книги / Технология получения активных углей и их применение

6.4.Адсорбционные свойства активных углей

иметоды их определения

6.4.1.Методы определения динамической активности по бензолу и хлорэтилу

МетодыисхемыприборовприведенывГОСТ17218–71 и18261–72. Динамическая активность сорбентов характеризуется величиной, называемой временем защитного действия (ВЗД) слоя сорбента, – это промежуток времени от начала пропускания ГВС через слой сорбента до момента появления проскоковой концентрации вещества за слоем сорбента. При этом часть адсорбционной емкости в слое не ис-

пользуется.

Динамическая адсорбционная способность слоя сорбента характеризуется количеством вещества, поглощенного до момента «проскока» и отнесенного к массе загруженного в колонку сорбента (ад).

Отношение динамической адсорбционной способности слоя сорбента (ад) к его равновесной адсорбционной способности (ар) называется степенью использования адсорбционной емкости слоя α:

Сущность метода определения ВЗД по бензолу или хлорэтилу заключается в измерении времени от момента пуска паровоздушной смеси через слой сухого активного угля до момента появления за слоем паров бензола или хлорэтила в количестве, фиксируемом индикатором.

На рис. 6.5 дана принципиальная схема типового динамического прибора, рассчитанного на одновременное испытание четырех проб; допускаются приборы с меньшим или большим числом динамических трубок. В качестве очистителя воздуха применяют любую коробку противогаза с фильтром.

За рубежом используются методы оценки адсорбционной активности по бутану и четыреххлористому углероду в соответствии

сASTM D 3467–04(2014), ASTM D 5742–95(2015).

ВРФ находятся в стадии разработки ГОСТы по определению активности активных углей по бутану и четыреххлористому углероду.

81

6.4.3. Определение адсорбционной активности активных углей по метиленовому голубому (ГОСТ 4453–74)

Приготовление исходного раствора метиленового голубого (МГ) с

концентрацией 1500 мг/дм3: 1,5 г МГ растворяют в воде в мерной колбе

V = 1 дм3.

Приготовление калибровочных растворов из исходного раствора

(С = 1,5 г/дм3):

1)10 см3 исходного раствора разбавляют водой до 100 см3, получают раствор с концентрацией С1 = 150 мг/дм3;

2)из раствора С1 отбирают 50 см3 и доводят до 100 см3, получают раствор с С2 = 75 мг/дм3;

3)из полученного раствора отбирают 50 см3 и доводят до 100 см3, получают раствор с С3 = 37,5 мг/дм3 и т.д.

Аналогичным образом получают калибровочные растворы с концентрациями 18,75 и 4,68 мг/дм3:

На основании полученных данных строят калибровочный график. Для определения адсорбционной активности образцов по МГ навеску АУ массой 0,1 г помещают в исходный раствор с концентрацией С0 = 1500 мг/дм3 объемом V = 25 см3. Встряхивают 30 мин, затем отфильтровывают, из полученных фильтратов отбирают 5 см3 и разбавляют водой в мерных колбах на 50 см3. Оптическую плотность раство-

ров определяют фотоэлектроколориметрическим методом.

Определение катионообменной активности по щелочи. Около

0,5 г угля взвешивают (результат взвешивания записывают с точностью до четвертого десятичного знака), помещают в коническую колбу вместимостью 250 см3, добавляют 50 см3 0,1 н. раствора гидроксида натрия, закрывают пробкой и вручную каждую минуту взбалтывают в течение 60 мин. Затем раствору дают отстояться и из колбы пипеткой осторожно, чтобы не попали частички угля, отбирают 10 см3 раствора, помещают в коническую колбу и титруют 0,1 н. раствором соляной ки-

84

слоты в присутствии индикатора фенолфталеина до исчезновения окраски. Одновременно проводят холостой опыт, для этого 10 см3 0,1 н. раствора едкого натра помещают в коническую колбу и титруют 0,1 н. раствором соляной кислоты в присутствии индикатора фенолфталеина до исчезновения окраски.

Сорбционную емкость угля по щелочи (А2, ммоль-экв/г) вычисляют по формуле

где V1 – объем 0,1 н. раствора соляной кислоты, израсходованный на титрование 10 см3 раствора едкого натра, см3; V2 – объем 0,1 н. раствора соляной кислоты, израсходованный на титрование 10 см3 раствора едкого натра после обработки углем, см3; 100 – поправочный коэффициент; W – влажность угля, %; m – масса навески угля, г.

За результат анализа принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений, абсолютное расхождение между которыми не превышает допускаемое расхождение, равное 3 %.

Контрольные вопросы

1.В какие группы можно объединить методы анализа активных

углей?

2.Перечислите физико-механические методы анализа активных

углей.

3.В чем заключается сущность методов определения истинной

икажущейся плотностей активных углей? Как, зная ρист и ρкаж, определить общую пористость сорбента и его суммарный объем пор?

4.Что характеризует коэффициент объемной усадки гранул? Как его рассчитать?

5.Перечислитеметодыанализахимическихсвойствактивныхуглей.

6.Перечислите методы определения сорбционных свойств активных углей.

85

7. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВНЫХ УГЛЕЙ

7.1. Основные технологические стадии получения активных углей и их влияние на качество готового продукта

В настоящее время активный уголь получают практически из всех видов углеродсодержащего сырья. Классификация активных углей по агрегатному состоянию с учетом их технологических переделов и вида исходного углеродсодержащего сырья представлена в табл. 7.1 [1].

Таблица 7 . 1

Классификация активных углей по типу углеродсодержащего сырья и агрегатного состояния

На рис. 7.1 приведена классическая принципиальная схема переработки углеродсодержащего сырья в активный уголь. Аппаратурное оформление приведенной схемы получения активного угля может быть самое разнообразное с высоким уровнем автоматизации всего процесса.

Основные технологические операции, используемое сырье и технологическое оборудование для производства различных типов активных углей достаточно близки. В связи с этим в технологических процессах полученияразличныхактивныхуглейиспользуетсяподобноеоборудование.

86

В.М. Мухин и др. [27] рассматривают влияние различных факторов технологического процесса получения активных углей (АУ) на их качество на основании анализа многочисленных экспериментальных данных по влиянию технологических параметров конкретной стадии на прочность, насыпную плотность, параметры пористой структуры, адсорбционную динамическую активность, выход готового продукта и количество образующихся отходов. Для расчетов авторы использовали формулу

i Пср

где Di – доля вклада конкретного параметра стадии в формирование свойств АУ по конкретному показателю качества, %; Пmax, Пmin, Пср – максимальное, минимальное и среднее значение показателя.

Определение доли вклада всех параметров конкретной стадии в формировании каждого конкретного показателя качества активного угля D рассчитывали по формуле

где n – количество параметров на стадии.

Суммарную долю вклада стадии D вычисляли по формуле

где n – количество анализируемых показателей качества активного угля. В табл. 7.3 приведены расчеты D для вклада технологических ста-

дий процесса получения ГАУ в формирование его свойств. Возможность получения широкого ассортимента активных углей

парогазовой активации различного назначения может быть обеспечена гибким изменением технологии без переоборудования действующего производства. Для этого необходимо определить факторы, оказывающие наибольшее влияние на качество получаемого активного угля и долю вклада каждого из них, что подробно анализируется в работе [27] на примере технологии получения ГАУ.

88

Таблица 7 . 3

Доля вклада технологических стадий процесса в формирование свойств газового гранулированного активного угля

Прежде всего следует выделить основные стадии процесса, необходимые операции на каждой стадии и границы варьирования технологическим параметром операции (табл. 7.4).

Таблица 7 . 4

Пределы измерений параметров технологических операций в производстве активных углей типа АГ

89

Окончание табл. 7 . 4

На первой стадии – подготовке углеродсодержащего сырья – показано влияние состава его угольной смеси на характеристики готового активного угля.

На примере получения ГАУ в работе [27] проведены расчеты и показано, что подшихтовка каменного угля полукоксом позволяет регулировать в достаточно больших пределах прочностные, структурные и адсорбционные свойства ГАУ (табл. 7.5).

Таблица 7 . 5 Характеристика активных углей в зависимости от состава сырья

*– насыпная плотность, г/дм3; V – суммарный объем пор по воде, см3/г;

Пр – прочность при истирании, %; Vми – объем микропор, см3/г; W0 – предельный объем сорбционного пространства, см3/г; Qпо бензолу – динамическая активность по бензолу, мин.

На стадии выбора связующего при получении ГАУ прежде всего следует учитывать, что прочностные свойства гранулы в основном определяются типом используемого связующего. Важнейшими показателями связующего являются выходы кокса и пека.

90