книги / Углеродные адсорбенты и их применение в промышленности

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

1.Bain j.W.Mc.,Britton G.T.- S.Amer.Chem.Soc.,1930,

v.52,p.2198.

2.Menon P.G.- Chem.Rev., 1968,v.68,p.277.

3.Menon P.G.- Advances in High Pressure Research.— Academic Press., 1966,vol.3»p.313.

4.Stacy T.D. et al.- S.Chem.Eng.,Data, 1968,v.13,

Р.74.

5.Stacy T.D.et al.- S.Chem.Eng.,Data,1970,v.15,p.1.

6.Masukawa S., lobayashi R.- S.Chem.Eng,Data,1968,

v.13,pH97.

7. Ozawa S . e t al. - Nippon Kagaku Kaisi, 1972, N 1,

P.7-8.

8.Ozawa S.et al.— Review of Ihys Chem of Japan,

(Cpec Issue),1975,p.586-587.

9.Antropoff A.L., Z electrochem u.angew.—Phys.Chem., 1933,13d 39.N7,e.616-617.

10. Coppems S.,Ann,Mines Belg. ,1936,Bd.37, 1.5,173-219.

11.Antropoff A .L. Z electrochem u.angew.- Jhys.Chem., 1936,Bd.42,№ 7,8.544-547.

12.Coppens J.Ann Mines Belg. ,1936,Bd.37, № 1,8.173-219.

13. Пальвелев B.T. - Докл.АН СССР,1948, т.62, 16 6,

с. 779-782.

14.Жукова З .А ., Кельцев Н.В.- В к н .: Переработка природного газа. - Тр.ВНИИГАЗа. - М.: ГНТИ нефтяной и горнотопливной литературы,1959,вып.б,с.154-1б0.

15.Brigman p.w. The volume changes of Piue Gases

under High Pressures,(1),Pres.Nat.,Acad.,Sci.,1923, v.9,P.370-372.

16.Michels A., Menon P.G., Ten C.A. Seldam,Recl., frav.,Chum.,1961,v.80,p.483.

17.Menon P.G. S.Hiys.Chem. ,1968,v.72,p.2695.

10	356	241

18. Grant E. J . ,Manes U. Ind.End Chem.Fundam 3	f 2 9 5 4
221.
19. Патент CM №3325971, 1967.
2 0 . Дубинин M.M. Адсорбция и пористость. - M.;	1972,
с .2 0 .

УДК 621.521

К.Г.Бреславец, В.С.Коган, В.Г.Колобродов, Г.К.Ивахнюк, Г.Н.Сметанин, Н.Ф.Федоров

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ углеродных ТРУБЧАТЫХ ИЗДЕЛИЙ В КРИ0АДС0РБЩ0ННЫХ НАСОСАХ

Параметрами, к оптимизации которых, обычно, стремятся разработчики криоадсорбционных откачных устройств, являют­ ся, в частности

- технологичность адсорбционного материала, т.е.удоб­ ство изготовления из него адсорбционных откачных элемен­ тов и монтажа их в откачном устройстве;

- распределение пор по размерам, от которого зависит быстрота откачки и предельный вакуум в различных интер­ валах рабочих давлений, создаваемых откачным устройством;

- механическая прочность адсорбента, повышение кото­

рой	снижает его пыление;
-	теплопроводность, повышение которой обеспечивает бо­

лее быстрое захолаживание адсорбента и интенсификацию процессов рассеивания теплоты адсорбции.

По таким из перечисленных выше параметров,как механи­ ческая прочность и технологичность, преимущества трубча­ тых углеродных изделий перед гранулированными адсорбента­ ми очевидно. Можно ожидать,что и по другим параметрам они лучше чем гранулированные адсорбенты. В самом деле, компактность изделия должна обеспечить более высокую его теплоцроводность, а технология его изготовления - более

16-2 356

243

однородную пористую структуру.

Разработанная технология получения углеродных трубча­ тых изделий предусматривает формирование объема микропор и транспортной пористости по различным независимым механизмам,что позволяет направленно регулировать пара­ метры их пористой структуры.

Исходным сырьем служат неорганические соединения углерода (карбиды ряда металлов и металлоидов), исполь­ зуемые в качестве наполнителя, и промышленные синтетиче­ ские смолы - в качестве связующего. Паста подвергается экструдированию или формированию в црессформах, в зависи­ мости от технических требований по эксплуатации изделий. Последующая термообработка изделий сопровождается форми­ рованием (образованием) требуемых объемов транспортной пористости, а микропористая структура создается на сле­ дующей технологической стадии - в процессе термохимиче­ ской обработки.

Стабильность структуры и состава, регулярное распреде­ ление удаляемых компонентов в массе сырья и его предопре­ деляющий параметры микропористой структуры выбор обеспе­ чивают высокую воспроизводимость получаемых однородно­ микропористых изделий.

Для достоверного суждения о перспективности использо­ вания этих изделий в криоадсорбционных устройствах и бы­ ло предпринято настоящее исследование, в котором проведе­ но экспериментальное сравнение работы насосов,снаряжен­ ных одинаковыми по конструкции и размерам адсорбционными элементами, выполненными из гранулированных адсорбентов (активные угли БАУ или СКТ) и трубчатых изделий. Резуль­ таты исследования пористой структуры последних д о в е д е н ­ ного комплексом пикнометрического, сорбционного и ртутнопорометрического методов, представлены в таблице.

356 3-16

Пористая структура и механическая прочность на раздавливание углеродных трубчатых изделий

Наименова-	. К Г 3	. 10~3		м3	м3	О	Е,	Механиче­
ние образ­	кг	кг				кО	кдж	ская
ца	ы?	1 Г				м3	моль	прочность
				м3	м3			кг
								--- 2"
								мм
У Т И	720	2,03	0,64	0,24	0,08	0,32	22,0	2 ,5

245

сечение А-А

а

с

5

Рис Л . Адсорбционный элемент. 1- нижний жалюзийный экран;

2 - трубка .заполняемая охлаждающей жидкостью; 3-основной бачок для залива охлаждающей жидкости; 4-бачок для залива жидкости, охлаждаю­

щей экран; 5-адсорбент; 6,7-устройства для крепления адсорбента; 8-труока для прилива охлаждающей жидкости к нижнещу жалюзийному экрану; 9-боковой жалюзийный экран.

Эксперименты проводились на испытательном стенде, изображенном на рис Л . Низкотемпературная часть стенда (монтирована на флянце, являющемся крышкой для корпуча, не показанного на рисунке. Хладоагент (жидкий азот) заливается в основной резервуар (3) и вспомогательный кольцевой резервуар (4). В дно резервуара (3) впаяны 4 заглушенные снизу трубки (2 ), которые заполняются хладоагентом из резервуара (3 ). На эти трубки надевают­ ся адсорбционные элементы (трубчатые изделия или кас­ сеты с гранулированным адсорбентом). Из резервуара (4) через 4 проливные трубки (8) хладоагент поступает в

246

кольцевую полость в дне низкотемпературного узла, и охлаж­ дает жалюзийный радиационный экран, окружающий снизу и с боков узел с адсорбционными э цементами. Датчики давления, вводы термопар для измерения температуры поверхности ад-

. сорбционных элементов и вентили для дозированного вцуска исследуемого газа в систему располагались на корпусе.

Перед помещением в адсорбционное устройство адсорбенты регенерировались при температуре 350°С цри давлении Ю“2 мм р т .с т . в течение 20 часов. После помещения в ад­ сорбционное устройство адсорбционные элементы подверга­

лись дополнительной регенерации цри 120°С в течение 20 ча­

сов	в вакууме	КГ^ мм р т .с т ., создаваемом внешними средст­
вами	откачки.	В качестве исследуемого газа использовался

азот, испаряющийся из жидкой фазы.

На описанном выше стевде с адсорбционными элементами из трубчатых изделий и активных углей БАУ и СКТ были вы­ полнены следующие 3 серии экспериментов:

-определение скорости захолаживания адсорбционных элементов как характеристики теплопроводности адсорбен­ тов;

-снятие изотерм адсорбции как характеристики ресурса

работы криоадсорбционного	насоса,	при различных давлениях
и возможности достижения заданного		предельного вакуума.
В этих характеристиках	косвенно	проявляется распределе­

ние у данного адсорбента пор по размерам:

- измерение быстроты откачки как основной характеристи­ ки работы откачного устройства.

Результаты определения скорости захолаживания адсорб­ ционных элементов в виде кассеты,заполненной гранулами активного угля БАУ (кривая I) и в виде углеродного трубча­

того	изделия (кривая 2) приведены на рис.2 для	давления
Р =	1*Ю"5 мм р т .с т . и на рис.З для давления Р	=

р т .с т .

Видно,что в форвакуумной области давлений (рис.З), когда имеет место хорошая теплопередача между гранулами через газовую фазу, скорость захолаживания обоих элемен­ тов практически одинакова - их равновесная температура

16-4 353

247

Рио.2. Зависимость температуры адсорбента от времени охлаждения при Р=1.Ю”^ мм р т .с т . Кривая I - БАУ; кривая 2 - углеродные изделия.

Рис.З. Зависимость температуры адсорбента от времени охлаждения при Р=1*Ю“^ мм р т .ст . для БАУ и углеродных изделий.

248

85°К достигается за 20 минут. В области же высокого вакуума (рис. 2) охлаждение кассеты с углем БАУ происходит значительно медленнее - ее равновесная температура уста­ навливается за 4 часа. Высокая теплопроводность трубчатого изделия обеспечивает гораздо более интенсивную теплопере­ дачу* чем теплопередача* в основная, излучением между гра­ нулами угля БАУ.

Установившаяся температура адсорбционного элемента,измеряемая термопарой, практически не изменяется при напус­ ках исследуемого газа, когда снимаются изотермы адсорбции или откачные характеристики насоса. Однако, повидимому, это относится только к поверхности элемента, в которой за­ фиксирован спай термопары. В глубине адсорбционного слоя, где осуществляются в основном адсорбционные процессы,ко­ нечно, локальная температура меняется за счет выделения теплоты адсорбции. При этом характер ее изменения будет различным в зависимости от теплопроводности слоя. Засыпки из гранулированных адсорбентов с низкой теплопроводностью должны быть более склонны к образованию и сохранению зна­ чительных градиентов температуры и,следовательно, и с про­ цессом перекачки адсорбента в слое адсорбента. Это должно приводить к затягиванию времени выхода на равновесные ус­ ловия и, как следствие этого, снижению быстроты откачки и росту давления,что и наблюдалось в соответствующих экспериментах (см .рис.4-б). Следует отметить,что темпера­ тура поверхности адсорбционных элементов, в том числе и элементы из трубчатого углеродного адсорбента, несколько понижалась при напусках под давлением Р > I * 10"^мм р т .ст .

Это, повидимому, связано с улучшением теплопередачи между внутренней поверхностью трубчатого элемента и трубкой с хладоагентом.

Изотермы адсорбции азота при 78°К на трубчатых углерод­ ных изделиях (кривая I) и на активных углях СКТ-4Б (кри­ вая 2) и БАУ (кривая 3) приведены на рис.4,5 . Равновес­ ные давления указаны с учета* термомолекулярной поправки. Из рисунков видно, что адсорбционная емкость при Давле­ ниях Р ^ 1<Г5 мм р т .с т . выше у гранулированных адсорбен-

249

РисЛ.Изотермы		адсорбции азота	при	Т= 78°К
на углеродных трубчатых изделиях - кривая I ,
на	кассетах с	СКТ-4Б - кривая	2 ,на	кассетах
с	БАУ - кривая	3.

Рис.5 .Изотермы адсорбции азота			при Т= 78°К
на углеродных		трубчатых изделиях - кривая I ,
на	кассетах с	СКТ-ЧБ - кривая	2, на кассетах
с	БАУ - кривая	3.

250