Medistok » Медицина » Активация угля паром

Активированный уголь – это вещество, получаемое в промышленности из органического сырья (чаще всего из древесины, реже из торфа и костей животных). Рассмотрим подробнее, как получают активированный уголь.

Как активируют уголь в промышленности

Сначала сырье, которое станет впоследствии активированным углем, поддается реакции карбонизации. Этот процесс представляет собой обжиг под воздействием высоких температур в инертной атмосфере и при отсутствии кислорода. Но полученный после этого карбонизат еще не обладает полезными свойствами активированного угля, так как количество пор в нем еще небольшое. Такое сырье также подвергается процессу активации.

При активации угля в промышленных условиях используют в основном каменный или бурый уголь, древесину или скорлупу кокосовых орехов.

Процесс активирования угля

Обожженный карбонизат или уголь может подвергаться обработке специальными соединениями химического происхождения либо горячим водяным паром.

Как активируют активированный уголь? Для активации угля используют пар. Рассмотрим этот процесс подробнее.

  1. В контролируемой среде карбонизат обрабатывают водой при высоком давлении и температурах от 800 до 1000 °С. В процессе такой обработки на поверхности угля происходит химическая реакция, открываются ранее закрытые углеродные поры. Таким образом многократно увеличивается площадь внутренней поверхности угля — до 1,5 тысяч кв. м из расчета на 1 грамм угля. При помощи регуляции условий можно добиться различной адсорбционной способности угля.
  2. Предварительно первичный материал пропитывают химическими веществами – раствором калия карбоната либо цинка хлорида.

В процессе активации паром происходит следующая реакция:

А при избытке молекул воды может происходить и следующий процесс:

Уголь может активироваться не только в безвоздушном пространстве, а также и при ограниченном доступе кислорода. При этом некоторая часть угля сгорает, создавая необходимую температуру для активации, но количество активированного угля на выходе в этом случае существенно уменьшается.

В результате активации, проведенной термохимическим способом, получается уголь с грубыми порами, который используют лишь для обесцвечивания жидкостей. А активированный уголь, полученный путем активации паром, пригоден для очистки.

Окончательная обработка угля

После основной обработки уголь остужают, а потом просеивают и сортируют. Отсеивается шлам (пылевые отходы), после чего уголь дополнительно обрабатывается так тщательно, как требуется для получения конечного результата. Его могут пропитывать разнообразными химическими соединениями (процесс импрегнирования), отмывать кислотами, после чего просушивать и дробить. Потом активированный уголь упаковывается в соответствующую промышленную тару.

При помощи водяной активации удается увеличить внутреннюю площадь угля. Это делает активированный уголь отличным сорбентом (веществом, избирательно поглощающим газы или растворенные вещества из окружающей среды). Но не вся обрабатываемая поверхность может адсорбироваться. Поры слишком малы для адсорбции (поглощения вещества поверхностным слоем твердого тела) крупных молекул. При этом увеличить размеры пор возможно, если активации подвергнуть уголь не растительного происхождения, а животного.

Регенерация сорбентов

Сорбция относится к обратимому процессу, при котором поглощенное сорбентом вещество может переходить обратно в раствор. Скорость протекания процесса сорбции и обратного процесса десорбции зависят от концентрации вещества в растворе и на поверхности сорбента.

На начальном этапе процесса концентрация вещества в растворе максимальна, поэтому скорость сорбции тоже максимальна.

Читайте также:  Лиофилизированный порошок для инъекций

По мере того, как растет концентрация вещества на поверхности сорбента, растет и количество молекул, переходящих обратно из сорбента в раствор.

При достижении равновесной концентрации количество сорбируемых из раствора молекул в единицу времени сравнивается с количеством молекул, переходящих с поверхности сорбента в раствор. При этом концентрация раствора становится постоянной.

Если после достижения момента равновесия незначительно повысить концентрацию раствора сорбата, то какая-то часть растворенных веществ будет еще поглощена сорбентом.

После полного использования сорбционной емкости сорбента равновесие перестанет восстанавливаться. То есть дальнейшее повышение концентрации растворенного вещества в растворе не повлияет на количество сорбируемого вещества.

Регенерация активированного угля

Вещества, поглощенные активированным углем в процессе адсорбции, извлекают десорбцией насыщенным или перегретым паром. Еще один вариант — десорбция нагретым инертным газом.

Температура перегретого пара при избыточном давлении 0,3-0,6 МПа составляет 200-300 °С. Температура нагретых инертных газов — 120-140 °С.

При отгонке легколетучих веществ расход перегретого пара составляет 2,5-3 кг на 1 кг отгоняемого вещества. Для высококипящих веществ расход пара принимают в 5-10 раз больше.

Пары после процесса десорбции конденсируют, и поглощенное вещество выделяют из конденсата.

Для регенерации активированного угля может быть использован метод экстракции или жидкофазной десорбции низкокипящими растворителями.

Органические растворители — метанол, бензол, толуол, дихлорэтан — используются для регенерации в нагретом состоянии или без нагревания.

После окончания регенерации остатки растворителей из угля удаляют при помощи острого пара или инертного газа.

В случае десорбции из адсорбента слабых органических электролитов их предварительно диссоциируют.

Диссоциированные ионы электролитов переходят в раствор, находящийся в порах активированного угля. Ионы из пор удаляются горячей водой, растворами кислот или щелочей (в зависимости от вида электролита).

Иногда для эффективной регенерации адсорбированное вещество путем химической реакции переводят в другое вещество, которое легче извлечь из сорбента.

Если вещество не имеет ценности, его разрушают деструктивными окисляющими реагентами — хлором или озоном, либо методом нагревания.

Термическая регенерация проводится в бескислородной атмосфере при температуре 700-800 °С. При регенерации часть адсорбента — до 15-20%— теряется.

Имеются опытные разработки для биологической регенерации активированных углей, при которых происходит биохимическое окисление адсорбированных веществ. Биологическая регенерация позволит существенно удлинить срок службы адсорбента.

По отношению с адсорбированным веществам различают регенеративную и деструктивную сорбцию. При регенеративной сорбции извлеченные вещества подвергают дальнейшей утилизации. При деструктивной сорбции собранные вещества уничтожают.

В зависимости от того, каким образом и какие вещества удаляются при сорбционной очистке, используют разные методы для регенерации или уничтожения сорбента.

Методы извлечения поглощенных веществ из сорбента:

  • экстрагирование при помощи органических растворителей;
  • диссоциация слабого электролита в равновесном растворе;
  • отгонка поглощенного вещества с водяным паром;
  • испарение поглощенного вещества под действием потока инертного газообразного теплоносителя.

В некоторых случаях целесообразно проводить сначала химическую реакцию сорбированных веществ, а затем десорбцию полученных продуктов реакции.

Для десорбции легколетучей органики — бензола, толуола, нитробензола, этилового спирта — применяют воздух, инертные газы или водяной пар.

Воздух при десорбции имеет температуру 120-140 °С, перегретый пар — 200-300 °С, дымовые или инертные газы — 300-500 °С.

Читайте также:  Жизнь после ршм сестренка

Для отгонки легколетучих веществ, сорбированных на активированном угле, расход пара составляет 3-12 кг на 1 кг поглощенного вещества. Для десорбции могут использоваться низкокипящие и легко перегоняющиеся с водяным паром растворители — бензол, бутилацетат, дихлоэтан или толуол.

Десорбция происходит при охлаждении или при нагревании, затем растворитель отгоняется из сорбента при помощи острого пара или теплоносителя.

Деструктивная очистка предусматривает использование методов окисления или высокотемпературного нагрева. Потери адсорбента — активированного угля— при термическом методе десорбции составляют 5-10 %.

С учетом потерь активированного угля затраты на сорбционную очистку на 30-35% состоят из расходов на сорбент.

Активированный уголь обладает большой способностью погло­тать пары и газы из воздуха, что обусловливается большой его пористостью.

Уголь-сырец, полученный из древесины обычным способом, хотя и обладает большой пористостью и весьма развитой внутрен­ней удельной поверхностью, по поверхность пор и сами поры по­крыты тонкой пленкой смоляных и углеродных комплексов. По­этому уголь-сырец является малоактивным и обладает сравни­тельно малой способностью поглощать пары, газы и другие ве­щества.

Табл. 130 показывает, сколько фенола поглощает уголь-сырец и активированный уголь.

Количество фенола в г, поглощаемого 100 г угля

Внутренняя удельная поверхность пор активированного угля зависит от качества древесины, из которой получен уголь-сырец, и от способа его активации.

Наибольшей адсорбционной способностью обладают угли, по­лученные из твердолиственных пород древесины (дуба, бука, бе­резы и др.). В единице объема таких углей заключено большое количество активного углерода, т. е. они обладают большей плот­ностью. При соответствующих условиях активации, обеспечиваю­щих максимально возможное использование внутренней поверх —

38 В. Н. Козлов, А. А. Ни. мвицкнй

Пости,, такие угли способны поглощать весьма большие количества адсорбируемого вещества.

Древесный уголь-сырец можно активировать обработкой его перегретым водяным паром (при температуре 800—900°), угле­кислотой, аммиаком, кислородом воздуха.

В промышленности наибольшее распространение получил спо­соб активации перегретым водяным паром.

Увеличение обгара углей при активации, зависящее от про­должительности обработки их водяным паром, вызывает прогрес­сирующее увеличение пористости и вместе с тем сорбционной емкости, что видно из табл. 131 (поданным М. М. Дубинина).

Зависимость пористости и сорбционной емкости углей отстепени

Предельный орбцио нный бъем в см3/г

0,105 0,207 0,286 0,480 0,519 0,820 0,880

Поры углей, обусловливающие наличие внутренней адсорби­рующей поверхности, разделяются по их размерам и той роли, которую они выполняют в процессе адсорбции, на микропоры с

Эффективными радиусами 10—20 А на так называемые переход­ные поры (150 А) п: на макропоры (8000 А).

Согласно Дубинину, основная доля внутренней поверхности углей образуется за счет микро — и переходных пор. Так, для углей средней степени активации 3-дельная поверхность микропор со­ставляет 240 ,ч2-‘г, переходных поп— 150 м3/г и чакропов лишь 1,9 м2/г. ‘ ‘ —

Поэтому слишком большие обгары, когда происходит увеличе­ние количества макропер за счет выгорания микро — н переходных пир, приводит к уменьшению удельной поверхности и сорбционной емкости углей.

До настоящего времени ист единого метода расчета удельной поверхности пористых адсорбентов.

Поэтому данные об одном и том же образце активированного угля, полученные разными1 исследователями!, могут иметь некото­рые расхождения, но все они сходны в том, что удельная поверх­ность активированных углей измеряется в пределах 200—800 м2/г для разных степеней обгара.

Читайте также:  Сколько в норме

В табл. 132 приведены данные результатов определения удель­ной поверхности пяти образцов углей по адсорбции из раствора метиленовой сини и по величине повышения температуры при сма­чивании угля бензолом.

Результаты определения удельной поверхности углей

Повышение темпера — : туры при смачивании J бензолом

Еь:числетпя уд^ль ная поверхность

Найденная удельная поверхность 1 м2 гля по адсорбцил MeiH.Ieno— иой сини

Процесс получения активированного угля из древесного угля- сырца состоит из следующих операций:

1. Предварительное измельчение и сортировка кусков угля до размеров от 1,5 до 2 см.

2. Активация паром.

3. Дробление и сооткровка зерен размером 1,5—4 мм.

Древесный уголь действием перегретого водяного пара акти­вируют в особой печи, в вертикальных ретортах. Сверху з реторты загружают уголь-сырец, снизу, по принципу противотока, подают пар; внизу же выгружается активированный уголь. Нагревание реторт происходит снаружи, за счет сжигания газов, получаемых в ретортах.

Температура в реторте внизу, куда поступает пар, равна 200 — 250′; в средней (по высоте) части она равна от 750 до 850°, а в верхней части — от 200 до 300°. Загруженный уголь-сырец, по­степенно опускаясь, проходит через зону подсушки (верхняя часть реторты), зону отгонки остаточных летучих и зону активации (средняя часть), попадает в зону охлаждения, где охлаждается поступающим водяным паром, и затем выгружается в железную тару, герметически закрываемую, в которой и остывает. Печь дей­ствует непрерывно. Весь цикл прохождения угля через печь длится около 12 часов.

Оптимальная температура активации равна 960". Выше этой температуры изменяется структура угля, в результате чего адсорб­ционная способность его снижается.

Известны печи и других систем, например горизонтальные вращающиеся ретортные печи и вертикальные активаторы, в кото­рых уголь активируется, пересыпаясь сверху вниз по поверхно­стям специальных ромбоидов, установленных в печи один над другим и обогреваемых изнутри.

Наибольшее промышленное применение имеют активирован­ные угли осветляющие и конденсационные.

Осветляющие угли после активирования подвергают дополни­тельной обработке кислотой для удаления золы, после чего ней­Трализуют щелочью и промывают водой.

Осветляющие угли разделяются на марки: А — сухой щелоч — пый, Б — влажный кислый и В — влажный нейтральный или слабощелочный.

По ГОСТ 4453—48 осветляющие активные угли должны иметь осветляющую способность по метиленовому голубому не менее 70—75%.

Осветляющие угли находят самое широкое применение в про­мышленности’ для обесцвечивания сахарных растворов, масел, глицерина, для очистки вин от примесей, сообщающих им неже­лательный вкус, запах или цвет, в крахмало-паточном производ­стве, в фармацевтическо-й промышленности и т. д.

Конденсационные угли применяют для улавливания из воздуха ценных органических растворителей (бензола, бензина, спирта, эфира и Др.); некоторые сорта их, так называемые газовые кон­денсационные угли, применяют в противогазовой технике.

Кроме перечисленных активированных углей, имеют примене­ние и другие его сорта: карбюризатор древесноугольный березо­вый; БАУ, потребляемый ацетиленовой промышленностью; КАД — иодный и др., а также каталитические и медицинские угли.

Обратите внимание

Эссенциале инструкция цена отзывы

Содержание1 Фармакологическое действие2 Фармакокинетика3 Показания к применению4 Способ применения5 Побочные действия6 Противопоказания7 Беременность8 Передозировка9 Форма ...

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector