+7 (495) 223-00-32
8 (800) 700-28-30
Филиалы и представительства
Регенерация силикагеля в промышленности
02 Ноября 2012

Широкое применение синтетических адсорбентов для осушки помещений, газов, в качестве влагопоглотителей при хранении различных изделий, а также для глубокой осушки и очистки различных органических веществ, масел, маслохладоновых смесей экономически выгоднее при многократном использовании регенерированных адсорбентов.

Если вы используете силикагель, замена этого материала должна проводится регулярно.

Регенерация – это процесс восстановления рабочих свойств адсорбента ( в данном случае силикагеля) после использования его для осушки или очистки.

Регенерация включает в себя две стадии:

1. Десорбцию – это процесс, обратный адсорбции, т.е. удаление адсорбтива из адсорбента.

2. Охлаждение адсорбента после десорбции.

Следует отметить, что процесс регенерации очень важная стадия, т.к. в значительной мере определяет экономику разделения и очистки газовых и жидких смесей (примерно 60-70% всех энергетических затрат приходится на стадию регенерации). Степень осушки или очистки газов и жидкостей во многом зависит от того, насколько эффективно была проведена регенерация.

рис. 1 Зависимость глубины осушки газа мелкопористым силикагелем КСМ-5 (остаточная влажности с) от условий регенерации (t, W)

В зависимости от того, для каких целей применялся силикагель, зависит выбор стадии десорбции. При использовании силикагеля как влагопоглотителя для осушки помещений, газов, при хранении различных изделий десорбция заключается в обезвоживании пропитанного влагой силикагеля. Глубина осушки зависит, в первую очередь, от температуры регенерации, а при низких температурах – от влажности продувочного газа W (рис.1).Кривые, соответствующие различной влажности продувочного газа ( от 1000 до 21500 част. на 1 млн.), носят экспоненциальный характер и остаточное влагосодержание по мере увеличения температуры регенерации асимптотически стремится к некоторому предельному значению ( 10 част. на 1 млн.). Это значение концентрации влаги в паровой фазе, видимо отвечает полному удалению физически адсорбированной воды из пор силикагеля. При температуре регенерации выше 1600С полнота регенерации силикагеля достигается вне зависимости от влажности продувочного газа.

Степень осушки газов силикагелями определяется на основе диаграммы, построенной с учетом изотерм адсорбции ( рис.2).

рис. 2 Диаграмма для определения остаточного влагосодержания в газе после осушки мелкопористым силикагелем с учетом условий регенерации (температуры и влажности продувочного газа)

Приведем пример использования диаграммы. Пусть при регенерации силикагель был нагрет до 1350С в результате продувки влажным газом, в котором концентрация влаги составляет 1000 част. на 1млн. Проводим перпендикуляр с = 1∙103 част. на 1 млн. до пересечения с изотермой 1350С. Содержание влаги в адсорбенте после регенерации определяем на оси ординат в соответствии с положением точки пересечения. Оно равно около 1% (масс.). В свою очередь, точки пересечения линии постоянного влагосодержания силикагеля с кривыми 25 и 500С позволяют получить на оси абсцисс значения остаточного содержания влаги в газе на стадии осушки: 11 част. на 1 млн. при 250С и 28 част. на 1 млн. при 500С.

Если силикагель использовался для осушки и очистки различных органических веществ, например фреонов, различных масел, маслохладоновых смесей и т.п., то многократное использование адсорбентов, прежде всего, требует удаление компонентов очищаемой среды с внешней поверхности и из объема вторичных пор гранул адсорбента перед термической обработкой. В этом случае, стадия регенерации может осуществляться в несколько этапов; к термической обработке силикагелей добавляется различные способы удаления адсорбированных веществ с поверхности. Выбор подходящего способа регенерации будет зависеть от среды, в которой работал силикагель. Если для легколетучих веществ, таких как хладоны и органические растворители, это не вызывает существенных технологических сложностей и их удаление легко осуществляется вакуумированием или продувкой, то при удалении высоковязких веществ, таких как масла, возникают существенные трудности. Масло, оставшееся на внешней поверхности и во вторичной пористой структуре гранул, в процессе термической десорбции закоксовывается. Этот процесс сопровождается процессом сгорания. В результате снижается активность адсорбента, ухудшается кинетика адсорбции.

Способы удаления адсорбированных веществ с поверхности адсорбента разнообразны: обжиг в окислительной среде, отдувка водяным паром, отмывка растворителем. При обжиге адсорбент продувается воздухом, температурой до 2000С и основная часть масла стекает с адсорбента без воспламенения. Затем температуру регенерации поднимают до 500-6000С. Термическая десорбция связана с потерями масла и может сопровождаться изменениями молекул выделяющихся веществ за счет каталитических превращений при повышенной температуре, вызывать накопление в пористой структуре адсорбента коксообразных продуктов и смол.

При регенерации адсорбентов после осушки легколетучих органических веществ ( например четыреххлористого углерода, хладонов и др.) перед тепловой обработкой производится отдувка инертным газом при температуре обычно не более 80-900С. При регенерации отработанного силикагеля горячим раствором кальцинированной соли с различными поверхностно-активными веществами масло выделяется из адсорбента и всплывает наверх. Обработанный таким образом силикагель осушается горячим воздухом..

Отмывка адсорбированных масел растворителями (например, бензином, ацетоном и т.д.) – более совершенный процесс. Поскольку применение этих растворителей связано с повышенной пожаро- и взрывоопасностью, целесообразнее использовать для отмывки негорючие растворители, например, трихлорэтилен или хладоны.

рис. 3 снижение активности силикагелей

Десорбционные процессы могут проводиться периодически (в аппаратах с неподвижным слоем сорбента) и непрерывно (в аппаратах с движущимся слоем адсорбента) в адсорберах. Причем, последние нашли ограниченное применение. Для создания непрерывного процесса используют блоки адсорберов, в которых каждый адсорбер состоит в том или ином цикле ( адсорбция, десорбция, сушка и охлаждение). Такие блоки могут быть четырех-, трех- и двухсорберными.

В процессе эксплуатации адсорбционных установок адсорбционная емкость силикагелей снижается. Это объясняется тем, что в результате многократного повторения чередующихся циклов адсорбции и десорбции происходит снижение активной адсорбирующей поверхности поглотителя, вызываемое механическим истиранием частиц сорбента, растрескиванием, пылением и разрушением их, отравлением сорбента примесями, которые не удаляются при десорбции.

На рис.3 показана обобщенная зависимость снижения во времени относительной статической активности силикагелей, построенная на основании экспериментальных данных фирмы « Линде».

Статическая активность всех осушителей уменьшается с ростом рабочей температуры адсорбции. Цеолиты подвержены такому влиянию в меньшей степени, чем силикагели, на статическую активность которых температура процесса оказывает заметное влияние (табл.1)

Таблица 1

Рабочая темпера-

тура процессов,

0С

20

25

30

35

40

45

50

55

Относительная

статическая

активность, %

100

97,1

93,9

89,7

84,7

79,1

71,3

57,1

Расчетная статическая активность силикагеля должна приниматься такой, чтобы можно было получить экономичный срок службы поглотителя. Учитывая данные рис.3 и табл.1 расчетная активность адсорбента не должна превышать 60% от паспортных данных товарных поглотителей. Обычно в проектных расчетах принимают, что статическая активность силикагеля по влаге составляет 7-9 кг Н2О / 100 кг осушителя. В нормальных условиях эксплуатации экономичный срок службы силикагеля составляет от 1 до 3 лет.

Литература:

1. Кельцев Н.В. « Основы адсорбционной техники», М., ХИМИЯ, 1984г.

2. Малкин Л.Ш., Колин В.Л. « Осушка и очистка малых холодильных машин», М., Легкая и пищевая промышленность 1982г.