АДСОРБЕНТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОВ И ЖИДКОСТЕЙ ОТ ВРЕДНЫХ ПРИМЕСЕЙ

Техническое решение относится к области очистки жидкостей и газов от вредных примесей, в том числе высокотоксичных и радиоактивных соединений, и может найти применение в химической, нефтехимической, металлургической, машиностроительной, энергетической, атомной и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки сточных вод, дымовых газов и вентиляционных выбросов.
Известны сорбционные и ионообменные материалы в виде зерен, гранул и таблеток цилиндрической, сферической и овальной формы, изготовленных из так называемых активных углей, силикагелей, цеолитов и ионитов [Проскуриков В.А., Шмидт Л.И. Очистка сточных вод в химической промышленности. - Л.: Химия, 1977, с.165, 169, 247, 252; Попова Н.М. Катализаторы очистки газовых выбросов промышленных производств. - М.: Химия, 1991, с.13, 53].
К причинам, препятствующим достижению данного технического результата, относятся низкая механическая прочность зерен, гранул и таблеток, приводящая к их измельчению и истиранию, особенно в аппаратах непрерывного действия с движущимся или псевдоожиженным, слоем сорбентов, ионитов или зерен катализатора, что снижает производительность сорбции и увеличивает расход адсорбента.
Известны сорбционные и ионообменные материалы в виде волокон, которые сплетаются в нити, из которых изготавливают ткань или трикотаж, или остаются в виде нетканого материала и волокна [Тимонин А.С. Инженерно-экологический справочник. Т.1 - Калуга: Издательство И.Бочкаревой, 2003, с.718].
К причинам, препятствующим достижению заданного результата, относится снижение сорбционной емкости волокон по сравнению с сорбентами и ионитами в виде зерен гранул и таблеток, что увеличивает их расход и снижает общую производительность процесса сорбции.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявленному объекту и принятому за прототип относится адсорбент для очистки газов и жидкостей от вредных примесей, выполненный в виде гранул, снабженных оболочкой из текстильного материала с ворсом, при этом элементы ворса обращены наружу и их длина равна 0,4-1,5 мм.
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится малая плотность гранул адсорбента, не позволяющая в аппаратах и реакторах непрерывного действия с псевдоожиженным слоем адсорбента или катализатора создавать высокую скорость жидкости или газа из-за уноса гранул из псевдоожиженного слоя, что снижает производительность тепло-массообменных процессов.
Техническим результатом предлагаемого решения является увеличение производительности в аппаратах с псевдоожиженным слоем гранул адсорбента или катализатора за счет повышения скорости жидкости или газа в псевдоожиженном слое.
Поставленный технический результат достигается тем, что в адсорбенте для очистки газов и жидкостей от вредных примесей, выполненном в виде гранул, снабженных оболочкой из текстильного материала с ворсом так, что элементы ворса обращены наружу и их длина равна 0,4-1 мм, внутри каждой оболочки дополнительно размещена сферическая частица, плотность материала которой в 3-12 раз больше плотности материала гранул.
Размещение дополнительно внутри каждой оболочки сферической частицы предупреждает разрыв оболочки острыми гранями частиц другой формы (цилиндрических, пирамидальных, игольчатых, дисковых и др.), что увеличивает срок службы гранул, снабженных оболочкой, в псевдоожиженном слое.
Применение для сферических частиц материалов, имеющих плотность большую, чем плотность материала гранул, позволяет утяжелить каждую гранулу находящуюся в оболочке, а значит увеличить скорость псевдоожижения без уноса из псевдоожиженного слоя оболочки, содержащей гранулу и сферическую частицу, что повышает производительность в аппаратах с псевдоожиженным слоем.
Уменьшение плотности материала сферических частиц по сравнению с плотностью материала гранул ниже заявленного предела, равного 3, не позволяет достаточно утяжелить оболочку с гранулой и сферической частицей, что приводит к незначительному росту допускаемой скорости псевдоожижения и соответственно небольшому увеличению производительности.
Увеличение плотности материала сферической частицы по сравнению с плотностью материала гранулы выше верхнего заявленного предела, равного 12, приводит к такому значительному утяжелению оболочки с гранулой и сферической частицей, большим энергозатратам для создания псевдоожиженного слоя и скоростям псевдоожижения, которые обычно в аппаратах с псевдоожиженным слоем не реализуются.
В качестве материала сферических частиц выбираются инертные материалы, не растворяющиеся и не загрязняющие основной поток очищаемой среды. Это могут быть стальные шарики из шарикоподшипников, железная, медная или свинцовая дробь.
Таким образом, выбирая плотность материала и размер сферической частицы для размещения ее в оболочке из текстильного материала с ворсом можно утяжелить оболочку с гранулой и сферической частицей так, что скорость псевдоожижения и производительность будут наибольшими.
На фиг. показан общий вид гранулы 1 с оболочкой 2, выполненной из текстильного материала, в том числе из сорбционного или ионообменного материала на наружной поверхности которого имеются элементы ворса 3. Внутри оболочки 2 размещена сферическая частица 4, плотность материала которой в 3-12 раз больше плотности материала гранулы 1.
Адсорбент работает следующим образом. Под действием потока газовой или жидкой фазы, движущегося со скоростью, большей начала скорости псевдоожижения, каждая гранула 1 вместе со сферической частицей 4, находящиеся в оболочке переходят в псевдоожиженное состояние. Так как гранула 1 со сферической частицей 4, выполненной из материала с плотностью в 3-12 раз большем, чем плотность материала гранулы 1, то скорость псевдоожижения может быть значительно больше, чем при псевдоожижении с гранулами 1 без сферических частиц 4.
При больших скоростях псевдоожижения скорость массопередачи значительно возрастает по сравнению с псевдоожижением с гранулами 1 без сферических частиц 4. Оболочка 2 с элементами ворса 3 на наружной поверхности даже при высоких скоростях псевдоожижения защищают поверхность гранул 1 адсорбента от измельчения и истирания, так как препятствует непосредственному столкновению гранул в псевдоожиженном слое. Кроме того, колебания элементов ворса 3 при больших скоростях псевдоожижения способствуют увеличению массообменных процессов в гранулах 1 адсорбента.
Таким образом, гранулы адсорбента с оболочкой и с размещенными внутри нее сферическими частицами, материал которых имеет плотность в 3-12 раз больше плотности материала гранул, позволяют увеличить скорость псевдоожижения в псевдоожиженном слое адсорбента и вести процесс в непрерывном режиме без измельчения и истирания гранул адсорбента, загрязнения его микропор, с увеличением скорости массопередачи и степенью насыщения гранул молекулами извлекаемых веществ. Это увеличивает скорость массопереноса в режимах адсорбции и десорбции, время работы гранул, уменьшает расход адсорбента и увеличивает в целом производительность при очистке газов и жидкостей от вредных примесей.