3 қатынас А1,7-1,9 цеолит алуда құрса, Х2,4-4,0 цеолит алуда Na2O: Al2O3 молдік қатынас сәйкесті түрде 2,3-2,5 және 2,7-5,2 құрады.

Түйіршіктеуде цеолитке қосымша, екіншілей тесіктің құратын байланыстырушыны қосады. Цеолит қолданылатын үрдіске байланысты байланыстырушы сапасына әртүрлі талаптар қойылады. Байланыстырушы бетіндегі адсорбция арнайы емес, әдетте байланыстырушының үлестік беті 10м²/г аспауына тырысады. Байланыстырушы ретінле көбінесе саз қолданылады. Жеңіл полимерленуші өнімдер өңдеуге ұшыраған жағдайда, байланыстырушы каталикті белсенді емес болуы керек; ондай байланыстырушыға қырымдық кил мен цемент жатады.

Байланыстырушыны енгізу адсорбенттің тепе-теңдік қабілетін азайтады, жағдайлар қатарында цеолидтің кинетикалық қасиеттері нашарлануына әкеледі. Осыған байланысты кристалдар агломераттарға қосылатын цеолиттер алу ойы туындады.

Өндірістік көлемде табиғи шикізат – каолин негізде байланыстырушысыз шарикті цеолит NaА алу әдісі жүзеге асқан. Оның қағидалы технологиялық сызбасы бойынша: каолин айналдыратын пеште аморфтауға ұшырап, отыннан оған түтін газдары түсеті. Бұл кезде түзілетін метакаолинді шарды диірменде ұсақтайды. SiO₂: Al₂O₃ қатынасы метакаолинде А типті цеолиттердегі бұл құрамдардың қатынасына сәйкес келеді. Ұнтақтәрізді метакаолинді натрий гидрооксиді ерітіндісімен араластырып, түзілген пастаны машина көмегімен сфералық түйіршіктерге формалайды. Түйіршіктер аппаратта кептіруде қатайып, артынан сыйымдылықтан насоспен берілетін ыстық сілтілік ерітінді қабаты арқылы айналу кезінде аппаратта 6 кристалдануға ұшырайды.

Байланыстырушысыз цеолидтер физикалық қасиеттері бойынша кәдімгі цеолидтерге жақын, бірақ механикалық беріктілігі бойынша олардың артық кристаллит грандарымен түзілген екіншілік тесіктердің белсенді беті болуы микротесіктерге адсорбат молекулаларының көлік жылдамдығын мәнді ұлғайтуға мүмкіндік береді. Осының арқасында байланыстырушысыз цеолиттер сұйық фазалық технологиялық үрдістерде, ең алдымен сұйықтарды кептіруде жиі қолданылады.

Бақылау сұрақтары:

1. Өнеркәсіпті адсорбенттердің жіктелуі.

2. Белсенді көмірлерді алу әдістері.

3. Сорбенттін адсорбциялық сыйымдылығы.

4. Цеолиттын түрлері және алу жолдары.

Дәріс №8