ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Промышленные адсорбенты и их основные характеристики из "Основные процессы и аппараты химической технологии Кн.1" Промышленными адсорбентами являются пористые твердые тела, имеющие большую удельную поверхность, т. е. величину поверхности, приходящуюся на единицу массы (м /г) или единицу объема (м /см ) адсорбента. По размеру пор различают микро-, переходные и макропоры. Микропоры имеют эффективные радиусы в пределах от 0,5 до 1,5 нм (соизмеримые с молекулами адсорбируемых веществ). Те же размеры имеют обычно простенки между соседними порами, поэтому все молекулы адсорбента и поглощенного вещества во всем пространстве микропор находятся во взаимодействии. Так как процесс адсорбции сводится к заполнению микропор адсорбатом, то основным параметром является их объем. Переходные поры (эффективные радиусы от 1,5—200 нм) представляют собой как бы каналы, транспортирующие адсорбируемое вещество к микропо-рам. В этих порах адсорбционные силы проявляются не во всем объеме, а лишь на небольшом расстоянии от стенок, поэтому характеристическими параметрами являются, помимо объема, удельная поверхность пор (м г) и их распределение по размерам. Макропоры (эффективные радиусы выше 200 нм) имеют очень небольшую удельную поверхность (порядка 0,5—2 м г), поэтому адсорбцией на их поверхности можно пренебречь они играют роль подводящих каналов к переходным порам и микропорам. Относительные объемы и удельные поверхности каждого из трех указанных видов пор обусловлены природой адсорбента. В зависимости от преобладания того или иного вида пор различают адсорбенты микропористые, переходно-пористые и макропористые. [c.614] Важнейшей характеристикой адсорбентов является их а к-тивность, или адсорбционная способность, выражающая предельное количество вещества, которое может поглотить единица массы или объема адсорбента а (в г/г или г/см ). Иногда а выражают в % (масс.). Как уже отмечалось, величина а зависит от типа адсорбента, его пористой структуры, природы поглощаемого вещества, концентрации с (в случае газов и паров —от парциального давления р) и температуры Т. [c.614] По аналогии с растворимостью газов в жидкостях, адсорбционная способность при р = onst снижается с повышением температуры. Таким образом, для каждой данной системы адсорбент— адсорбтив при равновесии имеем а = f Т, С или р). [c.614] Так как газовая адсорбция экзотермична, то на практике процесс протекает не при Т = onst, а в некотором интервале температур. В связи с этим для инженерных расчетов необходимо располагать сеткой изотерм а,%(тсс.) в ожидаемом диапазоне рабочих температур (рис. XIII-1). Эта сетка изотерм требуется также для определения режима десорбции, осуществляемой путем нагревания насыщенного адсорбента, поскольку его активность падает с ростом температуры. [c.615] Химическая активация углей производится путем их обработки солями (карбонатами, сульфатами, нитратами) или минеральными кислотами (азотной, серной, фосфорной) при температурах 200—650 °С. Широко применяют обработку угля горячими растворами солей, в процессе которой целлюлоза переходит в раствор, а из угля выделяется высокодисперсный углерод, образуя при этом микропористую структуру. Название углей включает реагент, используемый для активации например, уголь хлорцинковой активации . Как правило, угли, полученные способом химической активации, имеют более однородную структуру, чем полученные парогазовой активацией. [c.616] Применяемые в промышленности сорта активных углей обозначают марками, характеризующими активную удельную поверхность (м%), адсорбционную способность (г/г пли г/см ), плотность и размер зерен. Истинная плотность углей колеблется в пределах 1,9—2,2 г/см , а гравиметрическая н кажущаяся 0,2— 0,9 г/см — в зависимостп от размера зерен. Теплоемкость сухого угля равна 0,84 кДж/(кг-К), его теплопроводность 0,17—0,28 Вт/(м-К). Адсорбционная удельная поверхность активных углей составляет 600—1700 м /г. [c.616] Активные угли применяют в виде зерен неправильной формы размером от 1 до 7 мм, в виде цилиндров диаметром 2—3 мм и высотой 4—6 мм, а также в виде порошка с размером частиц менее 0,15 мм (исключительно для жидкостей). В зависимости от назначения различают активные угли газовые (преимущественно для адсорбции плохо поглощающихся газов и паров), рекуперацион-ные (для адсорбции паров из их смесей с газами), контактные (в качестве катализаторов химических реакций) и осветляющие (для адсорбции относительно крупных молекул и микросуспензий из жидких сред). Первые два вида углей отличаются большим объемом микропор, а последний вид —развитой переходной пористостью. [c.616] Активные угли гидрофобны, поэтому они успешно применяются для адсорбции паров органических веществ и воды из газовых смесей. Недостатком активных углей является их горй-честь в воздухе они возгораются при температуре около 300 °С. Угольная пыль возгорается при температуре около 200 °С, а при ее концентрации 17—24 г/см образует с кислородом воздуха взрывчатую смесь. [c.616] Среди минеральных адсорбентов наибольшее распространение получил силикагель, представляющий собой гидратированный гель кремневой кислоты (8102, пНзО). Последний получают действием серной кислоты (иногда соляной) или растворов солей, имеющих кислую реакцию, на раствор силиката натрия. [c.616] Выделяющийся гель после промывки водой сушат до конечной влажности 5—7%, при которой достигается наибольшая адсорбционная способность. Силикагель отличается однородностью и равномерным распределением пор, средние диаметры которых находятся в пределах от 1—1,5 до 5 нм. Нижний предел относится к мелкопористым, верхний — к крупнопористым, а промежуток между ними — к среднепористым. [c.617] Силикагель имеет корпускулярную структуру его поры образованы промежутками между частицами сферической формы. Следовательно, размеры пор и их объем зависят от размера и плотности упаковки элементарных частиц, а структура силикагеля косвенно характеризуется его кажущейся плотностью. Последняя составляет для микропористых силикагелей — 1,2—1,3, для среднепористых — 0,7—0,9 и для пористых —0,22—0,54 г/см истинная плотность их равна 2,25 г/см . Суммарный объем пор у мелкопористых силикагелей составляет 0,21—0,38, у среднепористых — 0,61—1,02 у крупнопористых— 1,25—4,05 см /г. Теплоемкость силикагелей в среднем равна 0,92 кДж/(кг-К), а теплопроводность— 0,11 кДж/(м-ч К). [c.617] В промышленности применяют силикагель кусковой (зерна неправильной формы) и гранулированный (зерна сферической и овальной рмы). По размерам зерен первые подразделяются на четыре фракции (2,7—7,0 1,5—3,5 0,25— 2,0 0,2—0,5 мм), а гранулированные — иа две фракции (2,7—7,0 и 1—3,5 мм). Первые фракции называются крупнозернистыми, средние — шихтой, а последние — мелкозернистыми. Марки силикаге.чей обозначают тремя буквами, из которых первая характеризует размер граиул, а последняя — размер пор КСМ— крупнозернистый силикагель микропористый ШСМ — шихта силикагель микропористый МСМ — мелкозернистый силикагель микропористый КСК — крупнозернистый силикагель крупнопористый аналогично расшифровываются марки МСК, МСС, ШСК, ШСМ, ШСС. [c.617] Силикагель является гидрофильным адсорбентом, причем поглощенная им влага уменьшает способность его поглощать пары других веществ и вызывает даже растрескивание зерен. Уменьшение растрескивания достигнуто в марках силикагеля, приготовленных с добавкой около 10% глинозема. Силикагель широко применяется для поглощения паров органических веществ и газов, поглощения влаги, осушки газов и др. [c.617] По сравнению с активными углями силикагель отличается значительно большей механической прочностью кроме того, он негорюч и регенерируется при сравнительно низкой температуре (110—200 °С), допуская при этом более высокий нагрев (до 600 °С). [c.617] Особое место среди адсорбентов занимают цеолиты — алюмосиликаты с общей химической формулой Мег/пО А12О3Х X ЗЮг-г/Н О где Ме — катион щелочного металла (На, К, Са), п —его валентность. Они отличаются регулярной структурой пор, заполненных при нормальных температурах водой, которая легко удаляется при нагревании, уступая освободившийся объем другим жидкостям или газам. Это позволяет использовать цеолиты для осушки и разделения веществ. Особенность цеолитов состоит в том, что их адсорбционные полости соединены между собой окнами определенного диаметра, пропускающими, естественно, только молекулы меньшего размера, но задерживающими более крупные. Благодаря способности разделения смесей, состоящих из молекул различных размеров, цеолиты получили название молекулярныхсит. [c.618] Цеолиты бывают природные (минералы — анальцит, бентонит, глауконит, натролит, шабазит и др.) и синтетические (искусственно полученные алюмосиликаты щелочных металлов) оба вида цеолитов имеют практически одинаковые строение и геометрическую структуру. По сравнению с природными, синтетические цеолиты отличаются большей кристаллографической чистотой. [c.618] Промышленность выпускает пять сортов цеолитов, имеющих двухзначное обозначение катион (К, Na, Са) и тип кристаллической решетки (А или X) КА, NaA, СаА, СаХ, NaX, Цеолит КА поглощает в значительных количествах только воду, NaA — большинство промышленных газов с диаметром молекул не более 0,4 нм, СаА — углеводороды и спирты нормального строения, цеолит ы X— подавляющее большинство компонентов сложных смесей. Для разделения жидких смесей цеолиты применяют в виде мелкокристаллического порошка, а цлн )азделения газовых смесей — в виде шариков или граиул размером от 1 до 5 мм. Ъследние, получают путем прессования порошка с добавкой связующего вещества, вызывающего, однако, некоторое понижение адсорбционной способности. [c.619] Насыпная плотность цеолитов составляет 0,53 г/см (плотность гидратированного кристалла 2 г/см ), их теплоемкость при 20—250 С равна 830— 1000 Дж/(кг-К), а теплопроводность при 50—500 С — 0,45—1,10 кДж/(м-ч-К). Средний адсорбционный объем цеолитов NaA равен 0,205 см /г, СаА—0,223, NaX и СаХ — 0,238-0,235 M /r. [c.619] Вернуться к основной статье