книги / Технология получения активных углей и их применение

Для получения паст наиболее пригодны лопастные смесители. Чаще всего эти смесители имеют два вращающихся вала, на которых смонтированы различные лопасти. Корпус смесителей неподвижен и может иметь рубашку для нагрева или охлаждения продукта. Схема лопастного смесителя с Z-образными гладкими лопастными валами приведена на рис. 7.13.

Внешний вид смесителя ЗЛ–630–23К–01 представлен на рис. 7.14.

Рис. 7.14. Смеситель ЗЛ–630–23К–01

111

7.5.5. Оборудование для гранулирования

Необходимость гранулирования порошковых материалов обусловлена преимуществами гранул по сравнению с порошкообразной формой веществ. Гранулы обладают высокими сорбционными характеристиками, хорошей сыпучестью, не слеживаются при хранении, не пылят при транспортировке и расфасовке.

Для гранулирования могут применять разные методы: окатывание порошков в присутствии жидких связующих добавок, диспергирование суспензий в псевдоожиженном слое, прессование порошков, экструзия.

Гранулирование методом формования (экструзии) заключается в продавливании исходного материала через перфорированную решетку и последующей конвективной сушке гранул.

Формование и гранулирование служат для получения контактной массы в виде частиц определенной формы и размеров, обеспечивающих необходимые параметры проведения процесса (скорость, избирательность и др.) при допустимых энергетических затратах на преодоление гидравлическогосопротивленияслояматериалаивысокойегопрочности.

Грануляторы для формования цилиндрических гранул. В грануляторах этого типа формование проводят путем продавливания влажной пастообразной массы через отверстия формующей головки с последующим разрезанием жгутов на грануляционных устройствах. По принципу создания давления, необходимого для экструзии, различают шнековые (червячные) (рис. 7.15) ипоршневыевинтовыеилигидравлическиемашины.

Рис. 7.15. Схема шнекового гранулятора: 1 – корпус; 2 – шнек; 3 – решетка

112

Грануляционные устройства, применяемые в производстве, и комплектующие экструзионные машины разделяются на ножевые, дисковые, струнные и барабанные. В ножевых устройствах резка жгутов осуществляется ножами, установленными на вращающемся роторе в радиальном направлении. Плоскость вращения перпендикулярна направлению движения жгутов. Длина гранул определяется скоростью экструзии, частотой вращения ротора и числом ножей, установленных на роторе. В струнных устройствах жгут разрезают струны, натянутые между двумя вращающимися дисками (кольцами). В дисковых гранулятоpax функции ножей выполняют вращающиеся с частотой 150–400 об/мин диски. На рис. 7.16 изображен шнековый гранулятор марки PRG. Данный гранулятор подходит для получения катализаторов, углеродных сорбентов, оксидов, сложных удобрений (табл. 7.7).

Рис. 7.16. Шнековый гранулятор PRG

113

7.5.6. Оборудование для термообработки

Сушка гранул в процессе получения активного угля проводят в барабанной сушилке.

Барабанная сушилка. Барабанные сушилки предназначены для сушки в производстве строительных материалов, в металлургической, химической, угольной промышленностях. Они характеризуются быстрой сушкой, длительным сроком службы, низкой стоимостью, простотой в эксплуатации, удобным техническим обслуживанием и ремонтом. Оборудование состоит из вращающегося барабана, подъемной плиты для материала, системы передачи и пр. Схема барабанной сушилки приведена на рис. 7.17.

Рис. 7.17. Схема барабанной сушилки

Высушиваемый материал подается с верхнего конца вращающегося барабана, а теплоноситель – с нижнего конца. Когда барабан вращается, материал начинает двигаться в сторону нижней части вследствие своей силы тяжести. В процессе движения материал получает тепло от теплоносителя и тем самым сушится. Затем высушенный материал выгружается из разгрузочного отверстия. Как правило, теплоноситель представляет собой нагретый воздух или топочный газ.

На рис. 7.18 показан внешний вид сушилки типа Ф производства Китай, втабл. 7.8 приведенытехническиехарактеристикитакихсушилок.

Термическая обработка углеродсодержащего сырья включает два основных процесса: карбонизацию и активацию, которые могут осуществляться во вращающихся барабанных и шахтных печах.

Вращающаяся печь барабанного типа состоит из горизонтально расположенного цилиндрического кожуха (барабана), футерованного изнутри огнеупорным кирпичом, опорных устройств и привода, головок (топочной и газоотводящей) и холодильника (рис. 7.19).

114

Печь парогазовой активации барабанного типа «КВАРК-500» для производства активного угля. Эта печь служит для активации карбонизированных продуктов углеродного состава: бурого и каменного угля, антрацита, торфа, дерева, растительных отходов (грецкого, кокосового и других орехов, косточек плодов фруктовых деревьев, шелухи риса). В результате получается активный уголь, применяемый для очистки, разделенияиизвлеченияразличныхвеществ, чтонеобходимовразныхсферах.

Всостав оборудования входят: линия автоматической подачи сырья

взону активации, печь активации барабанного типа, парогенератор, автоматическая выгрузка полученного продукта и его упаковка (рис. 7.20).

Функциональность печи активации барабанного типа не ограничивается активацией углеродсодержащего сырья. Также «КВАРК-500» может использоваться для карбонизации и пиролиза продуктов углеродного состава. В этом случае требуются определенные изменения конструкции оборудования.

Технико-экономические показатели печи активации «КВАРК-500»:

Рис. 7.20. Печь «КВАРК»

Печи шахтного типа с внутренним обогревом широко используют для активирования кускового угля, который затем перерабатывается в дробленый или порошкообразный. Многоступенчатая печь шахтного типа с боковыми горелками изображена на рис. 7.21 [12].

116

4.Каковы основные требования к качеству сырья для получения активных углей?

5.В чем состоит сущность процесса карбонизации? Каковы условия проведения процесса, от каких факторов они зависят?

6.Что такое активация в технологии получения активных углей? Механизм процесса парогазовой активации.

7.В чем заключается сущность процесса химической активации?

8.ОпишитемеханизмсмешаннойактивациисиспользованиемK2CO3.

9.Приведите условную технологическую схему получения ГАУ

иДАУ. Сравните их.

10.Перечислите оборудование дробления и размола, используемое при производстве активных углей.

11.Перечислите оборудование, которое используется для получения угольно-смоляной композиции и формования гранул.

12.Какие аппараты используются для карбонизации и активации?

8. РЕГЕНЕРАЦИЯ ОТРАБОТАННЫХ АКТИВНЫХ УГЛЕЙ

Широкое применение активных углей в различных процессах очистки твердых и жидких сред приводит к формированию и накоплению твердых отходов – отработанных активных углей. Эффективное применение углеродных сорбентов возможно только при условии их регенерации и многократном использовании [35].

Известен ряд основных методов регенерации сорбентов:

–химический метод,

–метод вытеснительной десорбции,

–экстракционный метод,

–термический метод,

–биологический метод и др. [36].

8.1. Химическая регенерация

Химическая регенерация – это обработка использованного сорбента жидкими или газообразными реагентами при температуре, как правило, не выше 100 С. В результате такой обработки сорбат либо де-

118

сорбируется без изменения химического состава, либо десорбируются продукты его взаимодействия с регенерирующим агентом.

Химическую регенерацию часто проводят непосредственно в адсорбционном аппарате. Самый простой метод химической регенерации АУ – нагревание отработанного сорбента в воде, что приводит к увеличению степени диссоциации и растворимости сорбата и, в итоге, к частичной его десорбции. Иногда достаточным бывает простое аэрирование отработанныхАУвводе, чтотакжеприводиткчастичнойихрегенерации.

Слабые органические электролиты достаточно просто десорбируются с угля при переводе их в диссоциированную форму путем изменения рН на 3–4 единицы. Диссоциированные ионы сорбата переходят в раствор в объеме пор, откуда затем вымываются регенерирующим раствором или водой [37].

Из всех методов химической регенерации углей наибольшее распространение в водоподготовке получила обработка АУ растворами гидроксида и карбоната натрия. Десорбция органического сорбата с АУ растворами кислот используется сравнительно редко. Чаще кислоты служат окислителями сорбата на угле. Окислителем органического сорбата может служить и перекись водорода. По окончании обработки АУ растворами неорганических веществ сорбент промывают теплой или холодной водой, а иногда для стабилизации рН растворами, содержащими противоположно заряженные ионы.

Таким образом, общим для любых способов химической регенерации отработанных углей является:

–приготовление, хранение и подача регенерирующих растворов;

–циркуляция этих растворов через слой адсорбента;

–сбор и очистка отработанных элюатов;

–ликвидация кубового остатка;

–отмывка паром или водой активного угля от остатков реагентов. Любой метод химической регенерации приводит к формированию

инакоплению отработанных растворов, которые в свою очередь также требуют очистки. Сточные воды иногда после физико-химической очистки и всегда после биохимической содержат загрязнения, которые после адсорбции на угле не десорбируются химическими методами, осмоляются, закрывая активное поровое пространство сорбента. В этом случае эффективна лишь термическая регенерация.

119

8.2. Методы вытеснительной десорбции

Вытеснительная десорбция осуществляется путем вытеснения из адсорбента поглощенного вещества (адсорбата) другим компонентом, являющимся вытеснителем (десорбентом), к которому предъявляются следующие требования:

–хорошая сорбируемость;

–способность активно вытеснять поглощенные компоненты из адсорбента;

–пожаро- и взрывобезопасность;

–экологическая безопасность (нетоксичность);

–низкая стоимость.

Вкачестве компонента-вытеснителя органических веществ из адсорбента могут применяться такие вещества, как аммиак, диоксид углерода, вода и т.д. При выборе десорбирующего агента необходимо учитывать, что адсорбент должен не только эффективно удалять адсорбат, но и сам эффективно удаляться в последующем [38].

8.3. Методы экстракционной регенерации

Для десорбции органического сорбата часто используют прием экстракции. С этой целью применяют низкокипящие легко перегоняющиеся с водяным паром органические растворители (спирты, ацетон, хлороформ, дихлорэтан, бензол, бутилацетат) с последующей отгонкой отработанного растворителя.

Для успешного проведения экстракционной регенерации необходимо, чтобы были выполнены следующие условия:

–растворимость сорбата в растворителе была выше, чем в воде;

–коэффициент распределения сорбата при экстракции его растворителем из воды был предельно большим;

–растворитель хорошо смачивал АУ; имел низкую температуру кипения и вязкость; был негорючим и невзрывоопасным; легко десорбировался с активного угля после регенерации и разгонялся для возврата его для следующего цикла обработки.

Предварительная щелочная промывка активного угля повышает эффект последующей экстракции растворителями за счет сдвига pH

ичастичного гидролиза сорбата. Экстракционная регенерация углей от

120