Вспомогательное оборудование криогенных установок
Грачев А.Б., Боярский М.Ю., Савинова Н.М.

2a. Виды адсорбентов

В криогенной технике в качестве адсорбентов наибольшее применение получили силикагель, активная окись алюминия, активный глинозем, активированный уголь и цеолиты [2].

Силикагель - продукт обезвоживания геля кремневой кислоты. Силикагель получают путем обработки раствора силиката натрия (растворимого стекла) серной или соляной кислотой или растворами солей, имеющих кислую реакцию. Получаемый в результате реакции гель кремневой кислоты, имеющий состав SiO₂·nH₂O, промывают водой и сушат при температуре 115÷130°С. После сушки силикагель получается в виде твердой пористой массы. Размеры пор зависят от методов получения силикагеля. Силикагель обычно применяется в виде зерен с размерами от 2 до 7 мм. Недостатком силикагеля является его относительно малая механическая прочность. В процессе работы зерна истираются, и пыль уносится из адсорбера. При попадании капельной влаги зерна силикагеля растрескиваются.

Активная окись алюминия - алюмогель получается дегидрацией тригидрата окиси алюминия (Аl₂O₃·3H₂O) при его термической обработке. Активная окись алюминия содержит 92% Аl₂O₃, 7% H₂O, 0,7%H₂O, остальное Si₂O, Fe₂O₃, TiO₂. Алюмогель достаточно прочное и устойчивое против истирания вещество. Выпускается алюмогель в виде зерен с размерами 4÷7 мм.

В кислородной промышленности для осушки воздуха широко используется активный глинозем - вещество, являющееся побочным продуктом алюминиевых заводов. Активный глинозем по своим адсорбционным свойствам аналогичен алюмогелю, но несколько дешевле.

Активированные угли получают путем специальной обработки (активирования) чаще всего древесных или костяных углей. Активирование проводится с целью удаления из пор угля остатков смол и продуктов сухой перегонки, от которых избавляются прокаливанием угля при температуре около 900°С или экстрагированием. В результате активирования расширяются имевшиеся и образуются новые поры. Удельная поверхность активных углей находится в пределах 600÷1700 м²/г. Выпускаются активные угли в виде зерен с размерами 1÷7 мм. Активные угли поглощают различные газы лучше, чем пары воды. Недостатками активных углей является их горючесть и взрывоопасность.

Цеолиты представляют собой кристаллические алюмосиликаты чаще всего Ca и Na. (Цеолит по-гречески значит "кипящий камень". Такое название он получил потому, что природные цеолиты, пропитанные влагой, при нагревании бурно выделяют воду и пар - "кипят". [1]) Природные цеолиты, такие как шабазит, фаязит и др., встречаются довольно редко. В промышленности применяются в основном искусственные цеолиты типа NаА, NаХ, СаА, СфХ. Например, цеолит NaA имеет формулу Nа₂oAl₂O₃(1,8÷2)SiO₂·5H₂C. Цеолиты типа А и Х отличаются между собой структурой кристалла, что в свою очередь определяет размеры пор. В цеолитах типа А постоянные структурные элементы кристаллов - кубооктаэдры соединяются между собой четырехгранными призмами; в цеолитах типа Х - шестигранными. Между группами октаэдров в кристалле образуются большие полости, равные дели цеолитов А и Х соответственно 11,4 Å и 11,9 Å. Эти полости соединяются окнами, величина которых составляет 4 Å для цеолита А и 9 Å для цеолита Х [8].

Высокие адсорбционные свойства цеолитов связаны как с малыми размерами пор, соизмеримых с размерами адсорбируемых молекул, так и с их однородностью.

Если диаметр молекул вещества больше размеров пир цеолита, то такое вещество цеолитом не адсорбируется. По этой причине цеолиты часто называют молекулярными ситами. Эта же особенность цеолитов позволяет производить на них разделение смеси газов с различными размерами молекул.

Цеолиты отличаются высокой поглотительной способностью по отношению к различным веществам. Для технических целей цеолиты выпускаются в виде гранул, таблеток, шариков и т.д., в которых кристаллический порошок скреплен связующими веществами, обычно глинами (15÷25%) [8].

Техническая характеристика некоторых адсорбентов приведена в табл. 3-1.

Таблица 3-1. Характеристика некоторых отечественных адсорбентов

Дополнительные cведения по адсорбентам, выпускаемым отечественной промышленностью, можно найти в [6, 14, 16].

Следующая страница: 3.1.3. Кинетика процесса