Лабораторна робота №2. Адсорбційна очистка олив

Адсорбційна очистка олив

2.1 Мета і задачі роботи

Мета: засвоєння і поглиблення теоретичного матеріалу з адсорбції; набуття експериментальних навичок проведення процесу адсорбції на лабораторній установці.

В результаті виконання лабораторної роботи студент повинен

знати:

- призначення і суть процесу адсорбції, використання його в нафтогазовій і нафтогазопереробній промисловостях;

- вплив параметрів на адсорбцію газів і рідин;

- роботу системи адсорбер-десорбер періодичної і безперервної дії;

вміти:

- правильно вибирати параметри для одержання продуктів необхідної якості та в заданій кількості;

- оцінювати результати проведення процесу на лабораторній установці;

- виконувати розрахунки стадій адсорбції, десорбції та регенерації адсорбенту.

 

2.2 Теоретичні основи

 

2.2.1 Призначення і суть процесу

Процес адсорбції служить для розділення суміші рідин або газів на окремі компоненти. Прикладом використання процесу адсорбції є: покращення кольору і зниження коксуємості олив шляхом вилучення з них смол і поліциклічних ароматичних вуглеводнів; підвищення октанового числа бензинів шляхом вилучення з них н-парафінових вуглеводнів; зниження температури застигання дизельних палив шляхом вилучення з них високоплавких парафінових вуглеводнів; осушення і очищення природного газу від кислих сполук; розділення вуглеводневих газів на компоненти; визначення складу газів і рідин методом хроматографії.

Суть процесу адсорбції полягає в тому, що суміш газів або рідин, які необхідно розділити пропускають через шар адсорбенту – високопористу тверду речовину. В якості адсорбенту можуть бути використані наступні речовини: активоване дерев’яне вугілля, деякі сорти глин, активований оксид алюмінію, аморфні синтетичні алюмосилікати, кристалічні синтетичні алюмосилікати – цеоліти. Адсорбенти завдяки високої пористості мають велику питому поверхню.

Розглянемо для прикладу суть адсорбції на алюмосилікаті. Він складається в основному з молекул Al₂O₃, SiO₂ та H₂O. На рис.2.1 наведені адсорбційна колонка і гранули адсорбенту для пояснення механізму адсорбції. Якщо розглядати молекули Al₂O₃ чи SiO₂, то вони є нейтральні, так як позитивні заряди катіонів компенсуються зарядом аніонів О^-2. Але заряди катіонів Al⁺³ і Si⁺⁴, які лежать безпосередньо на поверхні адсорбенту, не повністю компенсуються аніонами О^-2, які знаходять в масі адсорбенту. Тому навколо поверхні адсорбенту утворюється слабке електричне поле. Під впливом електричного поля в молекулах компоненту, який вилучається з суміші, при проходженні через адсорбент виникає дипольний момент, тобто одна частина молекули заряджається позитивно, а друга – негативно.

Катіони Al⁺³ і Si⁺⁴ притягують до себе негативно заряджені кінці молекул компоненту, який вилучається, і утворюють з ними комплексні сполуки. Це приєднання молекул одного із компонентів суміші до поверхні адсорбенту і називається процесом адсорбції. Молекули інших компонентів суміші не поляризуються і за цією причиною проходять через шар адсорбенту, не поглинаючись.

Чим більший дипольний момент у молекул компоненту, що знаходиться в суміші, тим краще проходить його адсорбція. Крім цього, на процес адсорбції впливають діаметр пор адсорбенту і розмір молекул компоненту, що адсорбується. Якщо діаметр пор адсорбенту малий, а розмір молекул, що адсорбуються, великий, то молекули не зможуть заходити в пори і адсорбція погіршується. Найбільшою здатністю до адсорбції володіють асфальто-смолисті речовини(АСР), потім у порядку зменшення – поліциклічні ароматичні, моноциклічні ароматичні, нафтенові та парафінові вуглеводні.

Для десорбції молекул компоненту з поверхні адсорбенту на практиці використовують наступні методи:

- нагрівання всієї маси адсорбенту;

- продування адсорбенту водяною парою;

- промивання адсорбенту рідиною, яка має більшу адсорбційну здатність порівняно з речовиною, що знаходиться на поверхні адсорбенту.

1 – гранула адсорбенту; 2 – катіони алюмінію і кремнію на поверхні гранули адсорбенту; 3 – молекула компоненту, який вилучається; 4 – молекула компоненту, який не вилучається; 5 – аніони кисню

 

Рисунок 2.1 – До пояснення механізму адсорбції

 

2.2.2 Параметри, які впливають на адсорбцію

На процес адсорбції впливають наступні параметри: температура, тиск(для газової суміші), питома витрата адсорбенту, якість адсорбенту і властивості суміші.

Процес адсорбції – екзотермічний, тобто проходить з виділенням теплоти. Збільшення температури призводить до зростання хаотичного руху молекул і зменшення швидкості адсорбції. Проте, збільшення температури до певної межі при розділення суміші рідин покращує процес адсорбції. Це пояснюється тим, що при зростанні температури знижується в’язкість суміші і полегшується рух молекул компоненту, що вилучається, із суміші до поверхні адсорбенту. При подальшому збільшення температури починає зростати швидкість коливання молекул у порах адсорбенту і їх відрив від поверхні адсорбенту, тобто починається зворотній процес – десорбція. Температура при адсорбції регулюється кількістю холодоагенту.

При збільшенні питомої витрати адсорбенту швидкість адсорбції зростає, так як більша кількість молекул компоненту, що поглинається, контактує з поверхнею адсорбенту. Але при великій витраті адсорбенту зростають експлуатаційні затрати, зв’язані з регенерацією адсорбенту і його охолодженням перед стадією адсорбції. Питома витрата адсорбенту регулюється кількістю суміші, що подається в адсорбер.

Підвищення тиску в процесі адсорбції компоненту з газової суміші, аналогічно до абсорбції, прискорює адсорбцію, так як покращується дифузія молекул компоненту до поверхні адсорбенту. Тиск при адсорбції регулюється автоматично клапаном, який встановлюється на лінії виводу з апарату непоглинутих компонентів. При розділенні суміші рідин, тиск на процес адсорбції не впливає.

При збільшення пористості адсорбенту і адсорбційної здатності одного із компонентів суміші, зростає швидкість адсорбції.

 

2.3 Опис лабораторної установки

Схема лабораторної установки наведена на рис.2.2. Вона складається з скляної колонки 1 з електрообігрівом. В колонці знаходиться шар адсорбенту 2. Швидкість проходження оливи через адсорбент регулюється краном 3. Олива стікає в колбу 4. Температура оливи в колонці заміряється термометром 5.