Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 [ 91 ] 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225

ХАРАКТЕРИСТИКИ АДСОРБЕНТОВ

Для процесса адсорбционного разделения применяются преимущественно твердые пористые материалы с сильно развитой поверхностью пор. Удельная поверхность пор может составлять от 200 до

1700 м /г, а средний радиус пор от 2 до 100 А. Адсорбенты изготовляются в виде таблеток или шариков диаметром от 2 до 6 мм, а также порошков с размером частиц от 20 до 500 мкм.

В качестве адсорбентов используются активированный уголь, силика-гель, алюмосиликаты, цеолиты и др.

Цеолиты или молекулярные сита - синтетические или природные адсорбенты с регулярной структурой пор, представляющие собой алюмосиликаты натрия, калия или других элементов. Название произошло от сочетания двух греческих слов «цео» и «лит», т.е. «кипящие камни». Это объясняется тем, что заполняющая поры цеолитов вода при нагревании выделяется, т. е. цеолиты как бы «кипят».

Общая химическая формула Ме2/„0 • AI2O3 xSiOj уНгО, где Me - катион щелочного металла; п - его валентность. В качестве катионов в состав природных цеолитов обычно входят натрий, калий, кальций, реже магний, барий, стронций. Кристаллическая структура цеолитов образована тетраэдрами Si04 и AIO4. В качестве природных цеолитов используют различные минералы: содалит, шабазит, морденит, фожазит и др.

Синтетические цеолиты имеют строение и геометрическую структуру, аналогичные природным цеолитам. Аналогами фожазита являются синтетические цеолиты типа X и Y.

Различают синтетические цеолиты типов А, X и У.

Цеолиты типа А относятся к низкокремнистым формам: в них отношение 3102:А120з не превышает 2.

Цеолиты типа X имеют мольное отношение Si02:Al203, которое может изменяться от 2,2 до 3,3.

Цеолиты типа У характеризуются вышеупомянутым соотношением в пределах от 3,1 до 6. При увеличении этого показателя повышается кисло-тостойкость цеолитов. Размеры входных окон, определяющих избиратель-

ность цеолитов, изменяются от 3 до 9 А.

В табл. VIII. 1 приведены характеристики некоторых промышленных адсорбентов.

Важной характеристикой адсорбентов является их активность, или емкость а, под которой понимают массу адсорбированного вещества, приходящуюся на единицу массы адсорбента в условиях равновесия:

а=-,

где Ga - масса поглощенных компонентов; - масса адсорбента. Активность адсорбента различна по отношению к разным компонентам смеси. При выборе типа адсорбента большое значение имеет также сохранение активности при многоцикловой работе. Особенно существенен этот вопрос при проведении процесса адсорбции на установках непрерывного действия с движущимся или нсевдоожиженным слоем адсорбента, для ко-

Таблица VIII.l

Характеристики промышленных адсорбентов

Цеолиты характеризуются не сорбцией на поверхности, а объемным заполнением пор адсорбатом.

торых ЦИКЛЫ адсорбция - десорбция чередуются со значительно большей частотой, чем на установках периодического действия.

В процессах непрерывной адсорбции необходимо учитывать также механическую прочность адсорбентов. Основной причиной разрушения гранул адсорбента является истирание, хотя необходимо учитывать возможность раздавливания и влияние условий десорбции на растрескивание гранул. На истираемость, помимо природы адсорбента, влияют форма гранул, условия их транспорта внутри аппаратов установки и между ними, а также конструкция элементов установки, контактирующих с адсорбентом.

В адсорберах периодического действия также имеет место износ адсорбента в результате давления вышележащего слоя адсорбента и условий десорбции. Из этих соображений высоту насыпного слоя в периодических адсорберах принимают обычно не более 3 м.

ИЗОТЕРМА АДСОРБЦИИ

Равновесное состояние при адсорбции характеризуется изотермой адсорбции, она связывает количество адсорбированного единицей массы адсорбента вещества, т. е. активность (в массовых, мольных или объемных единицах) с концентрацией или парциальным давлением (в случае газовой фазы) компонента разделяемой смеси при данной температуре. Обычно изотермы адсорбции строят на основании экспериментальных данных.

На рис. VIII-1 приведены типичные изотермы адсорбции для двух температур. Из анализа этих кривых следует, что активность адсорбента возрастает с увеличением концентрации (или парциального давления) адсорбируемого компонента и с понижением температуры процесса.

Рис. VIII-1. Общий вид изотермы адсорбции при разных температурах

Для описания изотермы адсорбции наибольшее распространение получили:

уравнение Лэнгмюра

а = А,

1 + Ьс

и уравнение Фрейндлиха а = Ajc",

где а - активность (емкость) адсорбента; с - концентрация или парциальное давление адсорбируемого компонента; А,, А2, Ь, d - коэффициенты и показатель степени, зависящие от природы адсорбента и адсорбата, а также от температуры.

Одним из важных показателей, характеризующих процесс адсорбции и определяющих размеры адсорбционной аппаратуры, является скорость адсорбции.

В общем случае скорость процесса адсорбции определяется скоростями следующих основных стадий: 1) подвода вещества к поверхности зерен адсорбента - внешняя диффузия; 2) перемещения вещества внутри зерен по порам адсорбента - внутренняя диффузия; 3) собственно адсорбции.

Скорость процесса адсорбции обычно лимитируется скоростями внешней и внутренней диффузии или одной из них, так как скорость собственно адсорбции обычно велика. В зависимости от лимитирующей стадии различают три вида сопротивления процессу адсорбции: внешнедиф-фузионное, внутридиффузионное и смешанное.

Скорость внешнедиффузионного процесса зависит от температуры процесса, размера зерен адсорбента, вязкости, плотности среды и гидродинамического режима (скорость потока, состояние слоя адсорбента - неподвижный, движущийся, псевдоожиженный).

Скорость внутридиффузионного процесса определяется законами диффузии вещества в порах адсорбента. Перемещение молекул в поровых каналах зерен адсорбента зависит от диаметра пор, их структуры, размеров адсорбируемых молекул, температуры и других факторов.

В процессе адсорбции наряду с перемещением молекул в объеме пор