АДСОРБЕНТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТЕЙ ОТ ВРЕДНЫХ ПРИМЕСЕЙ

Техническое решение относится к области очистки жидкостей 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.
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].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится 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 и увеличивает расход адсорбента, особенно при движении очищаемой жидкости сверху вниз, совпадающим с направлением осаждения адсорбента в поле сил тяжести.
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 Н.Бочкаревой, 2003, с.718].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического 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, особенно при подаче очищаемой жидкости в верхнюю часть аппарата и ее течении вниз в направлении, совпадающим с осаждением волокон в виде тканей или трикотажа в поле сил тяжести.
Известен 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 [Патент №2361662 РФ В01J 20/28, 2009].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится повышенный расход адсорбента и невысокая производительность при движении очищаемой жидкости сверху вниз, совпадающим с направлением осаждения зерен адсорбента в поле сил тяжести. В этом случае невозможно создать псевдоожиженный слой адсорбента, что уменьшает время нахождения зерен адсорбента в очищаемой жидкости и снижает производительность процесса очистки, уменьшает степень использования обменной емкости сорбента и приводит к повышению расхода сорбента.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков и принятым за прототип является адсорбент для очистки газов и жидкостей от вредных примесей, выполненный в виде гранул, снабженных оболочкой из текстильного материала с ворсом так, что элементы ворса обращены наружу и их длина равна 0,4-1 мм, при этом внутри каждой оболочки дополнительно размещена сферическая частица, плотность материала которой в 3-12 раз больше плотности материала гранул [Патент на полезную модель №118879 РФ В01J 20/28, 2012].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится повышенный расход адсорбента и низкая производительность при движении очищаемой жидкости сверху вниз, совпадающим с направлением осаждения гранул со сферическими частицами в поле сил тяжести. Кроме того с такими гранулами невозможно создать псевдоожиженный слой, в котором в наибольшей степени используется обменная емкость адсорбента и обеспечивается наибольшая производительность.
Техническим результатом предлагаемого адсорбента для очистки жидкостей от вредных примесей является увеличение производительности в аппаратах с псевдоожиженным слоем гранул адсорбента или катализатора при движении очищаемой жидкости в аппарате сверху вниз за счет повышения скорости жидкости в псевдоожиженном слое.
Поставленный технический результат достигается тем, что в адсорбенте для очистки 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, причем внутри каждой оболочки дополнительно размещена частица, при этом плотность ее материала в 1,6-20 раз меньше плотности очищаемой жидкости.
Дополнительное размещение внутри каждой оболочки частицы, плотность материала которой меньше плотности очищаемой жидкости обеспечивает положительную плавучесть гранул с частицами внутри их текстильных оболочек, что позволяет создать псевдоожиженный слой этих гранул при движении очищаемой жидкости сверху вниз и увеличить производительность по сравнению с неподвижным слоем гранул.
Уменьшение нижнего предела отношения плотности материала частиц к плотности очищаемой жидкости по сравнению с заявленной величиной 1,6 не позволяет создать развитый псевдоожиженный слой при движении очищаемой жидкости в аппарате сверху вниз, снижает допускаемую скорость движения жидкости в аппарате, а значит и производительность процесса очистки.
Увеличение верхнего предела отношения плотности материала частиц к плотности очищаемой жидкости по сравнению с заявляемой величиной 20 требует для создания псевдоожиженного слоя гранул при движении очищаемой жидкости в аппарате сверху вниз слишком большой скорости очищаемой жидкости, что уменьшает время пребывания адсорбента в жидкости и приводит к снижению производительности.
В качестве частиц, дополнительно размещаемых внутри текстильных оболочек, может быть использована древесина, пробка, пенопласт, губчатая резина и другие материалы, обладающие положительной плавучестью и обеспечивающие плавание текстильной оболочки с гранулой адсорбента и этой частицы в очищаемой жидкости. В этом случае для создания псевдоожиженного слоя необходимо движение очищаемой жидкости в аппарате сверху вниз и чем выше плавучесть этой оболочки с гранулой и частицей, тем выше должна быть скорость очищаемой жидкости в аппарате, движущейся сверху вниз для создания развитого псевдоожиженного слоя, обеспечивающего высокую производительность.
Форма частиц, дополнительно размещаемых внутри текстильных оболочек, может быть произвольной, но предпочтительно цилиндрическая или сферическая форма как технологически простая в изготовлении.
На фиг.1 изображена текстильная оболочка с цилиндрической гранулой и частицей; на фиг.2 - текстильная оболочка со сферическими гранулой и частицей. Возможны варианты комбинаций цилиндрической гранулы со сферической частицей и, наоборот, сферической гранулы с цилиндрической частицей.
Адсорбент для очистки жидкостей от вредных примесей состоит из гранулы 1 адсорбента и частицы 2, плотность материала которой в 1,6-20 раз меньше плотности очищаемой жидкости. Гранула 1 и частица 2 снабжены оболочкой из текстильного материала 3 с ворсом 4, при этом элементы ворса обращены наружу и их длина равна 0,4-1 мм.
3
3
Например, цилиндрическая частица 2 может быть выполнена из сосны, плотность которой составляет ρ=600 кг/м, то есть в 1,66 раза меньше плотности очищаемой воды. Сферическая частица может быть выполнена из пенопласта с плотностью ρ=50 кг/м, что в 20 раз меньше плотности очищаемой воды.
Адсорбент для очистки жидкостей от вредных примесей работает следующим образом. Сверху в аппарат засыпают гранулы 1 адсорбента с частицами 2 в оболочке 3 с ворсом 4 и также сверху подают в аппарат очищаемую жидкость со скоростью, обеспечивающую псевдоожижение гранул 1 в очищаемой жидкости. Так как гранулы 1 с частицами 2 размещены в текстильных оболочках 3, то столкновение гранул 1 в псевдоожиженном слое очищаемой жидкости смягчается текстильными оболочками 3. Кроме того, ворс 4 так же предотвращает силу удара оболочек друг о друга, что увеличивает срок службы гранул 1 и увеличивает степень использования емкости адсорбента и в целом производительность по очищаемой жидкости.
Таким образом, размещение внутри текстильной оболочки 3 с ворсом 4 гранулы 1 адсорбента и частицы 2, плотность материала которой в 1,6-20 раз меньше плотности очищаемой жидкости, обеспечивает положительную плавучесть текстильной оболочки 3 с гранулой 1 и частицей 2, позволяет вести процесс очистки воды от вредных примесей в псевдоожиженном слое при течении очищаемой воды в аппарате сверху вниз, позволяет создавать устойчивый псевдоожиженный слой гранул адсорбента при высокой скорости очищаемой воды, что интенсифицирует процесс массопередачи молекул вредных примесей из очищаемой воды к гранулам адсорбента, увеличивает степень использования емкости гранул и в целом производительность.