Жұмыс бағдарламасы «Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясындағы адсорбциялық процесстер мен катализ»

мұнда:

T — абсолютты температура,

Бақылау сұрақтары:

1. 
   Фрейндлих тендеуінің қолдану аймақтары.
   
2. 
   Лэнгмюр мономолекулалық теорияның негізгі шарттары.
   
3. 
   БЭТ теориянын ерекшеліктері.
   
4. 
   БАЗ деген заттар олардың сипаттамасы.
   
5. 
   БИЗ деген заттар олардың сипаттамасы.
   

Дәріс 3.

1.Адсорбенттердің жіктелуі.

Тәжірибелік мақсаттарда адсорбеттерді тандаған кезде, олардын геометриялық структурасын және химиялық табиғатын есептеу керек. Біріншіге санылаулық дәрежесі, санылаулардың диаметірі, дисперстік дәрежесі, жанасу беті (удельная поверхность)? Ал екіншіге ө адсорбенттің химиялық структурасы мен химиялық белсенділігі, атомарлық немесе иондық торы және т.б. жатады.

Киселев жіктелуі адсорбенттердің геометриялық структуралардың ерекшелігінде негізделген.

1 түріө- санылаусыз адсорбенттер (непористые адсорбенты)№ оларға моно-, және поликристалдық заттар жатады. Мысалы, графиттелген күйе, натрий хлориді, аморфтік санылаусыз заттар.

2 түрі – біртекті кен санылаулы адсорбенттер (однородноширокопористые). Олар кенсанылаулы ксирогельдер, ірісанылаулы және таблеткаға пресстелген санылаусыз адсорбенттерінің ұнтақтары.

3 түрі – біртекті жінішкесанылаулы адсорбенттер. Оларға жінішке санылаулы ксирогельдер, жінішкесанылаулы шыны, активтелген көмірлер, санылаулы кристалдар, А және Х түрлі цеолиттер жатады.

4 түрі – біртексіз санылаулы адсорбенттер. Мысалы, силикат ерітінді гидрогельдерден күшті қышқыл тұздар арқылы тұндырып алатын ксерогельдер.

Көбінесе адсорбенттерді минералды, көміртекті және полимерлі деп жіктейді.

Минералды адсорбенттердің арасында көп таралған силикагельдер, цеолиттер. Цеолиттін негізгі тордың ядросы – кубооктаэдр. Ол 24 алюминий атомдардан және 48 оттекті атомдардан турады. Егер кубооктаэдр қарапайым куб торынын байланысында болса оны цеолит А, ал гранецентрлік торда – цеолит Х деп атайды. Цеолиттердің араларында , кіретін размерлеріне сай молекулалар адсорбцияланады. Одан ірі молекулалар адсорбцияланбайды. Мысалы; NaA цеолит суды, метил спиртті , этанді сорбциялайды, ал бензолды керісінше (молекулалардын кіру диаметр 4 Å). Сол ушін цеолиттерді – молекулалық елеуіш (қалбыр) деп санайды.

өте көп таралған көміртекті адсорбенттер – активтелген көмірлер. Олар жақсы полюссіз органикалық еріткіштерді адсорбциялайды. Сол үшін оларды ұшқыш ерітінділердін рекуперациясында, ерітінділерді жарықтану үшін және т.б. қолданады.

полимерлы материалдарға - тефлон жатады. Тефлонның жанасу беті өте төмен.

Санылаулы сруктуралық адсорбенттердің негізгі параметрлерге санылаулық дәрежесі, жанасу беті мен түйіршіктердің размерлері жатады. Санылаулы структура бойынша, оларды микросанылаулы (активтелген көмір, цеолиттер) санылау размерлері 0, 15 нм кем, мезосанылаулы (санылау размерлері 0,15 тен 15 нм –ге дейін) және макросанылаулы (санылау размерлері 15 нм артық).

Санылаусыз адсорбенттерге техникалық көміртек (күйе), «ақ күйе»- жоғары дисперсті кремнезем жатады.

2. Адсорбенттердің негізгі алу әдістері.

1 түрге жататын графиттелген күйелерді , қарапайып күйелерді вакуумда 3000⁰С, инерттік газ немесе тотықсыздандырғыш ортада өндеген кезде алады.

Активтелген көмірлерді әрбір карбдалған шикі заттан, мысалы, ағашты көмірден , жоғары температурада, актителетін заттар қатысында (су, көмір кішкыл оксиді) алады. Сол кезде шайырлы (смолистые) заттар мен көміртекті заттардын бөлігі жанып, нәтижесінде санылаулық пайда болады және жанасу беті кобееді.

Полимерлі адсорбент тефлонды асқын тотық қатысында тетрафторэтиленнің полимеризация нәтижесінде алады.

Бейорганикалық тұздар мен оксидтерді макросанылаулы (силикогель, алюмогель, диатомит) негізге жапсырады. Сол үшін 20-25% тұзды суда ерітеді, оған қатты негізін салады. Суды ұшырады, ал негіз бен тұзды тздын балқу температурасына дейін қыздырады.

Санылаулы адсорбенттерді комплексті қосылыстар негізінде алуға болады. Мысалы, мыс пен бипиридин немесе 1,10- фенантролинмен. Сол үшін мыс тұзы бар ерітіндіде эквимолярлық комплекс түзүшіні ерітеді, ерітіндіні салқындатады, сол кезде кристалдар түзіледі. Оларды инерті газда 150-200⁰С комплекс түзішіні ұштыру үшін қыздырады. Сондай адсорбенттер әр түрлі заттарды адсорбциялайды.

Силикогельдерді, ортокремний қышқылын минералды қышқылдармен өндеген кезде алады. Алынған гидрогельді кептірген кезде ксерогельді алады – глобулярлық структуралы қатты санылаулы зат. Егер мақсатында ерекше структуралы силикогельді алу керек болса, онда кептру алдында оларды тұздармен, БАЗ-дармен өндейді.

Кейінгі уақытта адсорбент ретінде сұйық шыныны алады. Термоөндегенде олар қышқыл мен сілтілерге тұрақсыздығы пайда болады. Қышқылдармен өндегенде , олар санылаулы болып шығады. Санылаулы шыныны алу үшін негізгі материал болып, ДВ-1 маркасы борсиликатты шыны алынады. 500-700⁰ С термоөндегеннен сон түйіршіктерді 0,25-0,5 мм-ге дейін ұнтақтайды және 3Н тұз қышқылмен өндейді. Шыныны хлорид-иондарды жою үшін жуады және оны тұрақты массаға дейін 150-200⁰С кептіреді.

3.Адсорбенттердің қасиеттерін анықтайтын әдістер.

Адсорбетің жанасу бетің, санылауын, адсорбциялық қасиеттерін, санылаудын структурасын және т.б. статикалық және динамикалық әдіспен анықтайды.

Статикалық әдістер бойынша қысымына тәуелді газдың сінірілген мөлшерін, санылауын, диффузия коэффициентін және т.б. анықтауға болады. Статикалық әдістер келесіде негізделген. Адсорбенті зерттелетін газ немесе бу атмосферасына енгізеді, тепе-тендік жағдайына әкеледі. адсорбенттің салмағы көбейгенен газ немесе будын мөлшерін анықтайды. Бұл әдісті салмақты деп атайды. Егер адсорбенттін сінірілген мөлшерін газдардын қысым немесе көлемнін айырмашылығы бойынша есептелсе, оны көлемдік әдіс деп атайды. Бірақ статикалық әдістер көп уақыт алады, күрделі аппаратура қажет етеді.

Динамикалық әдісте газ немесе буды тепе-тендік жағдайда сорбент қабатынан өткізеді және адсорбенті өткенен кейін газдын концентрация өзгеруінін байқайды. Ен көп тараған әдіс – хроматография. статикалық әдіспен салыстырғанд, бұл әдіспен адсорбциялық сипаттамаларын алуға өте тиімді. Хроматографиялық әдіс тез жүреді жәнеде көлемді емес.

Көп тараған әдіс - жылу десорбциялық әдіс. Ол адсорбенттердің жанасу бетін үлкен арақашықтарда анықтауын мүмкін етеді ( 0,01 ден бірнеше жүз шаршы метр/ грамм ) . әдіс келесіде негізделген . Десорбциядағы газдың концентрациянын өзгеруін сипаттайтын, десорбциялық қисығын алады. Алынған нәтижелер бойынша адсорбциянын изотермасын есептейді. Адсорбциялатын мөлшерін немесе моноқабаттын беттік концентрациясын анықтайды. Десорбциялық әдіспен анықталған адсорбциянын моноқабаттын беттік концентрация бөлігі , адсорбенттін жанасу бетін береді. Бұл әдіс алғашкы рет Нельсон және Эггертсон мен ашылған.

Бақылау сұрақтары:

1. 
   Киселев бойынша адсорбенттердің жіктелуі.
   
2. 
   Минералды адсорбенттер және олардың қысқаша сипаттамасы.
   
3. 
   Көміртекті және полимерлі адсорбенттер, олардың сипаттамасы.
   
4. 
   Адсорбеттерді алу нагізгі жолдары.
   
5. 
   Адсорбенттердің қасиеттерін статикалық әдіс арқылы анықтау ерекшеліктері.
   
6. 
   Адсорбенттердің қасиеттерін динамикалық әдіс арқылы анықтау ерекшеліктері.
   

Дәріс №4.

1. 
   Әдістін жалпы сипаттамасы.
   

Егер әлсіз сорбцияланатын қоспалар болса терен тазарту жағдайда газ-сүйытқыш қоспалармен бірдей адсорбцияланады. Сол себептен алу компонент бойынша адсорбциялық қабілеттілігі азаяды.

2. Техникада әдісті пайдалануы.

Газдардын сұйылту төмен температуралық процестерде, газад алдын ала қоспалардан тазарту жағдайларда сұйық сутекті қоланады. Жүйеде сутектін каталитикалық тазартуды пайдаланады. Оны бөлме немесе одан жоғары температурада жүргізеді. Азоттан газды тазарту үшін, сутекті тазарту үшін жоғары қысымда жұмыс істейтін, екі тазарту блок қойылады. әр бір блок жылуалмастырғыш, кептіргіш және адсорбциялық секциядан турады.

Жоғарғы қысымда жұмыс істейтін адсорбциялық қондырғылар, өте көп таралған. Оны сутекті тазарту, табиғи газдарды кептіру, ауаны төмен темпераурада бөлу және т.б. қолданыдады.

Адсорбциялық әдісті техникалық сутекті кептіру және тазарту кезіндегі екі модификацияға бөлінетін : орто- және парасутекте пайдаланады.

Жоғары температура мен қысымда адсорбциялық әдіспен гелийді азот қоспасынан және неон микроқоспасынан терен тазартады.

Бақылау сұрақтар:

1. 
   Жоғары қысымдағы гадардын бөліну принципі неде негізделген?
   
2. 
   Жоғары қысымдағы газдардын қоспалардан тазарту қондырғылары.
   
3. 
   Қондырғыларда газ-сұйытқыш не үшін керек?
   

Дәріс №5.

Периодтық әсері бар адсорбциондық құрылғыларда, қабаттын биіктігі аппараттын диаметррынын қатынасы бірден көп болатын, адсорберлер көп тараған. Оларды вертикалді адсорберлер деп атайды. Олардың конструкциялар әр түрлі болады. Бензинсіздендіру процесстегі қолданылатын адсорбердің құрылысы. Бұл процесстің вертикалді адсорбер биіктігі 2,5 м , әрбір адсорберге 4 т көмір салынады. Үстінде адсорберлер қақпақпен жабылады. Көмір қабаты керамикалық плитада орналасады. Керамикалық плита чугун торына орналасқан. Керамикалық плитаға биіктігі 100-200 мм гравий қабатын салады. Төменге қарай гравий түйіршіктері әр түрлі болады. Төменде ен ірі бөлшектер 25-30 мм, содан сон 15-25, 10-15, 5-10 мм фракциялар орналасады. Гравий адсорбенті конденсат ластауынан сақтайды ж\е ұсақ ұнтақтарды шашылғаннан ж\е плитадағы тесіктерді бітеуден сақтайды.

Көмірдің сыртқы қабатын сымнан жасалған сеткамен қаптайды.

Адсорбердің төменгі жағында процестің әр сатында газдардың кіру мен шығу үшін 8 штуцер орналасқан. Газды кептіру, салқындату үшін адсорбердің ішінде труба орналасқан. Десорбция кезінде су буды труда арқылы адсорбердің жоғарғы жағына жібереді. Бұл конструкция адсорбердің басқаруын, төменгі жағында мүмкіншілік береді.

Атмосферлік қысымда, жұмыс істейтін адсорберді, қабаты 10 мм листовая болаттан жасалған. Егер газда агрессивті қоспалар болса, легирленген және тат боспайтын болаттан жасайды.
2. Горизонтальді және сақиналы адсорбер.

Адсорбердің ұзындылығы 6 м, адсорбент қабаттын биіктігі 0,8-1,0 м. Горизонтальді адсорбер сур.2 , егер газдың мөлшері өте көп болғанда және тазарту дәрежесіне қатан талаптар қойылмаса қолданылады.

Егер газда, қоспалардың концентрациясы аз болса, кейде сакиналы адсорберді қолданады. адсорбердің разрезі 3 суретте көрсетілген. 1ө металдық корпус. Тазартуға арналған газ штуцер 2 арқылы адсорбердің сыртқы бөлігіне жіберіледі, горизонталді бағыт бойынша ішкі 7 және сыртқы 6 цилиндрлік торда орналасқан көмірдің сақиналы қабаттан өтіп 4 штуцер арқылы кептіру ж\е салқындату сатына, бұл бағыт сақталады.

Десорбция сатында, су буды (десорбент) 4 штуцер арқылы жібереді, ал газ буды қоспаны 3 штуцерден шығарады. Адсорбентті 8 люк арқылы салады, ал 5 люк арқылы алады.

Химиялық талшықтар зауыттарында адсорбер вентиляциялық газдарда күкірт көмірсутектен тазарту үшін қолданылған. Адсорбердің жалпы биіктілігі 7,8 ; адсорбент қабаттың биіктігі 5,2 м; адсорбердің диаметрі 3,2 м. Адсорберге 14 т Ар көмір салынады. Тазартылған ауада күкірткөмірсутектің мөлшері 1,5-1,7 г/м³, Т +40⁰С.
3. Вертикалді жылуалмасу элементтермен адсорбер.

Егер қыздыру ж/е салқындату сатында жылуалмасу процесті жылдамдату немесе десорбентті концентрленген күйде алу үшін бұл адсорберді пайдаланады. Көбінесе трубкалы жылуалмастырғыш түрінде жасалған адсорбент қолданады. адсорбенті трубкаға орналастырады, ал салқындататын немесе қыздыратын орта трубка араларында болады.

Бұл адсорбер аргон, гелий, неон газдарды оттек пен азот қоспалардан тазартқан процесстерде, өте жоғары нәтижелер берді. Бұл процесс төмен температурада -180⁰С ж/е Р-0,14 МПа өтеді. Адсорбер 100м³/сағ аргонды оттектен тазалайды. Сурет 5.

Трубкаларда салынған адсорбент /цеоли/т биіктігі 2м . трубкалардың жалпы саны 51 болғанда, цеолиттын жалпы массасы 260 кг. Тазарту сатында газдын жылдамдығы 0,016 м/с. Цеолиттын салқындатуын трубкалардағы сұйық оттекпен жүргізеді. Тазартылған аргонда оттектін сонғы остаточная мөлшері 1*10^-3%.

Кейбір кезде адсорберді, сеткасы бар жоғарғы торды адсорбент қабатпен тығыс байланысу үшін бұл адсорбер пайдаланады. 6 суретте төмен температура жағдайда, жінішке түйіршіктелген силикагель арқылы, сұйытылған ауаны ацетиленнен тазарту үшін фланцелік адсорбер қолданалады. Тазарту алдында сұйықта ацетиленнің мөлшері 0,2*10^-3 м³/м³. ацетиленнің десорбциясын 0⁰С, 0,15 МПа өткізеді.

1. 
   Периодтық әсері бар аппаратардың ерекшеліктері.
   
2. 
   Вертикальді адсорбердің құрылысы.
   
3. 
   Горизонтальді адсорбердің жұмыс жасау әрекеті.
   
4. 
   Қай жағдайда сақиналы адсорберді қолданады?
   
5. 
   Вертикалді жылуалмасу элементтермен адсорбердің жұмыс істеу әрекеті.
   

Дәріс №6.

1. 
   Қондырғының принципиальді схемасы.
   

Табиғи газды бөлуге қолданылатын қондырғының схемасының негізі: табиғи газ қондырғының адсорбционды бөлігіне келіп түседі, онда бу газдың құрамынан активтелген көмір қозғалмалы қабатында жоғары компоненттер жойылады. Көмірсутектермен қаныққан көмір ауырлық күші әсерінен трубкалы қыздырғышқа түседі, онда өткір бу арқылы адсорбенті қабырға арқылы қыздыра десорбция жүзеге асады. Бұл жағдайда көмірдің ылғалдануы болмайды және периодты әсерлерге қажетті көмірді кептіру фазасы циклдан шығарылады. Десорбленгени көмірсутектердің булары хроматографиялық бөлігін колонкасының секциясы бойымен жоғары көтеріледі, сонымен қоса ауырлау компонент женілдеу компоненті көмір кеуектерінен ығыстырады. Осының арқасында үздіксіз әдіс газдан жоғары көмірсутектерді бөліп қана қоймай, оларды адсорбционды колонада бөледі. Активтелген көмірді арнайы сіңдіргішпен газлифтқа береді. Онда көмірді тасымалу үшін қондырғы төбесінде бензинсіздендірілген табиғи газды қолданады. цикл трубкалы тоназытқышта тоқтатылады, онда көмірді ағынды сумен суытады адсорбцияға жібермес бұрын. Үздіксіз әдістін артықшылары: процестің толық автоматтандырылыуы, компонент қоспаларынын газдан бөлінуін хроматографиялық бөлу мүмкіндігі бар, көмір регенерациясына жылу шығындалу аз болғандығы.

2. 
   Адсорбленген компонентер қоспасын қондырғының хроматографиялық бөлімінде бөлу.
   

К_р(у₂/у₁)₁= (х₂/х₁)₁ или К_р²(у₂/у₁)₁= (х₂/х₁)₂

n-ші саты үшін:

К_рⁿ(у₂/у₁)_n = (х₂/х₁)_n+1

логарифдесек

n* lg K_p= lg (у₂/у₁)_n - lg (у₂/у₁)₁ (1*)

(1*) формула адсорбциялы-десорбциялы сатылардын санын анықтау үшін қажет, ол егер де бөлу коэффициенті белгілі болса, құрамындағы өзгерісті білу үшін керек:

n = lg (у₂/у₁)_n - lg (у₂/у₁)₁/ lg K_p (2)

дәл осы нәтижені бөлу қабатымен қаныққан адсорбенттің қозғалмалы қабатын қолдану арқылы алу мүмкін екені анықталды. Көмірдің колонна бойымен қозғалу процесінде адсорбцияланған және газды фаза құрамы үздіксіз өзгеріп отырады, онымен қоса газды фазаға қарағанда адсорбционды фаза құрамы өзгерген хроматографиялық бөлу секциясының кез келген нүктесінде анықтау қоспаны адсорбцияның периодты операциялары – десорбциянын сияқты жүзеге асады, яғни адсорбционды тепе-тендікшартымен осылайша хроматографиялық бөлүдің барлық секциясы бірқатар сатыларға шартты түрде бөлінуі мүмкін, олардың әрқайсысында құрам өзгеріп отырады, бір адсорбция –десорбция сатыға сәйкес.

3. 
   Аппаратура нұсқаулары.
   

Адсорбциялық колонналардың өткізгіштік қабілеті әдетте адсорбциялы бөліктегі газ жылдамдығымен сипатталанады: газ жылдамдығын критикалық жылдамдығынан жоғарлатуға болмайды, себебі ол адсорбенттің кетуіне әкеліп соқтырады. Ал екі немесе оданда көп адсорбциялы қабаты бар қондырғыда үздіксіз әрекеттегі колонаның өткізу қабілеті арттыруға болады. Керіағынды жаңадан генерирленген көмірмен газ контактін әр адсорбциялық қабатқа жекеше көмір беріп отыруымен және арнайы диафрагмалар көмегімен әр қабаттан көмірді жою арқылы қамтамасыз етеді. Диафрагмалар көмір ағынын бірнеше бөлікке бөлу үшін қолданылады.

Бақылау сұрақтар:

1. 
   Қозғалыс қабатты адсорбентте газ қоспалардың үздіксіз бөліну әдісінің ерекшеліктері.
   
2. 
   Үздіксіз бөлу әдісінін принципиальді схемалардың негізі.
   
3. 
   Қондырғының хроматографиялық бөлігінде жүретін массаалмасу процесстер қалай жүреді?
   
4. 
   Бұл әдісте қолданылатын қондырғылардың нұсқаулары.
   

Дәріс №7.

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

1.Газдардың кебуі – газдардан және газ қоспалардан су буын жою. Ол төмен температурада газ қоспаларды компонентерге бөлу, табиги газдардын трубопровод арқылы журу ж\ә т.б. процесстерден алдын ала жүреді және газопроводтардың, құрылғылардың үздіксіз жұмыс істеуіне жағдайлар жасайды (мұзды мен гдратты тығындардын болмауына әкеледі). Газдар кептіру терендігі шық (роса) нүктесімен сипатталанады. Газдардын кептіру әдістері судын абсорбция мен адсорбциясында және газдын салқындату кезіндегі судын конденсациясында негізделген. Будын конденсациясы, температура мен қысымды төмендеткенде, болады. Егер салқындату кезінде белгілі температурада , парциалды қысым мен бүдын қаныққан қысымы тен болғанда, (салыстыру влажность 100 %) тұман пайда болады. Сол температураны шық нүктесі деп атайды (судын конденсацисы басталатын темературасы).

2. Адсорбциялық әдіс.

Адсорбционный әдіс суды қатты грануирленген сорбенттер арқылы сініруіне негізделген (силикагель, активиров. А1₂О₃, цеолиттер). Қондырғының схемасы 1 суретте көрсетілген.

Сулы газ судын тамшыларын жоғалту үшін, 1 сепараторға түседі, содан сон кебу үшін 2 адсорберлерге барады ал содан кептірілген газ газопроводтарға жіберіледі. Сумен қаныққан адсорбент 4 адсорберде 5 аппараттаға газ (продувка газа) регенерирленеді 350⁰ С температурадағы ыстық газ 7 аппартта салқындатады, 8 аппаратта судан бөлінеді және газдың негізгі ағынмен араласады. 3 адсорберде сініргіш 30-40⁰С кепкен газбен салқындайды, содан кейін кептіру сатына жіберіледі. Қыздырылған газ газопроводқа түсү алдында 6 аппаратта салқындайды. әдіс терен кептіруіне (шық нүктесі 80⁰ С өға дейін және одан төмен) мүмкіндік жасайды, аппараттардың қарапайымдылығымен және сенімділігімен сипатталанады. Кемшіліктері: адсорбенттердің ластауна сезімталдығы, автоматизация жүйенің күрделігі, эксплуатациялық шығымдар.

3. Жоғары қысымдағы газдардың кебуі.

Кәзіргі кезде химиялық зауыттардың қатары газдарды жоғары қысым арқылы кептіреді.Жоғары қысымда, газдағы судын буынын мөлшері сұйық сумен тепе-тендік кезде, қысымдылығымен (сжимаемость) есептеленеді. Сол үшін графиктерді қолданады. олар газдағы су будын мөлшерін -60 до 350⁰С және 0,1 до 70МПа қысымда анықтайды. Қондырғынын схемасы 2 суретте көрсетілген. Ауа компресордан белгілі қысыммен р_негіз. майбөлгіш және фильтрден (майдан және су тамшылардан тазартылады)өтеді. Ауанын турақты қысымы электрманометр арқылы сақталанады. Содан кейін ауаны жұмысшы қысымға р_негіз.2 дейін дроселдейді және турақты жылдамдықпен – жоғары қысымды адсорберге жібереді. Адсорбердің размерлері: диаметр 10мм, биіктігі 150мм. Газдын шығымын және жұмысшы қысымын р_негіз.2 мембрандық пневтатикалық прибормен реттейді. Адсорбент қабатын құрғақ азот арқылы регенерлейді (шық нүктесіндегі влажность -70⁰С). Регенерация температурасы адсорбент түріне тәуелді болады.

4. Су конденсация арқылы газдардын кептіру әдістері

Су конденсация болатын кептіру әдістерде, температура төмендегенде газдын тепетендік ылғалдығы азаяды. 3 суретте схемасы көрсетілген. Скважинадан табиғи газ 1 сепараторға түседі, жер астыдан газбен бірге кетке су мен конденсаттан тазаланады. Содан сон жылуалмастырғышқа жіберіледі (газ суытылады). Аппараттардың қабырғаларында және трубопроводтарда қатты газды гидраттар түзе алмасу үшін жылуалмастырғышта газ ингибитормен 80% этиленгликоль сулы ерітіндісімен немесе конц. метанолмен араласады. 3-сепараторда

газды ингибитордан. Қосымша шыққан ылғалдан және конденсаттан тазартылынады

.

Зертханалық тәжірибеде собенттер түрде СаС1₂, CaBr₂, CaO, NaOH, КОН, Mg(ClO₄)₂, Р₂О₅ ж\е т.б.- қатты заттар, сұйықтар H₂SO₄ қолданылады.

Бақылау сурақтары:

1. 
   Шық нүктесі дегеніміз не?
   
2. 
   Газ кептіру әдістерінін негізі.
   
3. 
   Газ кептіру адсорбциялық әдістін қысқаша сипаттамасы.
   
4. 
   Жоғары қысымда газды кептіру процессі.
   
5. 
   Су конденсация арқылы газдардын кептіру әдістері
   

1. Фреондық тоңазтқышты майларды кептіру.

Органикалық суйықтарда ылғалдың болуы материалдың құрылысын өзгертеді. Осыған байланысты кептіру маңызды рөл атқарады. Тығыз бекітілген тоңазтқыштардың, машиналардың ұзақ әрі берік жұмыс істеуі көбінесе оған жағатын хладогенттер мен майлардың тазалығына байланысты. Фреондық тоңазтқышты машиналардың кернеуі, қақтануының 80% электрлік жұмыс істейтін машиналарда ылғалдың болуына байланысты.

Фреондар пайдаланылатын жуйелерде судың концентрациясы хладогент пен майда 10–60 ‰. Жоғары болмауы керек. Отандық тоңазтқыштарда көбінесе синтетикалық майлар(ХФ-22С-16) және минералды майлар (ХФ-12-14). қолданылады. Бұл майларда судың еруі әртурлі болады: қалыпта температурада минералды майларды қолданғанда әдетте ол 100 ‰ға, ал синтетикалық майларды қолданғанда 1300 ‰ тен жоғары болады. Минералды майларда ылғалдың аз болуына байланысты цеолиттің адсорбцияға қабілеттілігі майдағы су концентрациясына тікелей байланысты.

Ылғалдылығы 50 ‰, температурасы 20 °C цеолита NаАның адсорбциялық қабілеттілігі 3,5 ммоль/г құрайды. Синтетикалық майлардың ылғал тартқыштығына адсорбцияланатын су концентрациясының мөлшері оның сұйық фазадағы құрамына пропорционал. Цеолиттердің адсорбциялық көлемді толтыру мөлшері минералды майлар ушін 20 %, ал синтетикалық майлар ушін 50 % болып келеді.

Адсорбциялық қабілеттілік цеолит типіне байланысты болады, оны келесідей көрсетуге болады:

NaA(байланыстырушысыз) >NaA>KA

Беттің екіншілік бу бөлінуі цеолиттердің кинетикалық құрылысына байланысты бөлінеді. Майларды цеолитпен кептіру кезінде байланыстырушысыз кептіру дәрежесі, бетті сақтау уақыты, динамикалық активтілігі өседі. Температураның жоғарлауы суды сіңіру жылдамдығын арттырады.

Цеолитпен журетін су адсорбциясының жылдамдығы байланыстырушы немесе байланыстырушысыз диффузиялық ағынға байланысты журеді. Екіншілік бетте будың пайда болуы инертті материалмен қапталған транспорттың интенсивті диффузиялық көлемге тікелей байланысты.

Байланыстырушысыз цеолитті ылғалды сору ушін қолданатын болса, онда адсорбциялық беттің биіктігі 0,06–0,12 ммен шектеледі. Ағын жылдамдығы 2,5 · 10^–3 м/с,температурасы 60 °C болғанда су концентрациясы минимальды синтетикалық майдың адсорбциялық шығымы 15 ‰, ал цеолиттің динамикалық активтілік биіктігі 0,7 м ден0,13 дейін жетеді. Тура осы көрсеткіштерде минералды майлар ушін: судың минимальды концентрациясы5 ‰, динамикалық активтілігі 0,03 г/г.

Фреонды тоңазытқышта майларды кептіруде цеолиттерді көп рет қолдану десорбция алдында екінші кеуекті құрылысты беттегі майды жоюға қолданылады. Қарама қарсы жағдайда десорбция процессі майдың жануымен бірге журеді. Осыған байланысты фреонды майларды жуу тәсілі ойлап табылған.Ол майдың регенерациясы кезінде жоғалуына кедергі жасайды. Цеолит көмегімен майды жуу схемасы келесіде негізделген: өңделген адсорбцияланған цеолитті патронда араластырады , сұйық фреон патронға ресивердан туседі.Ол цеолит қабатынан жоғары төмен өтеді, майды цеолиттен вентельға жібереді. Сыртқы ауа әсерінен буландырғышта фреон қайнайды, одан соң сепараторда майлы фреонмен бөлінеді. Майдан бөлініп алынған фреон компрессормен сорылады, май бөлгішпен май тамшыларын жою ушін қысып толтырады, ол компрессордан әкетіліп конденсаторда конденсирленіп ресиверге ағып жиналады.Вентельде жуылып болған соң ресиверде жабылады, ал жуйе (патрон -буландырғыш—сепаратор вакуумдалады. Буландырғыш мен сепараторды майдан босату ушін вентиль қарастырылған. Компрессордан әкетілген май жиналуына байланысты майбөлгішке жиналады, одан сызықты вентильге қайта оралады.

2. Трансформаторлық майларды кептіру.

Трансформаторлық майлар изоляция ретінде көптеп қолданылады. Майдың сапасы бөліну кернеуіне байланысты, ал ол майда болатын ылғалға өте көп әсерін тигізеді. Трансформаторлық майларды кептірудің алғашқы әдісі, оны судың қайнау температурасына дейін қыздыруға негізделген. Кейде майдың кептіруінвакуум астында да өткізеді. Осы тазалаудың барлық әдістерінде айтарлықтай кемшіліктер болады.

Осылардың ішінде адсорбциялық әдіс перспективті. Майдың цеолитпен әрекеттесуі әдеттегі температурада өткізіледі, соның нәтижесінде тотығу процессін туғызбайды (ол ысыту нәтижесінде пайда болатын).

4 × 2,2 × 2 м осы типті аппарат 4,5 т жукті көтеруге негізделіп құралады. Ол төрт 50 кг дық адсорберге ие.( Әрбір цеолит NaA ушін). Май насосының өңдеуі 3 м³/ч, ауа регенерациясы кезіндегі электрлік жылыту 400–450 °C, қуаттылығы 50 кВт.

Бақылау сұрақтары:

1. 
   Фреоннан майды жуу әдісі неде негізделген?
   
2. 
   Минералды майлардын түрлері және қасиеттері.
   
3. 
   Трансофрматор май кептіру адсорбциялық әдістін қысқаша сипаттамасы.
   
4. 
   Фреон тоназытқыш майлардын кептіру ерекшкліктері.
   

1. 
   Табиғи газды цеолиттермен тазарту.
   

2. Цеолитті терморегенерациялаумен экзогазды тазарту процессі.

Табиғи газдан қорғаныс атмосфераны алу үшін қондырғылардын конструкциялары әр түрлі болады. Цеолиттердің химиялық регенерациясы бойынша газдарды күкіртті тазарту схемасы:

1-тазарту сатысындағы адсорбер; 2-суыту сатысындағы адсорбер; 3-регенерация сатысындағы адсорбер; 4-6-тоңазытқыш; 5- күкірт конденсаторы; 7-сепаратор; 8-горелка; 9-күкіртке арналған насос;

Диаметрі 20см және биіктігі 2,4м, әрбіріне 45кг цеолит салынатын үш адсорберлі қондырғыда, газ өндегенде Н₂S бойынша цеолит активтілігі 4,7-5,2г/100г құрайды. Әр сатының өту ұзақтығы: адсорбция 15-25мин, қысымды босату 5-15мин, химиялық регенерация-30мин, суыту-20-25мин, қысымды жоғарлату 5-10мин.

Десорбция сатысы аяқталғаннан кейін адсорбционды зонадағы адсорбент қабатын 120-150⁰С-та ауамен үрлеу арқылы салқындатады, кейін 15-40⁰С-та шикі газбен салқындату керек. Табиғи цеолиттерді табиғи күкірт тазартқыш және өндірістік газдарды жоюшы, перспективті адсорбент ретінде қолдануға болады.

Бақылау сұрақтары:

1. 
   Цеолитті терморегенерациялаумен экзогазды тазарту процессі қалай жүреді.
   
2. 
   Неге цеолиттермен тазарту перспективті деп аталады?
   
3. 
   Көміртек диоксидті тазалағанда қандай қосымша процестер жүреді?
   

1.Активті көмірмен тазалау.

Сутек сульфиді-жүйке байлағыш күшті у. Газды будан және күкіртті органикалық қосылыстардан тазалау екі бағытта іске асады:

1. 
   Босаған өндірістік газдарды санитарлық тазалау
   
2. 
   Синтез кезінде шикізат ретінде қолданылатын табиғи, коксті және де өндірістікгаздарды тазалау, сонымен қоса химиялық және нефтехимиялық өндірісте пайда болған әр сатыдатүзілетін газдар. Екінші жағдайда екі есепте паралельді түрде шешімін табады. Бір жағынан каталитикалық процестер үшін зиян болып келетін у-сутек сульфиді схема арқылы шығады, яғни товарлы өнімдерге айналады: күкірт, күкірт диоксиді, күкірт қышқылы т.с.с. Екінші жағынан, сутек сульфидін және күкіртті органикалық қосылыстарды жою, күкірт диоксидінің атмосфераға шығуын төмендетеді. Күкірт диоксиді химиялық процесте тотығу сатыларында түзіледі. Тұрмыстық мақсатта қолданылатын сутек сульфидінің қолданысқа рұқсат ететін мөлшері 0,02г/м² өндірістік газдағы мартендік болат үшін 2-3г/м³ , процеске байланысты химиялық синтезде 1-50мг/м³-қа дейін. Газдан алынатын сутек сульфиді қолданылатын тазарту әдісіне байланысты, күкірт элементіне және күкірт қышқылына каталитикалық қайта өнделген концентрлі Н₂S-газ түрінде немесе күкірт элементі түрінде бөлінеді. Технико-экономикалық жағынан Н₂S-ті күкірт элементіне қайта өңдеу тиімді, өйткені ол өте құнды өнім болып табылады. Сутек сульфидінің ауадағы құрамы белгілі мөлшердегі концентрациямен регламентирленеді: жұмыс аймағында-10мг/м³, ал көмірсутектер қатысында -3мг/м³. Максималды және орташа тәуліктік атмосфера ауасындағы концентрациясының мөлшері 0,008мг/м³-ке тең.
   

2Н₂S+О₂→S₂+2H₂O+440кДж

Көптеген өндірістік газдарда,бірінші кезекте кокстелген, активті көмір мен күкіртті тазалауды жүзеге асырады. Көмірдің адсорбционды-каталитикалық құрамын газды тазарту мақсатында ғана емес, сонымен қатар товарлы өнім күкіртті алу үшін де қолданылады. Тазалау процесі кеуек диаметрі 3,5-тен 8,0нм-ге дейін болғанда интенсивтірек өтеді.

Гомогенді аммиак-катализаторы қатысында Н₂S-ті тотықтыру бірнеше секунд ішінде өтеді. Қанығу кезінде көмірдің күкіртті емкостьі 100г/100г-ға жетеді. Сутек сульфидін ұстау кезінде көмір типін таңдау үшін мынаны ескеру қажет, кейбір адсорбенттермен реагентті сіңіру, көбінесе иодпен, активті көмірдің күкіртті емкостін жоғарлатады және күкірттің түзілу процесін жылдамдатады. Иодталған көмірді практика жүзінде көп мөлшерде қолдануда. Ұзақ уақыттар бойы күкіртті активті көмірмен тазалауда көптеген қиындықтар болады, яғни оттегі қатысында Н₂S-ті көмірмен ұстау кезінде көптеген экзотермиялық процестердің әсерінен күкірт қышқылы түзіліп отырады:

Н₂S+2О₂→H₂SO₄+790кДж

Жай типтегі активті көмірдің кеуектерінде өтетін қосымша реакциялардың маңызы өте зор, себебі тазартылған ауадағы Н₂S-тің жоғары концентрациясында қабат өте қатты ысыйды және жану қаупі төнеді. Күкірт қышқылының түзілу интенсивтілігі көмірдегі металдың құрамына байланысты, бірінші кезекте-темір. Егер құрамы өте жоғары болса Н₂S- Н₂SО₄-ке айналады.

Түзілген күкірт қышқылын сода ерітіндісімен нейтрализдейді, келесі өнімдерді сумен шаяды. Күкірт қышқылын газ тәріздес аммиакпен неитрализдеу кейінгі кезде кеңінен қолданылады. Түзілген аммиак тұзын сумен шаю, натрий тұздарын шаюдан қарағанда жеңіл, нейтрализацияны аммиакпен өткізгенде су щығымы 4 есе аз болады.

Күкіртпен қаныққан көмірдің регенерациясы кезінде аммони сульфидінің ерітіндісі қолданылады, ол күкіртпен әрекеттескенде құрамында күкірт көп мөлшерде болатын аммониға айналады:

(NH₄)₂S+nS→(NH₄)₂S_n+1

Заводтағы көрсеткіштер бойынша 1т күкірттің шығын коэффициенті, яғни су газы мен аммоний сульфиді ерітіндісімен экстракция кезінде , мынаған тең: электроэнергия-50кВт*сағ;бу-5т; су-50м³; аммиак(азот бойынша есептегенде)-40кг; аммони сульфидінің ерітіндісі -0,1м³; активті көмір- 18кг; калий гидроксиді-10кг; натрий сульфиді-0,4кг.

3.Цеолитпен тазалау.

Цеолиттер газдарды күкіртті тазартуда эффективті болып табылады. кестеде Н₂S бойынша 25,75 және 150⁰С-тағы цеолиттің статистикалық активтілігі көрсетілген:Н₂S бойынша цеолиттің адсорбциондық қабілеттілігі (г/100г)

Цеолит тер	Тем-ра 0С	Қысым кПа
		0,065	0,13	0,33	1,33	6,65	13,30	33,25
NаА	25	3,6	4,7	6,4	9,5	12,8	14,0	15,0
	75	1,3	2,2	3,6	6,0	8,0	11,5	13,0
	150	0,6	0,9	1,4	2,5	5,0	7,5	9,0
СаА	25	3,0	4,8	6,8	10,0	13,6	15,0	16,2
	75	1,3	1,7	2,7	7,2	9,6	11,0	13,2
	150	0,3	0,4	0,7	2,2	4,3	5,5	7,4
NаХ	25	2,8	4,0	7,5	10,5	14,5	16,0	16,2
	75	1,0	2,0	4,0	6,0	9,5	11,8	14,0
	150	0,0	0,2	1,3	2,0	5,5	6,2	9,2

Табиғи газды күкіртсутектен және жылжымайтын қабаттағы синтетикалық цеолиттегі меркаптандардантазарту қондырғысы көрсетілген.

Қондырғы төрт адсорберден тұрады. Ашық циклді схемада, табиғи газ біріншілік сепараторда конденсат бөлінгеннен кейін және фильтрдегі шаңдар біртіндеп адсорберлерден және өтеді. Адсорберде сутек сульфидін ұстауды жалғастырады. Регенерация сатысына өткен кезде оны 3 адсорберге қосады. Тазаланған газдардың бір бөлігін алып, цеолиттердің суытылуына жұмсайды , ол адсорберде өтеді содан кейін ысыған соң-цеолит регенерациясы адсорберге ауысады.

Әдетте табиғи газ құрамында болатын, сепаратордағы газ регенерациясынан су және сұйық көмірсутектерді бөледі. Одан кейін газды жағармай ретінде жергілікті қолданылымға жібереді, мысалы: аммиак синтезінің қондырғыларында. Әр адсорберде процестің келесі сатылары біртіндеп өтеді: регенерация, суыту, қайта ұстау , күкіртті тазарту.

Газқұбырларда түзілген сульфидтер цеолиттермен сіңіріледі. Регенерация газының көлемі жанғыш газ қажеттілігін арттырса оған тұйық цикльді схема қолдану керек. Судағы сульфид десорбциясын қысымды төмендету арқылы жүзеге асырады. Меркаптандардан газды тазарту кезінде тұйық циклді схемаға қосымша адсорбер қолданылады ол органикалық ерітіндіде болады; органикалық ерітінділердің регенерациясын жоғары температурада десорберде жүргізеді.

2.Адсорбенттің химиялық регенерациясы бойынша газдарды күкіртті тазарту.

Цеолиттер күшті адсорбент, сонымен қоса кейбір химиялық процестер үшін катализатор болып табылады. Осылайша цеолиттің Клоус-Ченс реакциясына байланысты жоғары каталитикалық активтілігі анықталады:

2Н₂S+SО₂→1.5S₂+2H₂O

Цеолиттердің кейбір сорттары бөлме температурасында Клаус реакциясын стимулирлейді:

2Н₂S+О₂→S₂+2H₂O

Цеолиттердің осы қасиеттерін газды күкіртті тазартудың жаңа технологиялық схемасын жасауда қолданады. Химиялық регенерация кезіндегі реакция жылуы қабат температурасын көтеру үшін қолданылады. Регенерация процесінде күкірт шығымын азайтатын және цеолит құрылымын бұзатын, сутек сульфидінің қатты тотықпауын бақылау керек.

Адсорбенттің химиялық регенерациясы бойынша газдарды күкіртті тазартудың үш адсорберлі схемасы бойынша 3,5МПа қысым астындағы табиғи газ адсорберде адсорбент қабаты арқылы жоғарыдан төменге өтеді. Тазаланған газды адсорбердің суытылуына қолдануға болады. Адсорбер қосымша екінші саты функцияларын атқарады.

Регенерацияға газды сұйық күкірттің горелкада жануы арқылы алады. Экзотермиялық жылу эффектісі нәтижесінде сутек сульфидымен SO₂ арасындағы реакция цеолит қабатының температурасын 220-250⁰С көтереді. Адсорбердің төменгі жағынан шығатын, 290⁰С-та, бу-газды қоспаны жылуастырғышта суытады. Конденсирленген күкіртті сепараторда 140⁰С –та газдан бөліп алады. Жуық шамамен күкірттің үштен бір бөлігін сұйық күйінде насос арқылы жағуға жібереді.

Бақылау сұрақтары:

1. 
   Гзды күкірторганикалық қосылыстардан не үшін тазалайды және тазартудын қандай бағыттары бар?
   
2. 
   Белсенді көмір арқылы тазалауды артықшылары мен кемшіліктері.
   
3. 
   Цеолиттер арқылы тазалау әдісі.
   
4. 
   тазалаудан кейін цеолиттін регенерациясын қалай жүргізеді.
   

1. Әдістін жалпы сипаттамасы.

Еріткіштерді рекуперациялау - өндіріс және вентиляциялық газдардан ерітінділерді алу және технологиялық процесске қайта қосу. Ацетон, бензин, бензол, толуол, ксилол, қарапайым спирттер мен күкірткөміртектін рекуперациясы – манызды мәселе.

Көбінесе шыққан газдардын құрамындағы еріткіштердің концентрациясы өте аз, сол себептен адсорбциялық әдісті қолдану жөн. Рекуперациялық қондырғыларда адсорбент ретінде белсенді көмірді қолданады. рекуперациялық қондырғыларда еріткіштін алу дәрежесі 95-99%, ал еріткіштін қалған концентрациясы 0,5г/м³ аспайды. Қарапайым рекуперациялық қондырғы периодтық әсері бар адсорберлерге ұқсас. Ағынын жоғары жылдамдығына тиісті, адсорбент қабатын сеткамен жабады. Кейбір кезде бастапқы газды алдын ала салқындатады, ал сосын адсорбциялық аппаратқа жібереді.

Кәзіргі кездегі рекуперациялық қондырғылар автоматтандырылған. Десорбцияны өткір бу арқылы жүргізеді. Су және еріткіш буларын салқындатады, конденсациялайды және сепараторда немесе қосымша фракцияланған колонада бөледі. Десорбция өткенен сон белсенді көмірді кептіреді және атмосферлік ауа ағынмен салқындатады.

Рекуперациялық қондырғыларды мыс. Мырышталған темірден, алюминий, титан және тағы басқа материалдардан жасайды.

2. Көмір сульфидтін рекуперациясы.

Көмірсульфидті белсенді көмір арқылы ұстайды. әр түрлі қондырғаларда көмір сульфидті сұйық сініргіш арқылы шығарады. Екі компонентен белсенді көмір арқылы тазалаған сатында негізгі реакциясымен(1) қосымша реакция жүреді (2).

H₂S + ½ O₂ = S+H₂O + 220 кДж (1)

H₂S + 2 O₂ = H₂SO₄ + 790 кДж (2)

Белсенді көмерлердегі жүретін қосымша реакциянын мөлшері сонша үлкен, егер тазартылатын ауадакөмір сульфидтін концентрациясы улкен болса, көмірсульфидтін жану қауыптігі бар.

Бірақ адсорбциялық саты көмір сульфидтын толық жою мәселесін шеше алмайды. Адсорберден шыққан концентрациясы 20-50 мг/м³. жәнеде белсенді көмірлерде көмір сульфидтін гидролизі жүреді:

CS₂+ 2 O₂= H₂S+ CO₂ (3)

Күкірт қышқылынын пайда болуы көмірдегі металдардын мөлшеріне тәуелді. Егер металдардын концентрациясы көп болса, көмір сульфидтін 1/3 болігі күкірт қышқылына айналады.

Егер арнайы күлсіз көмірлерді қолданғанда вентиляциялық газдардан көмір сульфидтен және сутек сульфидтен тазатруға болады. Сондай қондырғылардын әр түрлі констркуциялары бар. Тазарту сатын бір адсорберде бір түрлі көмірмен, немесе бір адсорберді екі түрлі көмірлермен, немесе екі адсорбердегі әр түрлі көмірлермен өткізу болады.

Пайда болған күкірт қышқылын газд аммиак арқылы нейтралдайды. Белсенді көмір кеуектеріндегі таза күкіртін түзілуі шекті адсорбциялық көлемін, динамикалық және тепе-тендік белсендігін кемітеді.

Көміртек сульфид рекуперация қондырғылар өте қауыпты, сол себептен олар толық автоматтандырылған. Ерекше назар аударылады температуралық режимге жене технологиялық ағындардын жүрі процесіне.

Бақылау сұрақтары:

1. 
   Еріткіш рекуперациясынын анықтамасы.
   
2. 
   Еріткіш рекуперацияда қандай сорбенті қолданады?
   
3. 
   Адсорбциялық әдіс арқылы еріткіштердін рекуперациясы.
   
4. 
   Көмір сульфидті рекуперация сатында қандай қосымша реакциялар жүреді?
   

1. 
   Қолдану аймақтары. Суды тазарту үшін адсорбентер.
   

Кәзіргі кезде ұнтақ адсорбент арқылы тазалау көп тараған.

Қарапайым тазарту схемасы: аппаратқа тазалауға арналған сумен адсорбенті (5-10г/л) салады және 30-40 минут сон пайда болган суспензиясын араластырады. Бұл әдіс периодтық жэәне үздіксіз режимде шектелген. Процесс тен кейін адсорбенті регенерлейді немесе утилизациялайды, мысалы отын қып.

Түйіршіктелген сініргіште адсорбцияны периодтық немесе үздіксіз режимде қоданады. Периодтық процессте қозғалмалы сініргіш қабатымен толтырылған адсорберді, қабатты өндегенен сон ағынан босатады. Содан сон таза немесе регенерирленген сорбентпен толтырылады.

Үздіксіз процесті қозғалысты несе псевдосұйық сорбент қабат арқылы жүреді. Ал регенерация саты сол немесе басқа адсорберде жүреді.

2.Химиялық өндірістегі суларды адсорбциялық әдіспен тазарту.

Химиялық өндірісте, әсіресе сулардын қалдықтарында биологиялық ауыр бөлінетін заттар болғанда, адсорбент ретінде түйіршіктелген белсенді көмірді қолданады.

Адсорбциялық деструктивсіз әдіспен сулд тазарту технологиялық схемасы келесіден турады: орташаланған бассеинде қышқыл мен сілті сулар араласады, онын рН-ы 4-5.сол сәтте сулардан қышқылды органикалық заттар түзіледі. Темір гидроксидтін меншік беті көп коллоидтарды түзілуге мумкіндік жасайды. Қалдықтар түзілгеннен сайын судын ХПК-сы 25-30% төмендейді, ал түстін интенсивтілігі 2-3 есе кемиді. Ағынды насос арқылы өткізіп, оларды апаратта кальций гидроксид арқылы нейтралдайды және вертикальді аппаратарда түзілген қалдықтарынан босатады. Араластырғышқа коагулянты қосады.

Түсіздені нәтижесінде қалдық сулар қоспасынан метал гидроксидтер, адсорбцияланған бояғыштар мен сұйық қосымша заттар кетіріледі. Түссіздендіргіш аппаратарда 30 - 60% органикалық заттар жойылады. Судағы қалған ластаушы заттар көбінесе минералды, молекулалық ерітілген алифатты және ароматты органикалық заттардан турады.

Түссіздену аппаратан суды араластырғышқа жібереді, оған бункерден белсенді антрацидты қосады. Түзілген суспензияны насос арқылы бір ярустық адсорберге жібереді. Тазартылған суды екінші түссіздену аппаратына жібереді, сонда олар аппаратардан шаққан шаннан тазартылады.екінші түссіздену аппаратан шыққан суды құмды фильтр арқылы сүзеді. Сондай өндеген суларда ароматты қоспалар жойылады.

Адсорбция қондырғының эксплуатациялық шығымы 10000м³/тәул.

Бақылау сұрақтары:

1. 
   Қалдық суларды тазалау үшін қолданылатын адсорбенттер.
   
2. 
   Үздіксіз әсері бар адсорбердегі қалдық сулардын тазалауы.
   
3. 
   Периодтық әсері бар адсорбердегі қалдық сулардын тазалауы.
   
4. 
   Химиялық өндірістегі қалдық сулардан органикалық қоспалардан тазарту жолдары.
   

Практикалық сабақ №1.

Бақылау сұрақтары:

1. 
   Сорбция, адсорбция, десоррбция ұғымдарға анықтамаларды беріндер?
   
2. 
   Активтелген адсорбция және каппилярды конденсация.
   
3. 
   Ле-Шателье принципін қолданып, температура жоғарлаганда адсорбция мөлшері қалай өзгереді? Графикты құрастырындар.
   
4. 
   Адсорбция қысымға тәуелді болған тендеулер.
   

Практикалық сабақ №2.

Бақылау сұрақтары:

1.Хемосрбция үрдістін анықтамасы.

2. Физикалық және химиялық адсорбцияларынын ерекшеліктері.

3. Фрейндлих және Лэнгмюр тендеуінің байланысы.

4. А көмірі сулы ерітінділерден тұз қышқылды хининды аз концентрацияда әлсіз, ал көп концентрацияда В көмірден көбірек адсорбциялайды. А және В көмірлер үшін адсорбция изотермаларын көрсетіндер.

Есептерді шығару №8-11 И.И. Климов, А.И. Филько «Сборник вопросов и задач по физической химии» М: Просвещение 1973, 169-170 б.

Практикалық сабақ №3.

1. 
   Массаалмасу процестердегі материалдық баланс.
   
2. 
   Фаза аралығындағы массаөткізу процестер.
   
3. 
   Массаөткізудің шексіз жылдамдығы.
   
4. 
   Араластыру процесстері.
   
5. 
   Массаөткізу коэффициентіне адсорбенттің қабат биіктігінің әсері.
   

Практикалық сабақ №4.

1. 
   Ауаны кондицилеу үшін арналған силикагелдердің түрлері.
   
2. 
   Ауаны кондициелену жүйелерде литий хлоридің пайдалануы.
   
3. 
   Газдарды тенологиялық тазарту.
   
4. 
   Аппаратардағы жылуалмастырғыш процесстер.
   
5. 
   Аууа суытқыштын жылулық есептері.
   

1. 
   Үздіксіз әсерлі аппаратардың конструкциясы.
   
2. 
   Псевдосұйықты қаба адсорбенті бар абсорбердін жұмыс әрекеті.
   
3. 
   Фазааралық заттын бөлу коэффициенті.
   
4. 
   Адсорбциядан кейін заттын концентрациясы.
   
5. 
   Экстракция процестердегі заттын концентрация төмендеуі.
   

Практикалық сабақ №6.

1. 
   Вертикальді, горизонтальды және сақиналы адсорбердін конструкциясы.
   
2. 
   Жылуалмастырғыш элементері бар адсорбердің жұмыс істеу принципиалді схемасы.
   
3. 
   Адсорбенттін динамикалық және статикалық сыйымдылығы.
   
4. 
   Периодтық әсерлі аппаратардағы газ ағынын жылдамдығын және қабат биіктігін есептеу.
   

Практикалық сабақ №7.

1. 
   Қозғалмалы қатты қабат фазасы бар адсорберді есептеу.
   
2. 
   Шығу қисықтарын және концентрация профильдерін анықтау.
   
3. 
   Десорбцияға керек сутектің концентрациясын есептеу.
   
4. 
   Тұрақты бөлу факторы.
   
5. 
   Массаалмасу коэффициенті және материалдық баланс.
   

Практикалық сабақ №8.

1. Жоғары қысым бойынша газды кептіру.

2. Кептіргіш қондырғылардын принципиалды схемалары.

3.Қысқа циклды қыздырусыз адсорбция қондырғылар.

4. Өнеркәсіптердегі газды кептіру.

Есептерді шығару: К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» Л. Химия 1987.

4.2 Адсорбциялық құрылғылардың сызбанұсқасы (Power point-та презентация)

4.3 Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясындағы катализатор(реферат)

4.4. Экологиялық катализ(Power point-та презентация)

7.1 Негізгі әдебиеттер

7.1.1 Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. 2-ое изд., перераб. И доп. – М., Химия, 1984. С. 592.

7.1.2 Крылов О.В. Гетерогенный катализ.- М.: ИКЦ «Академкнига», 2004,-679 с.

7.1.3 Ю. И. Шумяцкий. Промышленные адсорбционные процессы.-М.:КолосС, 2009,- 184 с.

7.1.5 Химическая технология неорганических веществ. / Под редакцией Ахметова Т.Г. – М.: Химия, 2002. В 2 кн.

7.1.6 С. Грег, К. Синг Адсорбция, удельная поверхность, пористость. - М. Мир. 1970 С.141

7.1.7 Конюхов В.Ю. Хроматография. Учебники, М.: Лань, 2012г.-220с.

7.1.8 Б.В. Айвазов. Парктикум по химии поверхностных явлений и адсорбции. М. Высшая школа. 1973.206 С.

7.2 Қосымша әдебиеттер

7.2.1 Адам Н.К. Физика и химия поверхностей. ОГИЗ. М., Гостехиздат.1947

7.2.2 Позин М.Е. Физико-химические основы неорганической технологии. – Л.: Химия, 1985.

7.2.3 Соколов Р.С Химическая технология. М., 2002. – т. 1-2.