ВКР (1203106), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Цеолиты - «молекулярные сита». Этот термин очень удачно описывает способность поверхности кристалла выступать в роли сита, сквозь которое во внутрикристаллические полости и каналы могут проникать молекулы только определенной формы и размера

Поскольку цеолиты обладают упорядоченной системой внутренних пор, адсорбция на них описывается изотермой I типа по классификации Брунауэра или изотермой Ленгмюра. В этом отношении адсорбция газов и паров на цеолитах является более простой, чем на менее упорядоченных аморфных твердых телах.

Объемное заполнение внутрикристаллических полостей и каналов цеолитов показывает, что, хотя во многих случаях заполнение пор подчиняется правилу Гурвича, имеются и исключения, вызываемые взаимодействием молекул некоторых адсорбатов с кристаллами цеолитов.

Обычные представления об удельной поверхности твердых тел неприменимы к микропористым кристаллам цеолитов, так как адсорбция на них происходит с заполнением всего объема полостей. Удельную поверхность цеолита, измеренную экспериментально, можно рассматривать только как величину, характеризующую адсорбцию данного адсорбата в данных условиях. Термин «монослойный эквивалент», иногда применяемый для выражения адсорбционной емкости цеолитов, определяет площадь, которую заняли бы все молекулы, заполняющие внутрикристаллический свободный объем, если бы они расположились в виде плотного монослоя.

Многие ученые пытались сравнить экспериментальные данные по адсорбции с величиной удельной поверхности, вычисленной из геометрических размеров полостей. К сожалению, все эти попытки оказались неудачными . В то же время предельная величина адсорбции, вычисленная с использованием правила заполнения пор, хорошо согласуется с измеренными значениями.

В цеолитах адсорбционное поле распространяется на весь свободный внутренний объем. Размеры микропор составляют всего несколько молекулярных диаметров, в результате чего потенциальные поля противоположных стенок перекрываются, а изотермы адсорбции приобретают прямоугольную форму. Для такой изотермы характерен длинный горизонтальный участок, пересекающий ось под углом приблизительно 90°.

Изотермы адсорбции на кристаллических цеолитах не имеют гистерезиса, характерного для изотерм адсорбции на аморфных микропористых адсорбентах. Адсорбция и десорбция полностью обратимы, так что десорбционная ветвь изотермы совпадает с адсорбционной.

В промышленных процессах разделения цеолиты используются в виде таблеток, содержащих наряду с основным веществом необходимое

количество инертного связующего. В процессе аггломерации в таблетках образуются макропоры, в которых при больших относительных давлениях адсорбата может происходить капиллярная конденсация.

В промышленных цеолитных адсорбентах диффузия вглубь происходит по макропорам. Основная часть адсорбционной емкости приходится на внутрикристаллический объем, а на внешней поверхности кристаллов цеолита адсорбируется около 1 % вещества. Большие каналы, по которым происходит диффузия внутри кристалла, образованы полостями одинакового размера, соединяющимися через окна, или в некоторых случаях системой параллельных цилиндрических каналов. Стенки каналов, составляющие внутреннюю поверхность, образованы ионами кислорода каркаса. В определенных местах на этих стенках расположены катионы, заряд которых зависит от их координации или экранирования ионами кислорода решетки.

Высокая селективность цеолитных адсорбентов объясняется главным образом двумя следующими причинами:

Цеолиты адсорбируют только те молекулы, которые по размерам и конфигурации соответствуют размерам окон каркаса цеолита. (При таком упрощенном рассмотрении атомы в молекулах и атомы кислорода каркаса цеолита принимаются за твердые сферы.)

большей селективности адсорбции молекул способствуют некоторые определенные свойства молекул, в частности постоянный дипольный момент.

1.4 Выбор адсорбента

Основная технологическая задача состоит в правильности выбора поглотителя для очистки водородсодержащего газа от сероводорода, следствием чего является качество получаемого газа, металло- и энергоемкость установок, состояние окружающей среды на промышленных объектах, а также возможность дальнейшего использование очищенного газа. Основное значение имеет подбор поглотителя для установок очистки водородсодержащих газов от кислых компонентов. Независимо от способов очистки газа поглотители должны отвечать ряду следующих требований:

высокая поглотительная емкость по кислым компонентам в широком интервале их парциального давления в газе;

нейтральные свойства по отношению к углеводородам и ингибиторам, применяемым при добыче и промысловой обработке газов;

низкая коррозионная активность;

высокая устойчивость против окисления и термического разложения (низкие скорости старения);

высокая устойчивость к побочным реакциям с различными примесями;

хорошая регенерация;

низкая стоимость;

безопасность для человека.

В таблице 1.1 показаны адсорбенты наиболее распространенные на рынке.

Таблица 1.1 – Характеристики различных адсорбентов

Окончание таблицы 1.1

Анализируя характеристики представленных адсорбентов, выбираем адсорбент марки РПС-33.

1.5 Аппаратное оформление процесса адсорбции

Процесс адсорбции может проводиться в следующих условиях:

1) на неподвижном слое адсорбента;

2) на движущемся слое адсорбента;

3) псевдоожиженном слое адсорбента.

Адсорберы с неподвижным слоем адсорбента представляют собой вертикальные либо горизонтальные пустотелые аппараты, заполненные слоем зернистого адсорбента.

Жидкая или газовая смесь пропускается через слои адсорбента, обычно сверху вниз. Цикл адсорбции заканчивается после почти полного использования поглотительной способности адсорбента, на что указывает проскок адсорбируемого вещества. Затем через адсорбент пропускают вытесняющий агент (растворитель, водяной пар и другие), который вытесняет адсорбированное вещество с поверхности адсорбента. Иногда этого бывает недостаточно. Например, при адсорбционной очистке масел, парафина часть смолистых веществ остается на поверхности адсорбента после вытеснения. Тогда адсорбент требует дополнительной регенерации путем выжига смолистых отложений, для чего его необходимо выгружать и регенерировать в отдельном аппарате.

1 – холодильник; 2 - адсорбционная секции; 3 - фракционирующаи секция; 4 -

секции пропаривания; 5 - секции отпарки; 6 - ввод водного пара;

7 - питатель; 8 - воздуходувка пневмотранспорта.

I - сырье; II - отходящий газ; III - боковой поток; IV - продукт.

Рисунок 1 - Адсорбер с движущимся слоем адсорбента

Адсорберы с движущимся слоем адсорбента также применяются для адсорбционного разделения газов и жидкостей. И отличие от адсорберов со стационарным слоем адсорбента здесь процесс адсорбции и десорбции ведется непрерывно, а аппарат состоит из двух частей - адсорбера и десорбера, причем эти аппараты нередко совмещаются в общем корпусе. На рисунке 1 приведена схема адсорбера для разделения углеводородных газов.

В качестве адсорбента применяется гранулированный активированный уголь. Подъем адсорбента осуществляется несколькими потоками но многоствольному пневмоподъемнику или сплошным слоем. Слой угля из разгрузителя пневмотранспорта проходит холодильник 1 для охлаждения и поступает в адсорбционную секцию 2. Сырье подается в среднюю часть адсорбционной секции 2 через распределительную тарелку и поднимается вверх в противотоке с движущимся вниз адсорбентом. Неадсорбированный газ выводится через верхний коллектор. Движущийся вниз уголь нагревается за счет теплоты адсорбции.

В секцию отпарки (десорбер) 5 через штуцер 6 подается водяной пар для вытеснения поглощенных компонентов с поверхности угля. Десорбер обогревается каким-либо теплоносителем. Десорбированные компоненты вместе с парами воды выводятся через коллектор из верхней части десорбера. В нижней части колонны имеется устройство для регулирования скорости циркуляции слоя угля. Уголь с низа колонны поступает на пневмотранспорт. В псевдоожиженном слое процесс адсорбции значительно интенсифицируется благодаря улучшению процесса массопередачи адсорбируемого вещества из объема к поверхности адсорбента, а также благодаря уменьшению размера зерен адсорбента. Однако в общем кипящем слое вследствие интенсивного перемешивания выравниваются концентрации адсорбируемого вещества в слое и уменьшается движущая сила процесса.

Характеристики

Список файлов ВКР