книги / Углеродные адсорбенты и их применение в промышленности
..pdfсинтезированных УА, приведенные в табл. 10,показали,что по динамическим, характеристикам они находятся на уровне опытно-промышленного угля ПАУ и в 1,5 раза превышают ана логичные характеристики промышленного угля СКТ-2А.
Таблица 10
Динамические характеристики процесса адсорбции паров бензола и хлорэтила на УА из 5>iC , В^С
и промышленных УА
Образец |
С=1,2мг/л;Ь =1,5 |
см; |
|
ГОСТ |
ГОСТ |
|
|
V = 0,5 л/мин-см^ |
|
I72I8-7I |
18261-72 |
||
|
б Л л г/см 3 Л г / с м 3 |
Ч |
°бнб ■ |
C2H5C I , |
||
|
мин |
|||||
|
|
|
|
мин. |
||
ySi зерн. |
159 |
197 |
|
0,81 |
105 |
99 |
УВ |
148 |
181 |
|
0,82 |
94 |
- |
|
|
|
|
|
|
|
ПАУ |
168 |
219 |
|
0,76 |
88 |
140 |
СКТ-2Б |
102 |
131 |
|
0,74 |
60 |
70 |
Высокие |
динамические |
адсорбционные |
свойства |
синтезиро |
ванных УА подтверждены результатами испытаний образцов в условиях стандартного динамического опыта по бензолу и
плохо сорбируемому адсорбтиву - хлористому этилу (табл.10) и в еще большей степени при адсорбции смеси метанола,эта нола,ацетона в условиях повышенной влажности с концентра
циями, близкими |
к |
ПДК (т а б л .II). |
|
Приведенные |
в |
таб л .II данные свидетельствуют о лучших |
|
динамических характеристиках образцов |
по сравнению |
с АУ марок ПАУ к СКТ-бА в условиях повышенной влажности,
причем при У |
=87 |
это |
отличие наиболее |
значительно.Так |
|||||
адсорбционные |
емкости |
по этанолу |
при |
=58$ для |
всех |
||||
образцов относительно |
близки,в |
то |
время |
как при |
^ |
=87$ |
|||
их |
значения для |
УSi |
в 1 ,5 -2 ,0 |
раза больше,чем |
у |
образ |
|||
цов |
СКТ-бА и ПАУ. |
|
|
|
|
|
|
|
31
V/J
го
Образец
скт
ПАУ
СКТ-6А ПАУ
Таблица I I
Динамические характеристики |
процесса адсорбции |
|
спеси паров органических веществ в потоке |
||
влажного воздуха УА из |
С |
и промышленными АУ |
Метанол
Со=13‘ 10"6кг/м3
0 9» |
QUU |
u o,oi |
c*zZs, |
кг/м 3 |
слоя |
0,01 |
0,15 |
0,02 |
0,33 |
0,06 |
0,50 |
|
0,28 |
Проскок |
0,07 |
|
0,25 |
|
|
|
Этанол |
|
|
|
|
|
С0 * |
14*Ю“б кг/м3 |
|
||
|
О |
а ? и“ |
|
|
|
J? |
■ |
«01 |
|
|
|
||
С |
кг/м3 |
|
слоя |
С |
||
|
|
|
|
|||
|
В л а ж н о о |
т ь |
58% |
0,37 |
||
|
0,05 |
1,96 |
|
5,28 |
||
|
0,06 |
1,66. |
3,60 |
0,46 |
||
|
0,12 |
2,05 |
|
6,80 |
0,30 |
|
|
В л а ж н |
о с |
т ь |
87% |
0,37 |
|
|
|
1,33 |
|
3,57 |
||
|
|
0,83 |
|
1,90 |
0,44 |
|
|
- |
0,75 |
|
2,27 |
0,33 |
Ацетон
Со = Н -Ю “6 кг/м 3
аГ" |
айн |
а р. ^ |
|
кг/м3 |
слоя |
6,05 |
11,76 |
2 у10 |
6,61 |
3,98 |
10,30 |
1,89 |
5,41 |
0,82 |
2,84 |
0,84 |
3,45 |
1
0,51
ГЛ7 О
0,32
0,38
0,35
0,29
0,24
выводы
X* Показано ,ч ю термохимн еский синтез УА из карбидов и карбонихридов ряда элементов П-У1 групп периодической системы является новый самостоятельным направлением в хи мии и технологии углеродных адсорбентов.
2. Установлено,что изменение технологических парамет ров процесса хлорирования карбидов кремния и титана обес печивает получение УА с развитыми микроили мезопористыии структурами.
3. Выявлены особенности организации пористой структу ры и адоорбционных свойств полученных УА,имеющие генети ческую овязь с условиями синтеза УА и кристаллохимическим строением исходных карбидов.
Л И Т Е Р А Т У Р А
I . |
Etamet |
Р .Н .- Chem.Rev., 1948, vol.43, р.69. |
||||
2* P ierce |
С .,W illey |
J.W ..Smith R.N .- |
J.Hbys.Chem., |
|||
194-9, v o l.5 3 , |
p.669. |
|
|
|
||
3 . |
Dacey |
J .R ., |
Thomas D.G.- Trans.Faraday Soc.,1954, |
|||
v o l.50,p .740 . |
|
|
|
|
|
|
4-« K ip lin g |
J . J . , Wilson R .B .- Trans.Faraday |
S o c ., |
||||
I960,v o l.56,p . ^57. |
|
|
|
|||
5. Плаченов |
Т .Г. и |
д р .- ЖПХ,1971,т . |
4 4 ,№10, |
с . 2246. |
||
6. Плаченов Т.Г. и |
д р .- ЖПХ,1971,т . |
4 4 ,№I I , |
с .2498. |
|||
7. Плаченов Т.Г. и |
д р .- ЖПХ,1970,т .4 3 ,й I , |
с . 97. |
||||
8. Плаченов |
Т .Г . и |
д р .- ЖПХ,1969,т . |
4 2 ,№9, |
с.2020. |
9. Мусакина В .П .,Плаченов Т .Г .- ЖПХ,1969,т.4 2 , №5,
с.1041.
10.Комаров В.С. Адсорбенты и их свойства. - Нинок: Наука и техника, 1977.
11.Болгар А.С.,Турчанинов А.Г..фесенко В.В. Термоди намические свойства карбидов. - Киев: Наукова Думка,1973.
12. F u ler F .,C zerlin sk y Е. Proceedings of |
th e Confe |
rence on S ilic o n C arbide.-B oston,1959,pp.155 |
-161. |
3 |
356 |
33 |
|
|
13.Косолапова Т.Я. Карбиды.- М.:Металлургия, 1968.
14.Панфилов С.А.,Цветков Ю.В.- В к н .: Металлургия
цветных и редких металлов.- |
М.: Наука, 196 7 ,с .П 6 -1 2 |
8 . |
15. Войтович Р .Ф .,Пугач |
Э.А. - в к н .: Высокотемпера |
|
турные карбиды.-Киев: Наукова Думка,1975,0.143-156. |
|
|
16. Котляр Е.Е.,Назарчук |
Т .Н .- В к н .: Химические |
|
свойства и методы анализа тугоплавких соединений.- Киев: Наукова Думка, 1969,с . 3-9.
17. Косолапова Т.Я. - Журн.ВХО им.Д.И.Менделеева,
1979, №З.с.244-249. |
|
|
|
|
18. Нейман Н.С. и др. - |
В кн. высокотемпературные |
|||
карбиды.- Киев: Наукова Думка,1975,с . 156-164. |
||||
1 9 .Коуата К.,Hashimoto J.-Trans.Jap. Inst .Metals, |
||||
1978,vol.19,'N 11,p . 625-639. |
|
|||
20. Osetzky |
D .- СагЪоп, 197^,v o l. 12,p.517-523. |
|||
21. Hofmann V. ,G roll |
E .-Z .anorg.allgem .chem . ,1930, |
|||
Bd.191, s . 414-428. |
|
E. ,Lemcke W.-Z.angew.chem., |
||
22. Hofmann V .,G roll |
||||
1931,Bd.4 4 ,s .841-845. |
|
|
|
|
23. Hoftaann V., Wilm D .-Z.Elektrochem . ,1936,B d.42, |
||||
s . 504-522. |
|
|
|
|
24. Moissan M.H.-Comptes |
rendus A cad .S ci., 1893, |
|||
v o l.117,p .4 2 5 ,1895,v o l.120, |
p .29 . |
|||
25. Stabler A.-Berichte Deutsch Chem.Ges. ,1904,Bd.37, |
||||
s.4465; 1905, |
Bd.38, |
s.2619. |
||
26. Hunter M.-J.Amer.Chem.Soc. ,1910,vol.32,p.330. |
||||
27. Houngen O.A.- |
Chem.Met.Engg. ,1924,v o l.3 0 ,p .737 . |
28.B ra llie r P .-T ran s. Ame r .E le c tr . Soc. ,1926, v o l. 49, p .7.
29.Орешкин С.И .- В к н .: Титан и его соединения.
(Под ред.В.С.Сырокомсного).- М.:Изд-во АН СССР, 1926,
с. 14-20.
30.Максименко М.С., Елисеев А .Г .- В к н .: Титан и его соединения>(Под ред.В.С.Сырокомсного) - М.: Изд-во АН CCCI 1926,0.43-47.
31. Nickl J . J , ,Braunmuhl С г.- Z .a n a ly t.Chem. ,1966, Bd.221,s.223-228.
34
32* N ickl J . J . , Braunmuhl Cr.-Progr.Vacuum Microbalance Techn.-London: e . a . , 1972»v o l•1 ,p •323-332.
33.Mohun W.A.-Proc.Fourth Biennial Carbon Conf., Pergamon Press (Oxford),1959»p.443«
34.Пат.№ 3066099,(США), 1962.
35.Forster H.J.Diss. ... -Universitat,Heidelberg, 1967.
36.Schanz K.Diss. •..-Universitat,Heidelberg, 1970.
37. Орехов В.П. И др. - JffiX, 1969,т .4 2 ,№2 ,с . 251-260.
38.Warnecke H.H.Diss. ...-Ludwig-Maximilians- Universitat,Munchen,1974.
39.Boehm H.P.,Warnecke H.H.-Amer.Carbon Soc.,1975*
p.149.
40. Boehm H.P.,Warnecke H.H.-Carbon 76. 2 Int.
Kohl enstofftag, Baden-Baden, 1976,prepr. s. 1•s.a.76-79*
41. Федоров Н.Ф., Ивахнюк Г .К ., Тетенов В.В. - В к н .: Подучение,структура и свойства сорбентов.- Межвузовский сборник трудов. - Л .: изд.ЛТИ им.Ленсовета, 1980, с . 21-26.
3 -2 356
УДК 661.183.2:621.762Л
В.П.Духанин, Т.Г.Плаченов, С.Л.Глушанков, Л.Н.Кузнецов
СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА И ПОРИСТАЯ СТРУКТУРА АКТИВИРОВАННЫХ УГЛЕЙ,
ПОЛУЧЕННЫХ КЕЕОДОи ТЕРКШРЕССОВАНИЯ
В целях получения материалов с требуемой формой,разме рами, плотностью и физико-механическими свойствами угле родные смеси в виде пресс-порошка подвергаются формова нию. .Последнее может быть осуществлено:
1« прессованием в пресс-форме; 2. прессованием выдавливанием; 3. вибропрессованием;'
4 . гидростатическим прессованием;
5. динамическим формованием.
. Наиболее распространенными среди перечисленных как в нашей стране так и за рубежом продолжают оставаться
для угольно-смоляных паст и сажеволековых смесей прессо вание выдавливанием.и в пресс-форме /1 ,2 / .
Общим для всех'перечисленных способов формования УСК является образование и рост с повышением давления контакт ной поверхности между отдельными частичками и конгломера тами / 3 / . Метод формования определяет анизотропию струк туры ^ она оказывает существенное влияние на формирование структуры при пиролизе и активации гранул.Для прессования
36
УСК в производстве активированных углей в нашей стране применяется, метод Выдавливания.В качестве прессового обо рудования ранее применялись .'идравлические прессы гори зонтального типа "Бюллер" и "Синдром",а также вертикаль ные гидравлические прессы отечественного производства. Основными недостатками гидравлических прессов являются: периодичность процесса прессования,сравнительно низкая производительность,высокие энергозатраты,сложность техни ческого обслуживания,необходимость применения импортных насосов и коммуникаций высокого давления. В связи с этим были проведены работы по исследованию технологии формо вания УСК на шнековых прессах,как более простых и надеж ных в эксплуатаций. Однако глубокого анализа влияния но вого метода прессования на прочность гранул,пористую структуру и сорбционные свойства активных углей не произ вели.
Шнековые машины,сочетающие непрерывность процесса гра нуляции и высокую производительность,сравнительную просто ту конструкции и возможность максимальной механизации процесса, имеют и ряд недостатков. К ним в первую очередь относятся малое давление прессования и нестабильность процесса грануляции,что заставляет добавлять в пасту во ду,которая отрицательно влияет на прочность гранул в про цессе сушки и карбонизации.Необходимо отметить и высокий абразивный износ поверхностей,соприкасающихся с перераба тываемым материалом,что требует частой замены трущихся частей.
Кроме того,прессование выдавливанием имеет ряд общих недостатков,таких как: быстрое забивание и изнашивание фильер,отсюда их постоянная чистка и замена; применение смесей с содержанием связующего значительно большим теоре тически необходимого,неоднородные строения структуры гра нул в сечении за счет трения выдавливаемого материала о стенки фильеры. При этом скорость движения материала внутренней части больше,чем у стенок,в результате чего
возникают растягивающие напряжения,которые обуславливают образование при выдавливании специфических поверхностных
3 -3 3S6
37
дефектов,называемых в промышленности "ершами".
Для уплотнения и повышения механической прочности карбонизованных гранул,а также увеличения адсорбционной ём кости и механической прочное ?и активированных углей была введена дополнительная стадия термоокисления (сушки) "сы рых” гранул.
Известно,что в электроугольной промышленности широко применяют вальцевание для гомогенизации и предварительно го уплотнения сажевопековых композиций / 2 / . Это позволило предположить,что такой способ прессования УСК применим и в технологии активированных углей.
Возможность образования плотного структурного каркаса еще на стадии прессования и уменьшение содержания в нем связующего,как компонента,влияющего в основном на образо вание мезо- и макропор в процессахдальнейшей термообра ботки и активации,представляется перспективным для значи тельного увеличения относительного объёма микропор в еди нице объёма сорбента и его механической прочности.Для изу чения процесса вальцевания УСК необходимо определить опти мальное содержание связующего в пасте в. условиях,прибли жающихся к режимам термопрессования паст.
Реологические характеристики УСК с различным содержа нием связующего определяли методами капиллярной вискози метрии и пенетрации.В случае сферической формы частиц угольного порошка согласно закону Муни предельная плот ность упаковки частиц угля составит 87% по весу.Однако, из рис.1 видно,что при степени наполнения выше 55%наблю дается резкое отклонение в проведении кривых от закона Муни.Это,по-видимому,объясняется тем,что при высоких кон центрациях наполнителя в суспензии определяющими являются факторы: несферичность частиц,неодинаковость их по разме ру,влияние граничного слоя,адсорбционные явления и т .д .
С увеличением степени наполнения снижается зависимость вязкости УСК от температуры (кривые приближаются друг к другу),что объясняется тем,что с уменьшением количества
связующего влияние его на вязкость композиции становится менее значительным,и,по-видимому,при степени наполнения
38
равной продельной,т.в. 87% вязкость композиции не должна зависеть от температуры.
Рис.1. Зависимость вязкости от степени наполнения ласты
Рис.2. Зависимость максимального давления прессо вания от температуры.
39
3 -4 356
Приведенный на рис.2 график зависимости Максимальных
давлений в |
зазоре между валками, полученный при вальцева |
нии УСК с |
низким содержанием связующего показывает «макси |
мальные давления изменяются i езначительно.Поскольку дав ление в зазоре между валками пропорционально вязкости пасты,можно сделать вывод,что вязкость УСК при этих тем пературах практически не изменяется.
Для оценки консистенции угольно-смоляных паст в рабо те применяли метод пенетрации,основанный на измерении ве личины погружения стандартного конуса в исследуемую сре ду.Перед испытанием образцы подпрессовывали и термостатировали в течение часа.
Результаты испытаний приведены на рис.З.
Рис.З. Зависимость величины пенетрации от степени наполнения пасты.
Анализируя полученные данные,можно сделать вывод,что независимо от температуры испытаний в интервале 20-100°С наибольшая плотность композиции наблюдается при содержа нии связующего в УСК 27-29$.
Поскольку формование УСК с содержанием менее 29% прак тически невозможно на действующих шнековых машинах наи больший интерес представляет исследование формуемости на
40