Адсорбенти, Хімічні системи

Адсорбенти - це речовини, що володіють здатністю адсорбції (від лат. Ad - на, і sorbeo - поглинаю), тобто поглинання, всмоктування будь-якої іншої речовини з розчину або газу тільки своєю поверхнею, на відміну від абсорбентів, які поглинають , всмоктують всією своєю масою. Причина адсорбції – нескомпенсованість міжмолекулярних сил поблизу цієї поверхні, тобто наявність адсорбційного силового поля. Тіло, яке створює таке поле, називають адсорбентом, речовина, молекули якої можуть адсорбуватися - адсорбтивом, а вже адсорбована речовина - адсорбатом. Природа адсорбційних сил може бути різною – якщо це Ван-дер-ваальсові сили, то адсорбція називається фізичною, якщо валентні (тобто адсорбція супроводжується утворенням поверхневих хімічних сполук) – хімічною або хемосорбцією. Хемосорбція має відмінні риси: незворотність, високі теплові ефекти та активований характер. Між фізичною та хімічною адсорбцією існує безліч варіантів проміжних випадків, наприклад адсорбція, обумовлена утворенням водневих зв'язків.

Адсорбенти – це штучні або природні тіла з розвиненою поверхнею (створюваною капілярами або кристалічною решіткою), яка добре поглинає (адсорбує) речовини з газів та розчинів. Адсорбційні властивості адсорбентів залежать від хімічного складу та фізичного стану поверхні, від характеру пористості та питомої поверхні (поверхні, що припадає на 1 г речовини). Непористі адсорбенти (мелені кристали, дрібнокристалічні опади, частинки димів, сажі, аеросил) мають питомі поверхні приблизно від 1 м 2 /г до 500 м 2 /р. Питома поверхня пористих адсорбентів (силікагелів, активованого оксиду (окису) алюмінію)(алюмогелів), алюмосилікатних каталізаторів, активованого вугілля) досягає 1000 м 2 /р. Пористі адсорбенти отримують, створюючи мережі пір у грубодисперсних твердих тілах хімічним впливом.

Адсорбенти застосовуються як носії в каталізі, як наповнювачі для полімерів, для хроматографічного поділу сумішей у хроматографії, у протигазах, у медицині, у нафтопереробці (риформінг, гідроочищення, гідрокрекінг), нафтохімії для очищення нафтопродуктів (нафти, бензину і т. д.) та газів, адсорбційного очищення олій, насамперед трансформаторних, від кислот — продуктів окислення олій, як статичні осушувачі при консервації приладів та обладнання, а також високовакуумної техніки для сорбційних насосів. У більшості галузей промисловості під час виробництва різної продукції використовуються стиснене повітря, різні технічні гази (вуглекислий газ, водень тощо. буд.) і рідини. Щоб уникнути небажаного утворення вологи, льоду та можливих подальших проблем, пов'язаних з корозією, забрудненням або зледенінням обладнання, намоканням фільтрувальних матеріалів, зі стисненого повітря, різних технічних газів та рідин необхідно видалити вологу, тобто осушити. Необхідність осушування та очищення присутня у різноманітних процесах, серед яких, наприклад, кондиціювання повітря або транспортування природного газу трубопроводами. Осушка природного газу забезпечує безперервну експлуатацію обладнання та газопроводів, запобігаючи утворенню крижаних та гідратних пробок.

Адсорбенти-осушувачі можна розділити на активований оксид (окис) алюмінію - очищений боксит; гелі - речовини, що складаються з оксиду кремнію (силікагелі) або алюмогелю; молекулярні сита – цеоліти; активоване вугілля - пористі речовини, одержувані з різнихвуглецевмісних матеріалів органічного походження. Використання адсорбенту на основі активного оксиду алюмінію — один з основних способів осушення повітря, технічних газів і рідин, він особливо добре підходить для осушення стисненого повітря або газів і рідин з високою відносною вологістю. Низька вартість, хімічна та фізична стабільність, можливість регенерації та висока адсорбційна ємність поглинання води – це фактори, що сприяли широкому застосуванню активного оксиду алюмінію.

Адсорбційний метод осушення використовують, як правило, для забезпечення глибокого осушення газу до точки роси мінус 100 °С. Процес заснований на здатності адсорбентів поглинати вологу з газу за порівняно низьких температур і виділяти її при підвищених температурах. Процес осушення здійснюється в адсорбері - основному апараті установки адсорбції. Конструктивно адсорбери виконуються у вигляді вертикальних, горизонтальних або кільцевих ємностей, заповнених адсорбентом, через який фільтрується потік газу, що очищається. Вибір конструкції визначається швидкістю газової суміші, розміром частинок адсорбенту, необхідним ступенем очищення та рядом інших факторів. Вертикальні адсорбенти, як правило, знаходять застосування при невеликих обсягах газу, що очищається; горизонтальні та кільцеві - при високій продуктивності. Осушення повітря, вуглекислого газу, водню, природного газу в промисловості висуває найжорсткіші вимоги до адсорбентів, особливо у разі осушення повітря, коли потрібні високі швидкість газу та тиск, а також потрібна часта регенерація.

Сферична грануляція активного оксисі алюмінію має ряд істотних переваг по відношенню до екструдатів циліндричної форми: велика питома поверхня пір, більша міцність на роздавлювання, більшещільне та компактне завантаження в адсорбер. Рекомендований розмір гранул оксиду алюмінію безпосередньо пов'язаний із лінійною швидкістю потоку в адсорбері. Якщо адсорбент працює при високому тиску та невеликих лінійних швидкостях, зміна діаметра гранул не суттєво впливає на втрату напору. У цьому випадку зазвичай застосовуються гранули діаметром 2-5 мм. Для систем, що працюють при невисокому тиску та значних лінійних швидкостях, рекомендуються гранули діаметром 4-8 мм.

Компанія «Хімічні системи» пропонує на українському ринку асортименти промислових адсорбентів на основі активованого (активного) оксиду алюмінію високої якості, що відповідають сучасним вимогам. Перший завод з виробництва оксиду алюмінію був збудований на початку XX століття і розташований у Франції. Його історія тісно пов'язана з історією розвитку алюмінієвої промисловості, він був одним із перших у світі заводом, який у промисловому масштабі почав виробляти алюміній з бокситу - руди, названої на ім'я села Бо (від франц. Les Baux) у Провансі, де вона була знайдена . На цьому заводі в 1976 стали виробляти оксид алюмінію з використанням унікальної «Flash» (Флеш) технології «Pechiney» (Пешині). З того часу він є одним із провідних світових виробників оксиду алюмінію, молекулярних сит (цеолітів) та різних каталізаторів. Пізніше з'явилися інші заводи, що у різних країнах Європи.

Компанія «Хімічні системи» пропонує асортимент активного оксиду алюмінію AA (від англ. Activated Alumina – активований оксид алюмінію) для осушення та очищення:

Alumac A - кульки діаметром 1,5-3, 2-5 та 4-8 мм. Це базовий адсорбент з покращеними характеристиками, рекомендований для будь-яких застосувань при осушенні та очищенні газів та рідин.
AlumacD (від англ. drying - осушка) - кульки діаметром 2-5, 2,5-5 і 4-8 мм. Цей адсорбент був спеціально розроблений для осушення повітря та інших газів. Гладка поверхня кульок надає їм покращених механічних характеристик. Вкрай висока стійкість до стирання та міцність поєднуються з великою площею поверхні та високою адсорбційною ємністю, що надає марці D властивості, необхідні для безпечної роботи у найжорсткіших умовах осушення. Адсорбент марки D має особливу обробку для непиління. Адсорбент цієї марки забезпечує покращені показники та більшу довжину циклу осушення, що дає пряму економію за рахунок зниження кількості замін шару адсорбенту. Також знижуються витрати на транспорт, завантаження, утилізацію та адміністративно-господарські витрати.
Alumac 320 - екструдати діаметром 1,1-1,3 мм у формі трилисника в перерізі. Адсорбент для селективного видалення фторидів та миш'яку з води. Невеликий розмір гранул забезпечує оптимальне поширення поглинених домішок порах адсорбенту. Адсорбент цієї марки можна застосовувати для водопідготовки, очищення питної, господарсько-побутових та промислових стічних вод.
Alumac 400G - гранульований адсорбент з розміром частинок 0,3-0,6 мм та 0,6-1,5 мм. Даний сорбент спеціально розроблений для систем очищення води, що регенеруються. Призначений для очищення питної води від миш'яку, фтору, міді, цинку, свинцю, фосфатів, нітратів, селену, хрому, ртуті, кадмію та кремнію.
AxSorb – активований оксид алюмінію у кульок діаметром 2-5 та 4-8 мм., розроблений провідним виробником оксиду алюмінію та каталізаторів компанією Axsens. В ході великих досліджень та вдосконалення технології виробництва компанією Axens встановлено співвідношення, необхідні для виробництва різних сортів оксидуалюмінію, що володіють потрібним поєднанням необхідної адсорбційної ємності та таких бажаних параметрів, як міцність на роздавлювання та стійкість до стирання.

Порівняльні параметри алюмогелів наведені у таблиці. Адсорбційна ємність залишається головним параметром активованого окису алюмінію, що застосовується для оцінки ефективності адсорбенту. Адсорбційна ємність залежить від реакційної здатності центрів на поверхні та вимірюється як обсяг вологи, адсорбованої на одиницю площі поверхні. Для виразу статичної адсорбційної ємності при відносній вологості 10% та 60% використовуються позначення E0,1 та E0,6, відповідно.