Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Технология сорбентов из растительного сырья. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 98 9 > Следующая >>>

картриджем, позволяющим очищать жидкость с любым уровнем загрязнения.

У фильтров со сменным картриджем есть стандартные технические характеристики: их ресурс составляет 5 000 л (если используется жидкость стандартного типа), максимально такой прибор производит 60 л/ч, а срок работы нового картриджа не превышает 8 месяцев, вне зависимости от того, какое количество жидкости он перерабатывает ежедневно.

Каждый из картриджей имеет свою основную функцию и применяется для очистки жидкостей разной степени загрязнения из разных источников. Картриджи можно разделить на четыре типа: цеолитовые; угольные; шунгитовые; сорбент.

В зависимости от типа воды и источника, из которого она добывается, используют картриджи разного уровня плотности и мощности.

Основными элементами, составляющими картридж, являются природный цеолит и древесный активированный уголь.

Природный цеолит представляет собой минерал, по структуре напоминающий губку. У него имеются поры, равные диаметру атомов химических элементов, присутствие которых в питьевой воде крайне нежелательно. Он в совокупности с древесным углем очищает жидкость от вредных, в том числе и радиоактивных, веществ, нитратов, сернистых и хлористых соединений, а также снижает до допустимого уровня присутствие железа, фосфора, олова, мышьяка и других металлов.

Кроме того, цеолит имеет свойство извлекать из вредных веществ ионы и с их помощью наделять воду полезными свойствами. Благодаря цеолиту жидкость очищается и становится полезной, а благодаря древесному углю у нее появляется мягкий приятный вкус.

Древесный уголь, используемый для изготовления фильтров, подвергается специальной обработке: его пропитывают азотнокислым серебром, которое уже довольно давно используют в медицине для обезвреживания и борьбы с вредными микробами. Пропуская воду сквозь пропитанный этим веществом уголь, устройство очищает ее, делает прозрачной и вкусной.

Нормативы качества воды. Качество воды определяется целым рядом показателей (содержание тех или иных примесей), предельно допустимые значения которых задаются соответствующими нормативными документами. Согласно действующим нормативам питьевая вода (и водопроводная в том числе) должна быть безопасна

в эпидемиологическом, радиационном отношении, безвредна по химическому составу, должна иметь определенные органолептические свойства.

Поэтому каждый потребитель/ поставщик воды должен иметь представление о том, какие требования предъявляются к качеству воды.

Требования к качеству питьевой воды нормируются СанПиН 2.1.4.1074–01 (прил. 2).

2.3. О

ЧИСТКА И СТАБИЛИЗАЦИЯ ПОЧВ

Основными загрязнителями почв и грунтов являются различные органические и неорганические соединения. К органическим загрязняющим соединениям относятся в основном гербициды, пестициды, дефолианты, галоген- , серо- и азотсодержащие соединения, а также нефтепродукты. Неорганические загрязнители представлены ионами металлов и анионами минеральных кислот.

Анализ структуры гербицидов показывает, что данные соединения должны хорошо сорбироваться активными углями. Адсорбция гербицидов достаточно исследована и подтверждает преимущество активных углей перед другими адсорбентами. Адсорбент в этом случае выполняет функцию детоксиканта почвы от гербицидов или протектанта растений, защищая их от фитотоксичного действия гербицидов.

Закономерности очистки почв менее изучены по сравнению с очисткой воды в связи с большой структурной и функциональной сложностью почв. Почва представляет собой адсорбционно-активную систему, однако в связи с тем, что удельная поверхность и пористая структура материалов, входящих в ее состав, недостаточно развиты, применение активных углей позволяет извлечь гербициды из грунтов и почв.

Методы введения активных углей в почву различны. Может быть использовано сплошное покрытие почвы, локальное внесение, а также применяться дражирование посевного материала. Сплошное покрытие поверхности почвы используется при значительном ее загрязнении и дает возможность полностью очистить почву от фитотоксикантов. Обычно такая обработка производится с помощью авиации. Локальное внесение детоксиканта-протектанта предусматривает нанесение на поверхность почвы суспензии активированного угля

в местах внесения в почву посевного материала. Как правило, при этом используется водная суспензия активированного угля с диаметром частиц менее 0,25 мм, а для внесения ее в почву применяются сельскохозяйственные машины. При дражировании семян используются смеси активированного угля с различными водорастворимыми связующими, такими как поливиниловый спирт, полиакриламид, метилцеллюлоза, масла и т. п. Расход активного угля при использовании метода дражирования, или опудривания семян, составляет 1–2 кг/га. Локальное внесение суспензии увеличивает расход активного угля до 50…300 кг/га, а сплошная обработка – до 600 кг/га и выше.

Максимальными поглотительными свойствами по гербицидам обладают активные угли с развитым объемом микропор. Объем и удельная поверхность переходных пор при этом не оказывают значительного влияния. Оптимальное значение характеристической энергии адсорбции варьируется в зависимости от вида гербицида.

Для защиты растений от сельскохозяйственных гербицидов также возможно использование активных углей из материалов, являющихся отходами некоторых производств. Например, возможно получение активных углей из лигнина, многотоннажного отхода гидролизных производств. При этом оптимальная поглотительная способность угля по гербицидам достигается при обгаре, равном 25 %, при следующих характеристиках пористой структуры: VS = 1,00 см3/г;

Vми = 0,19 см3/г; Vме = 0,10 см3/г.

Адсорбционный метод очистки почв от гербицидов может быть использован для нейтрализации и более сильных гербицидов, таких, например, как пиклорам, боевой гербицид, разработанный в свое время в США для оснащения вооруженных сил страны. Адсорбционная способность отечественных активированных углей по пиклораму довольно высока и составляет следующие величины: БАУ – 21 мг/г; АР-3 – 35 мг/г; КАД-молотый – 64 мг/г; АГ-5 – 107 мг/г; СКТ-5 – 114 мг/г.

Пиклорам имеет следующую структурную формулу:

Введение в состав активного угля растворимой минеральной составляющей, включающей микроэлементы, такие как Mn, Cu, Co и др., дает возможность пролонгированно дозировать их в почву, обусловливая оптимальный режим усвоения микроэлементов культурными растениями. Активный уголь такого состава выполняет как функцию поглотителя гербицидов (с возможным каталитическим ускорением процесса их деструкции), так и функцию носителя каталитических добавок, способствующих деструкции, гербицидов и носителя микроэлементов, дозирующихся в почву. При дозе сельскохозяйственного гербицида 0,5…3,0 кг/га внесение в почву композиционного сорбирующего материала на основе активного угля в количестве 50…200 кг/га приводит к повышению массы плодов до 30 %.

Пролонгированное введение микроэлементов в прикорневую систему приводит к увеличению числа зерен в метелке риса на 5–10 %, количества стеблей на единицу площади – на 2–3 %, массы зерна – на 5–23 % и, как следствие, влечет за собой повышение урожая на 14–42 %.

При совместном использовании гербицидов и адсорбентов наблюдается повышение в культурных растениях хлорофилла на 2–9 %, каротина на 3–15 %, аскорбиновой кислоты на 30–60 %, азотистых веществ на 3–39 %, сахаров на 20–50 %.

Промышленностью страны выпускаются следующие марки активных углей для очистки почв: ОПАТУ, Агросорб-1, Агросорб-1Г. Данные угли имеют следующие характеристики:

– эффективны на почвах, угнетенных остатками пестицидов, позволяют получать экологически чистую продукцию растениеводства, восстанавливать плодородие почв и повышать урожайность;

– дают положительные результаты при решении задач нейтрализации передозировки пестицидов и ликвидации аварийных разливов пестицидных препаратов в местах заправки сельхозтехники, около мест хранения и т. д.;

– могут применяться для рекультивации почв в районах полигонов, различных гражданских и военных баз, мест хранения горючесмазочных материалов и т. д.

Углесорбционная детоксикация – наиболее надежный, универсальный и эффективный прием восстановления плодородия почв, загрязненных остатками пестицидов. При этом содержащийся в почвенном растворе токсикант переводится в недоступное для растений сорбированное состояние благодаря внесению в почву активного

угля с определенными свойствами. Доза активного угля колеблется от 50 до 500 кг/га.

К основным приемам использования Агросорба-1Г и ОПАТУ относятся: внесение в семенную борозду одновременно с высевом семян сельскохозяйственных культур и поверхностное нанесение с последующей заделкой на глубину 3…20 см. Агросорб-1 применяют в виде водной суспензии 1 : (10–15) путем поверхностного нанесения или обработки ею корневой системы рассадных культур.

1. Как производится очистка газов углеродными сорбентами от

паров органических соединений, оксидов серы и азота?

2. Дайте характеристику сорбентов для очистки газов.

3. Опишите процесс очистки углеродными сорбентами сточ-

ных вод.

4. Какие аппараты применяют для адсорбционной очистки

газов?

5. Приведите характеристики сорбентов для очистки воды.

Вопросы и задания для самоконтроля

3. НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТОВ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

3.1. П

РИМЕНЕНИЕ АППАРАТОВ ПСЕВДООЖИЖЖЕНОГО СЛОЯ

ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ СОРБЕНТОВ

В аппаратах псевдоожиженного слоя осуществляется контакт между развитой поверхностью дисперсной твердой фазы, собственно составляющей слой, и вертикальным потоком взвешивающего потока газа (реже капельной жидкости). Развитая поверхность контакта твердой и газовой фаз необходима для проведения процессов теплообмена, обжига, горения, сушки, каталитических процессов с участием дисперсных катализаторов, адсорбции и др.

По сравнению с другими аппаратами, в которых также происходит контакт дисперсной твердой и газовой (жидкой) фаз (чаще это аппараты с неподвижным фильтруемым слоем) аппараты с псевдоожиженным слоем обладают обычно следующими преимуществами:

– относительной простотой конструкции – чаще всего вертикальный аппарат прямоугольного или круглого сечения, обычно не имеет движущихся частей;

– практической изотермичностью всего объема, обеспечиваемой интенсивным перемешиванием дисперсной фазы, что весьма существенно для большинства процессов с выделением или поглощением теплоты;

– возможностью значительного повышения расхода взвешивающего газа без увеличения перепада давления на слое материала, что существенно ввиду ограниченности напоров, развиваемых вентиляторами большой производительности;

– текучестью слоя, что позволяет непрерывно выгружать дисперсный материал через простой патрубок.

Недостатки аппаратов с псевдоожиженным слоем дисперсного материала связаны с интенсивным перемешиванием в объеме слоя. К ним можно отнести:

– истирание недостаточно жестких материалов и эрозию внутренней поверхности самого аппарата и возможных дополнительных теплообменных поверхностей, размещаемых внутри слоя;

– возникновение электростатического заряда на поверхности псевдоожижаемых диэлектрических материалов;

– различное время пребывания отдельных порций дисперсного материала (его отдельных частиц) в объеме псевдоожиженного слоя, что приводит к различной степени обработки (нагрева, обжига, степени выгорания, высушивания, адсорбции, размеров образующихся гранул или кристаллов и др.) различных частей общего потока, выгружаемого из аппарата дисперсного материала.

Процесс псевдоожижения обеспечивает равномерную структуру псевдоожиженного слоя только при использовании в качестве псевдоожижающего агента капельных жидкостей. При псевдоожижении относительно легкими и маловязкими газами внутри слоя образуются газовые пузыри, внутри которых контакт дисперсного материала со сплошной средой практически отсутствует, что особенно существенно, например, для каталитических процессов, в которых важна степень химического превращения реакционной газовой смеси. При псевдоожижении мелких частиц (диаметром 1 мм и менее) часто не удается избежать образования каналов, что в еще большей степени ухудшает условия межфазного контактирования в слое. Наилучшими с точки зрения равномерности псевдоожижения являются монодисперные, округлые частицы с минимальной поверхностной адгезией (хорошей сыпучестью).

Классификация аппаратов с псевдоожиженным слоем чаще проводится по типу технологического процесса, происходящего между взвешивающей текучей средой и дисперсным материалом, т. е. по области использования этих аппаратов. При этом конструкции аппаратов различаются не слишком значительно. Наибольшим разнообразием отличаются такие аппараты для сушки влажных материалов.

Односекционные аппараты. Конструкция односекционного аппарата наиболее проста. Обычно это вертикальный аппарат, в нижней части которого расположена газораспределительная решетка; дисперсный материал, как правило, подается в верхней части аппарата; выгрузка материала производится либо с верхнего уровня слоя, либо из нижней, прирешеточной его зоны, чтобы крупные частицы или агломераты частиц не могли иметь длительного контакта с горячей решеткой. Возможна и одновременная выгрузка дисперсного материала с верхнего и нижнего уровней псевдоожиженного слоя.

В аппаратах такого рода круглого или прямоугольного сечения производятся самые разнообразные технологические процессы – от наиболее простых процессов нагревания (охлаждения) дисперсных материалов неизменной формы и размеров до наиболее сложных: организации устойчивого псевдоожижения процессов, гранулирования

и сушки пастообразных и жидких в исходном состоянии материалов. Поперечные размеры таких аппаратов достигают нескольких метров, высота псевдоожиженного слоя – до одного и более метров, а общая высота всей установки вместе со вспомогательным оборудованием – до 10 метров.

Аппараты прямоугольного сечения более компактны, но в них труднее организовывать равномерную подачу псевдоожижающего газа по сечению газораспределительной решетки (аппарата), что может приводить к нежелательному залеганию материала на решетке в угловых зонах рабочего объема псевдоожиженного слоя. Расширение поперечного сечения аппарата в надслоевом пространстве позволяет уменьшить унос мелких фракций материала и образующейся в результате истирания материала пыли.

Конструкции аппаратов с псевдоожиженным слоем незначительно варьируются в зависимости от вида и свойств псевдоожижаемых материалов. Наибольшей простотой обладают односекционные аппараты цилиндрической формы для проведения технологических процессов, в которых размеры псевдоожижаемых частиц не изменяются.

Во многих случаях для успешной реализации того или иного технологического процесса существенным является способ подачи исходного материала, особенно высоковлажного материала в аппараты для термической сушки.

Разновидностью аппаратов с псевдоожиженным слоем являются аппараты с фонтанирующим слоем дисперсного материала, которые имеют существенно уменьшенное по сравнению с сечением основной части аппарата сечение патрубка, подводящего газовый поток в нижнюю часть аппарата. Используются два основных вида аппаратов этого типа круглой формы (рис. 27): с постоянным по высоте сечением и увеличивающимся по ходу вертикального потока воздуха сечением аппарата.

Аппараты с фонтанирующим слоем могут иметь не только круглую, но и прямоугольную форму – это аппараты со щелевым подводом газа. Преимущество аппаратов щелевидной формы состоит в относительной простоте геометрического моделирования гидродинамического процесса; недостаток – в не всегда удовлетворительной равномерности фонтанирования по длине протяженной щели аппарата.

Характерная особенность способа организации взаимодействия дисперсного материала и газового потока в фонтанирующем слое состоит в более упорядоченном циркуляционном движении дисперсно-

го материала внутри аппарата между центральным фонтаном восходящего газового потока с относительно небольшим содержанием твердой фазы и периферийной зоной плотного, опускающегося вниз материала. При этом крупные частицы материала относительно длительное время пребывают в нижней части фонтана, в которой температура газа наиболее высокая, что в большинстве случаев благоприятно для процессов термической обработки полидисперсных материалов. Значительная площадь поперечного сечения верхней части аппарата позволяет снизить унос пыли и мелких фракций материала.

а б в

Рис. 27. Направления движения дисперсного материала

и взвешивающего агента в аппаратах с фонтанирующим слоем:

а – цилиндрической формы; б– конической формы; в – щелевой формы;

1 – направляющий козырек; / – подвод влажного и отвод высушенного

материала; // – подвод и отвод сушильного агента

Аппараты с фонтанирующим слоем используются преимущественно для термообработки крупнодисперсных материалов со значительным кинетическим сопротивлением проходящему внутри частиц процессу, при этом цикличность появления частиц в нижней высокотемпературной зоне не приводит к нежелательному перегреву материала ввиду относительно краткого времени пребывания частиц в высокотемпературной зоне центрального фонтана.

Угол конусности таких аппаратов обычно составляет 30...40°, а доля нижнего газоподводящего сечения по отношению к верхнему сечению аппарата не менее 10 %; высота слоя дисперсного материала

должна в 3 раза и более превышать диаметр газоподводящего штуцера; размер частиц фонтанирующего дисперсного материала обычно не должен быть менее 1...2 мм, что необходимо для устойчивого фонтанирования.

3.2. П

ОЛУЧЕНИЕ ЭНТЕРОСОРБЕНТОВ

Получение лигнинового сорбента. Метод относится к способу получения сорбентов из отходов химической переработки древесины, в частности лигнина, которые могут быть использованы в качестве сорбентов в медицине, ветеринарии, а также в пищевой и химической промышленности.

Во всех известных способах получения сорбентов из лигнина в качестве сырья используют гидролизный лигнин – побочный продукт жесткого кислотного гидролиза растительного сырья, содержащий остатки минеральных кислот и комплекс смолистых и лигногуминовых веществ.

Известен способ получения медицинского лигнина (полифепана) путем отмывки гидролизного лигнина от примесей обработкой 2%-м водным раствором щелочи при гидромодуле 2–3, температуре 70…100 ºС в течение 2–3 ч при перемешивании с последующими промывкой, сушкой и измельчением.

Недостатками данного способа являются многостадийность и длительность процесса щелочной обработки, которая необходима для удаления остатков минеральных кислот, смолистых и лигногуминовых веществ. Недостаток обусловлен использованием в качестве сырья гидролизного лигнина, имеющего крупнодисперсный фракционный состав из-под сцежи и требующего значительных расходов электроэнергии на размол, нагрев и поддержание температуры воднощелочной варки.

Известен способ получения энтеросорбента из лигнинсодержащего сырья, в качестве которого используют лигнин, являющийся побочным продуктом окислительной делигнификации опилок древесины в среде уксусная кислота – пероксид водорода и серная кислота в качестве катализатора. Сорбент, полученный каталитической окислительной делигнификацией опилок древесины, имеет размеры частиц менее 0,5 мм. Поэтому отпадает стадия дополнительного измельчения сырья. Кроме того, отличительным признаком этого способа служит обработка лигнина с целью удаления лигногуминовых и водорастворимых веществ 0,4%-м раствором бикарбоната натрия при комнатной

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 98 9 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]