С В Іванов - Дослідження адсорбції вуглеводневих сорбатів - страница 1

Страницы:
1 

С. В. Іванов, С. В. Бойченко, О. В. Швець Дослідження адсорбції вуглеводневих сорбатів

(Представлено членом-кореспондептом HAH України Г. O. Ковтуном.)

The adsorption of different petrol components on silica sorbents is described. Our purpose is the choice of the most effective sorbent for realization in the technology ofprevention offuel losses from evaporation. The laboratory researches become the basis for a general conclusion: industrial average-pore silica gels KCC-3 and KCC-4 can be used as effective absorbents for recuperation of the vapor of petrols.

Базуючись на системному аналізі засобів запобігання втратам моторних палив від випаровування приходимо до висновку про те, що логічним напрямом зменшення втрат моторних палив від випаровування є модернізація (удосконалення) на підставі сучасних енергоекологічних новітніх технологій та технологічного обладнання (транспортних та резервуарних ємностей), зокрема «дихального» обладнання з використанням сорбентів [1]. Розвиваючи даний напрям з урахуванням висновків, зроблених у попередній публікації [2], нами досліджено кінетику адсорбції вуглеводневих сорбатів.

Метою даної роботи є докладне вивчення процесів адсорбції вуглеводневих сорбатів на силікагелевих сорбентах для їх подальшого використання у технічних засобах рекуперації вуглеводневої пари.

В якості сорбентів у проведеному дослідженні нами були відібрані чотири найбільш вірогідніші силікагелі, які відрізнялися один від одного, насамперед, середнім діаметром пор, площею поверхні та граничним адсорбційним об'ємом: мікропористий КСМГ, сєредньопористі КСС-3 і КСС-4 та широкопористий KCK [2, 3]. Як модельні сорбати, що найбільш широко представляють ту частину компонентного складу моторних палив, яка є типовою у складі паливно-повітряної суміші (ППС) газового простору резервуарів та внаслідок присутності якої саме і відбуваються втрати від випаровування, були вибрані: н-пентан, н-гексан, н-гептан, н-октан, ундекан, бензол, толуол, метанол та етанол (табл. 1). Вибір спиртів обгрунтовано сучасною тенденцією застосування їх як високооктанових добавок до складу автомобільних бензинів.

Таблиця І. Деякі фізико-хімічні характеристики модельних сорбатів

Сорбат

Молярна маса

Густина рідкої фази, кг/м3

Температура кипіння, К

Тиск насиченої пари при 293 К, кПа

Прихована теплота паро­утворення при температу­рі кипіння га атмосферно­му тиску, кДж/кг

СвНіа

72,15

G31

309,3

56,3

356,2

С«Нц

86,17

659

341,7

15,99

332,3

С7Н16

100,2

684

371,4

4,75

319,7

СаНщ

114,23

703

398,7

У А

297,5

СвНв

78,11

879

353,1

9,998

396

СвН$СНз

92,13

866

383,8

2,97

363,7

CHjOH

32,04

792

337,7

12,76

1102

С3Н5ОН

46,07

789

351,4

5,81

906,7

Дослідження кінетики адсорбції проводили ексикаторним методом в ізотермічних умовах (t = 291 K) протягом 235-350 год.

Кінетика адсорбції зразків насичених вуглеводнів, бензолу та спиртів на силікагелях КСМГ, КСС-3, КСС-4 та KCK представлена у вигляді графіків на рис. 1-4.

Кінетичні залежності адсорбції різних сорбатів отримано нами на силікагелі КСМГ (див. рис. 1). Згідно з експериментальними дослідженнями, швидкість адсорбції найбільша для пентану та бензолу, дещо менша для метанолу, етанолу та октану і значно менша для ундекану. Для всіх сорбатів, за виключенням ундекану, адсорбція досягає насичення, але за різний час; зокрема, тривалість насичення для пентану, метанолу, бензолу та етанолу близько 50-70 год. для октану — 95 год. Значення досягнутої граничної адсорбції дещо відрізняються і становлять 0,218 г/г (0,349 см3/г) для пентану, 0,282 г/г (0,400 см3/г) для октану, 0,124 г/г (0,161 см3/г) для ундекану (насичення не досягнуто), 0,299 г/г (0,378 см3/г) для метанолу, 0,310 г/г (0,393 см3/г) для етанолу та 0,310 г/г (0,353 см3/г) для бензолу.

Кінетика адсорбції зазначених сорбатів на силікагелі КСС-3 (див. рис. 2, а) показує значно більші відмінності порівняно з КСМГ. Згідно з одержаними даними, швидкість адсорбції пентану значно більша, ніж для решти сорбатів, для бензолу і метанолу вона близька, а для октану, етанолу та ундекану (тільки на початковому етапі) — значно нижча. Час насичення для різних сорбатів досить сильно відрізняється і становить 50 год для пентану та бензолу, 75 год для метанолу та етанолу і 95 год для октану, тоді як для ундекану насичення не досягається. Значення досягнутої граничної адсорбції дещо відрізняються і становлять 0,509 г/г (0,813 см3/г) для пентану, 0,503 г/г (0,762 см3/г) для гексану, 0,551 г/г (0,806 см3/г) для гептану, 0,568 г/г (0,808 см3/г) для октану, 0,084 г/г (0,111 см3/г) для ундекану (насичення не досягнуто), 0,666 г/г (0,841 см3/г) для метанолу, 0,628 г/г (0,795 см3/г) для етанолу та 0,680 г/г (0,772 см3/г) для бензолу та 0,656 г/г (0,757 см3/г) для толуолу.

Ще більші відмінності характерні для кінетики адсорбції сорбатів на силікагелі КСС-4 (див. рис. 2, б]. Як свідчать одержані дані, найбільша швидкість адсорбції характерна для пентану, дещо менша — для бензолу, далі практично одинакова для метанолу й етанолу, ще менша — для октану і найменша — для ундекану. Час насичення силікагелю КСС-3 сорба-тами досить сильно відрізняється і становить близько 50 год для пентану і бензолу, 95 годдля октану, 160 год для метанолу та 170 год для етанолу, тоді як у випадку ундекану насичення не було досягнуто. Гранична адсорбція, що була в результаті досягнута, дещо відрізнялась, але в перерахунку на адсорбційний об'єм значення для різних сорбатів були досить близькі (крім ундекану). В абсолютних значеннях вони становили 0,461 г/г (0,736 см3/г) для пентану, 0,532 г/г (0,756 см3/г) для октану, 0,100 г/г (0,134 см3/г) для ундекану (насичення не досягнуто), 0,532 г/г (0,673 см3/г) для метанолу, 0,579 г/г (0,733 см3/г) для етанолу та 0,627 г/г (0,713 см3/г) для бензолу.

Нами встановлено відмінності кінетики адсорбції сорбатів на силікагелі KCK (див. рис. 3). З одержаних результатів можна зробити висновок, що найбільша швидкість адсорбції характерна для гексану, значно менша для гептану і найменша -- для толуолу.а, г/г

0,7

1       2       3      4       5       6      7      8       9      10     П     12     13     14     15     16     17 18

Рис. 4. Залежність кількості адсорбованої речовини від умов десорбції: 0 — гранична адсорбція; В —■ самовільна десорбція; Ш — десорбція у вакуумі.

1 — пентан на КСМГ; 2 — пентан на КСС-3; З — пентан на КСС-4; 4 октан на КСМГ; 5 — октан на КСС-3; 6 октан на КСС-4; 7 — ундекан на КСМГ; 8 — ундекан на КСС-3; 9 — ундекан на КСС-4; 10 — метанол на КСМГ; И — метанол на КСС-3; 12 — метанол на КСС-4; 13 — етанол на КСМГ; Ц — етанол на КСС-3; 15 — етанол на КСС-4; 16 — бензол на КСМГ, 17 — бензол на КСС-3; 18 — бензол на КСС-4

Час насичення силікагелю KCK сорбатами досить сильно відрізняється і становить близько 45 год для гексану, 130 год для гептану, тоді як в випадку толуолу насичення не було досягнуто. Гранична адсорбція, що була в результаті досягнута, дещо відрізнялась, тоді як у перерахунку на адсорбційний об'єм значення для різних сорбатів були досить близькі. В абсолютних значеннях вони становили відповідно 0,591 г/г (0,897 см3/г) для гексану, 0,641 г/г (0,937 см3/г) для гептану, 0,810 г/г (0,935 см3/г) для толуолу (насичення не досягнуто).

Нами також досліджено десорбцію поглинутих сорбентами вуглеводнів. Досліди проводили у дві стадії. Перша стадія полягала у вимірюванні самовільної втрати маси сорбентів, насичених сорбатами, на повітрі протягом однієї доби. Друга — вакуумуванні зразків силікагелів протягом 2 год до залишкового тиску 13,33 кПа. Одержані результати (рис. 4) показали, що тільки вивітрювання на повітрі призводить до значної десорбції пентану, метанолу, етанолу та бензолу, тоді як октан і особливо ундекан десорбуються незначно.

Аналіз експериментальних даних дозволив виявити загальну тенденцію, яка полягає в тому, що найменшою мірою десорбуються сорбати із силікагелю марки КСМГ, а найлегше відбувається десорбція силікагелю марки КСС-3.

Таким чином, результати проведених нами експериментів підтверджують доцільність використання силікагелів як високоефективного матеріалу щодо вловлювання пари цінної вуглеводневої сировини [4, 5]. Найбільш перспективними є середньопористі силікагелі марок КСС-3 та КСС-4. Сорбційні властивості досліджених силікагелів дозволяють успішно

їх використовувати у практиці для конструювання технічних засобів рекуперації вуглеводневої пари при зберіганні, транспортуванні моторних палив та інших технологічних операціях з ними.

1. Бойченко C. В. Раціональне використання вуглеводневих палив. - Київ: Нац. авіац. ун-т, 2001. - 216 с.

2. Бойченко C. В,, Бойчеико O. В., Швець O. В., Ільгп В. Г. Дослідження кінетики адсорбції парів різних видів нафтового палива // Нафтова і газова промисловість. - 2001. - X* 3. - C. 61-64.

3. Бойченко C. В., Швець O. В., Ластовець A. М.Прогнозування сорбційних характеристик силікагелів марок КСМГ, КСС-3 та КСС-4 // Автоматика, автоматизация, электротехнические комплексы и системы. - 2002. - К'- 1. - С- 92-99.

4. Кельцев H. В. Основы адсорбционной техники. - Москва: Химия, 1976. - 512 с.

5. Серпионова E. H. Промышленная адсорбция газов и паров. - Москва: Высш. шк., 1969. - 419 с.

Національний авіаційний університет, Київ Надійшло до редакції 10.07.2002

Український центр авіаційної хіммотології та сертифікації Національного авіаційного університету, Київ Інститут фізичної хімії їм. Jl. В. Писаржевського HAH України, Київ

Страницы:
1 


Похожие статьи

С В Іванов - Французька мова

С В Іванов - Дослідження адсорбції вуглеводневих сорбатів

С В Іванов - Загальні технології харчової промисловості

С В Іванов - Агальна хімічна технологіяшромисловіхіміко-технолопчні процеси

С В Іванов - Екологічна хімія