RU2524608C2 - Method of producing adsorption element - Google Patents
Method of producing adsorption element Download PDFInfo
- Publication number
- RU2524608C2 RU2524608C2 RU2012145647/05A RU2012145647A RU2524608C2 RU 2524608 C2 RU2524608 C2 RU 2524608C2 RU 2012145647/05 A RU2012145647/05 A RU 2012145647/05A RU 2012145647 A RU2012145647 A RU 2012145647A RU 2524608 C2 RU2524608 C2 RU 2524608C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rheological additive
- adsorbent
- adsorbing
- polymer binder
- suspension
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
Description
Использование сорбентов в адсорбционных процессах требует предварительного формования кристаллов адсорбента в агломераты различной формы (адсорбирующие элементы). Существующие методы формования кристаллических адсорбентов предполагают использование для этого как неорганических, так и органических связующих и имеют своей целью решение конкретной задачи - получение адсорбирующего материала (или адсорбирующего элемента) с заданными характеристиками. При этом получаемый адсорбирующий элемент должен удовлетворять следующим основным требованиям: высокая сорбционная емкость, высокая кинетика массопереноса в циклах сорбции и десорбции, достаточная вибро- и ударопрочность, устойчивость к воздействию перепада температур и агрессивных сред и др. Адсорбирующий элемент должен быть достаточно термостоек для проведения его регенерации. Кроме того, адсорбирующий элемент должен иметь определенные геометрические размеры, определяемые конструкцией адсорбера, в котором он эксплуатируется.The use of sorbents in adsorption processes requires preliminary molding of adsorbent crystals into agglomerates of various shapes (adsorbing elements). Existing methods for forming crystalline adsorbents require the use of both inorganic and organic binders and have as their goal the solution of a specific problem - obtaining an absorbent material (or an absorbent element) with specified characteristics. At the same time, the obtained adsorbing element must satisfy the following basic requirements: high sorption capacity, high mass transfer kinetics in the sorption and desorption cycles, sufficient vibration and impact resistance, resistance to temperature changes and aggressive environments, etc. The adsorbing element must be sufficiently heat-resistant to conduct it regeneration. In addition, the adsorbent element must have certain geometric dimensions determined by the design of the adsorber in which it is operated.
Известен способ получения адсорбирующего элемента, заключающийся в смешении порошка адсорбента - наполнителя, в качестве которого используют цеолиты, силикагели либо их комбинации, со связующим, в качестве которого используют полимеры фторпроизводных этилена, и реологической добавкой [патент РФ №2446876, МПК B01J 20/30, 2012 г.]. В качестве реологической добавки используют растворитель, выбранный из ряда кетонов (предпочтительно ацетон) в количестве 10-20 мл на 1 грамм полимерного связующего. После полного растворения связующего полученную композицию (суспензию) перемешивают любым известным способом до получения однородной массы. Суспензию порошка адсорбента и полимерного связующего в реологической добавке формуют в сырое изделие любым известным способом, обеспечивающим необходимую для решения конкретной технической задачи геометрическую форму адсорбирующего элемента (труба, цилиндр, таблетка, кольцо, лист, сотовая структура и т.д.), например, с помощью экструдера либо литья. Полученное сырое формованное изделие (адсорбирующий элемент) подвергают обработке с целью полного удаления реологической добавки. Это может быть либо термическая обработка в вакууме, либо воздействие поля сверхвысокой частоты (СВЧ). Смешение исходных компонентов осуществляют в твердой форме при соотношении адсорбент - наполнитель / связующее равном 70-87/30-13% весовых. При этом дисперсность исходного адсорбента - наполнителя находится в пределах от 1 мкм до 6 мкм.A known method of producing an absorbent element, which consists in mixing an adsorbent powder filler, which is used as zeolites, silica gels, or a combination thereof, with a binder, which is used polymers of ethylene fluoride derivatives, and a rheological additive [RF patent No. 2446876, IPC B01J 20/30 , 2012]. As a rheological additive, a solvent selected from a number of ketones (preferably acetone) is used in an amount of 10-20 ml per 1 gram of polymer binder. After complete dissolution of the binder, the resulting composition (suspension) is mixed by any known method until a homogeneous mass is obtained. A suspension of the adsorbent powder and the polymer binder in the rheological additive is formed into a crude product by any known method that provides the geometric shape of the absorbent element (pipe, cylinder, tablet, ring, sheet, honeycomb structure, etc.) necessary for solving a specific technical problem, for example, using an extruder or casting. The obtained raw molded product (adsorbent element) is subjected to processing in order to completely remove the rheological additives. This can be either heat treatment in vacuum, or the influence of a microwave field. The mixing of the starting components is carried out in solid form with an adsorbent-filler / binder ratio of 70-87 / 30-13% by weight. The dispersion of the initial adsorbent - filler is in the range from 1 μm to 6 μm.
Получаемый по данному изобретению адсорбирующий элемент имеет высокие значения кинетических параметров процессов массопереноса сорбента и сорбционную емкость на единицу массы в циклах сорбция - десорбция, термически устойчив в температурном интервале до 420-450°С (что дает возможность проведения его полной регенерации), не разрушается и не образует пыли в процессе эксплуатации за счет эластичности полимерного связующего, полностью нивелирующего деформационные напряжения, вызванные перепадом температур, аэродинамическими и гидравлическими нагрузками, т.е. его основные эксплуатационные свойства в процессе работы не меняются.The adsorbent element obtained according to this invention has high kinetic parameters of the sorbent mass transfer processes and the sorption capacity per unit mass in the sorption-desorption cycles, is thermally stable in the temperature range up to 420-450 ° C (which makes it possible to completely regenerate it), and does not form dust during operation due to the elasticity of the polymer binder, completely leveling deformation stresses caused by temperature differences, aerodynamic and hydraulic Kimi loads, ie, its main operational properties do not change during operation.
Однако данный способ получения адсорбирующего элемента (как, впрочем, и большинство известных способов данного назначения) характеризуется существенным органически присущим ему недостатком - чрезвычайной сложностью получения монолитных адсорбирующих элементов больших размеров или сложной геометрической конфигурации, обладающих однородной морфологической структурой. Для реализации данной задачи при сушке объемного сырого формованного изделия требуется быстрое равномерное удаление реологической добавки. Однако из-за, как правило, недостаточно высокой теплопроводности объекта сушки, приводящей к существенной неравномерности распределения в его объеме тепловых полей, на практике решить данную задачу либо не представляется возможным, либо требует наличия сложного технологического оборудования и существенных затрат ресурсов. В последнем случае эксплуатация подобного адсорбирующего элемента зачастую становится нецелесообразной по экономическим соображениям. Указанные выше аспекты хорошо известны специалистам, работающим в данной области техники. Это приводит к тому, что при использовании адсорбирующих элементов (особенно в форме блоков различной геометрической конфигурации) в адсорбционных установках больших размеров в силу того, что невозможно заполнить весь рабочий объем установки монолитным адсорбирующим элементом, возникает необходимость соединения адсорбирующих блоков в структуру, обеспечивающую достаточно равномерную циркуляцию очищаемого газового или жидкого потока по всему объему адсорбирующего элемента. Решение данной задачи требует либо применение различных механических прижимных устройств, либо использование всевозможных клеев или герметиков. В первом случае это приводит к усложнению адсорбционной установки и снижению эффективного объема, заполненного адсорбирующим материалом, во втором случае - из-за блокировки части поверхности адсорбирующего элемента инородным слоем, априори отличающимся по своей газопроницаемости от адсорбирующего материала, к снижению сорбционной емкости материала на единицу массы и кинетики процессов массопереноса сорбата в циклах сорбция - десорбция.However, this method of producing an absorbent element (as, by the way, and most of the known methods for this purpose) is characterized by a significant organically inherent drawback - the extreme complexity of obtaining large-sized monolithic absorbent elements or a complex geometric configuration with a homogeneous morphological structure. To accomplish this task, when drying a bulk crude molded product, rapid uniform removal of the rheological additive is required. However, due to, as a rule, insufficiently high thermal conductivity of the drying object, which leads to a significant uneven distribution of thermal fields in its volume, in practice it is either not possible to solve this problem, or it requires complex technological equipment and significant resources. In the latter case, the operation of such an absorbent element often becomes impractical for economic reasons. The above aspects are well known to those skilled in the art. This leads to the fact that when using adsorbing elements (especially in the form of blocks of various geometric configurations) in large-sized adsorption installations, since it is impossible to fill the entire working volume of the installation with a monolithic adsorbing element, it becomes necessary to connect the adsorbing blocks into a structure that provides a fairly uniform circulation of the cleaned gas or liquid stream throughout the entire volume of the absorbent element. The solution to this problem requires either the use of various mechanical clamping devices, or the use of all kinds of adhesives or sealants. In the first case, this leads to a complication of the adsorption unit and a decrease in the effective volume filled with absorbent material, in the second case, due to the blocking of a part of the surface of the absorbent element by a foreign layer, a priori different in gas permeability from the absorbent material, to a decrease in the sorption capacity of the material per unit mass and kinetics of sorbate mass transfer processes in sorption - desorption cycles.
Задачей изобретения является упрощение способа получения квазимонолитных адсорбирующих элементов больших размеров и улучшения их основных эксплуатационных характеристик.The objective of the invention is to simplify the method of producing quasimonolithic adsorbing elements of large sizes and improve their basic operational characteristics.
Задача решается изобретением, по которому в способе получения адсорбирующего элемента, включающем смешение порошка адсорбента - наполнителя, в качестве которого используют цеолиты, силикагели либо их комбинации, с полимерным связующим, в качестве которого используют полимеры фторпроизводных этилена, и реологической добавкой, формование полученной композиции в сырое изделие требуемой конфигурации с последующим удалением реологической добавки термической обработкой либо воздействием поля сверхвысокой частоты (СВЧ), дополнительно осуществляют соединение адсорбирующих элементов путем контактирования их торцевых поверхностей, при этом на торцевые поверхности предварительно наносят суспензию адсорбента - наполнителя и полимерного связующего в реологической добавке, либо реологическую добавку, с последующей обработкой места контакта термически либо воздействием поля сверхвысокой частоты.The problem is solved by the invention, in which, in a method for producing an absorbent element, comprising mixing an adsorbent-filler powder, using zeolites, silica gels, or a combination thereof, with a polymer binder, which use polymers of ethylene fluoro derivatives and a rheological additive, molding the resulting composition into a raw product of the required configuration, followed by removal of the rheological additive by heat treatment or by the action of an ultrahigh frequency (microwave) field, additionally The adsorbing elements are joined by contacting their end surfaces, while a suspension of the adsorbent — filler and polymer binder in a rheological additive, or a rheological additive — is preliminarily applied to the end surfaces, followed by treatment of the contact site thermally or by exposure to an ultrahigh frequency field.
Предпочтительно суспензию адсорбента - наполнителя и полимерного связующего в реологической добавке или реологическую добавку наносят на крайнюю часть торцевой поверхности адсорбирующего элемента, составляющую от 3 до 15 мм в зависимости от его геометрического размера.Preferably, a suspension of the adsorbent-filler and the polymer binder in the rheological additive or rheological additive is applied to the extreme part of the end surface of the adsorbing element, comprising from 3 to 15 mm, depending on its geometric size.
Предпочтительно после нанесения суспензии адсорбента - наполнителя и полимерного связующего в реологической добавке или реологической добавки на торцевую поверхность адсорбирующего элемента осуществить экспозицию адсорбирующих элементов до их соединения в течение 5-20 секунд.Preferably, after applying a suspension of the adsorbent-filler and the polymer binder in the rheological additive or rheological additive on the end surface of the adsorbing element, the adsorbing elements are exposed to exposure for 5-20 seconds.
Предпочтительно термическую обработку места контакта адсорбирующих элементов после их соединения осуществляют при температуре 25-75°С.Preferably, the heat treatment of the contact point of the absorbent elements after their connection is carried out at a temperature of 25-75 ° C.
Обработка торцевых поверхностей адсорбирующих элементов суспензией адсорбента - наполнителя и полимерного связующего в реологической добавке или реологической добавкой приводит к частичному растворению полимерной матрицы в месте контакта. Однако последующая термическая обработка места контакта либо воздействие поля сверхвысокой частоты (СВЧ) необходимой интенсивности и продолжительности на место контакта приводит к удалению реологической добавки и к повторной полимеризации матрицы, что приводит к образованию монолитной структуры в месте контактирования торцевых поверхностей элементов. При этом с целью большего тождества морфологических структур соединяемых адсорбирующих элементов и структуры, образующейся в месте контактирования, предпочтительно обработку торцевых поверхностей проводить суспензией адсорбента - наполнителя и полимерного связующего в реологической добавке. Такой прием позволяет получать в месте контактирования торцевых поверхностей структуру, по своей морфологии (а следовательно, и по основным эксплуатационным характеристикам), практически тождественную структуре исходных адсорбирующих элементов, т.е. здесь абсолютно уместно говорить о получении квазимонолитного адсорбирующего элемента большого размера. Этому же способствует экспозиция адсорбирующего элемента после нанесения на его торцевую поверхность суспензии адсорбента - наполнителя и полимерного связующего в реологической добавке или реологической добавки в течение 5-20 секунд, поскольку в течение этого времени происходит растворение поверхностного слоя торца адсорбирующего элемента (несколько микрометров). Последующая сополимеризация этого слоя в результате термического воздействия или воздействия поля СВЧ приводит к образованию квазимонолитной структуры. Увеличение времени экспозиции выше 20 секунд нецелесообразно, поскольку из-за неоднородности вторичной пористой структуры обрабатываемых торцевых поверхностей возможно неравномерное по глубине растворение полимерной матрицы, способное привести к нарушению геометрических форм как исходных, так и получаемых квазимонолитных адсорбирующих элементов (нарушение коаксиальности). Уменьшение экспозиции менее 5 секунд так же нецелесообразно, поскольку в течение этого времени не обеспечивается требуемое растворение поверхностного слоя торца адсорбирующего элемента. Это в конечном итоге приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик полученных квазимонолитных адсорбирующих элементов при их использовании в адсорбционных установках.Processing the end surfaces of the adsorbing elements with a suspension of the adsorbent — filler and polymer binder in a rheological additive or rheological additive leads to a partial dissolution of the polymer matrix at the contact point. However, the subsequent heat treatment of the contact site or the action of a microwave field of the necessary intensity and duration at the contact site removes the rheological additive and re-polymerizes the matrix, which leads to the formation of a monolithic structure at the contact point of the end surfaces of the elements. Moreover, with the aim of greater identity of the morphological structures of the absorbent elements to be joined and the structure formed at the contact point, it is preferable to treat the end surfaces with a suspension of the adsorbent - filler and polymer binder in a rheological additive. Such a technique makes it possible to obtain a structure, in its morphology (and, therefore, in terms of its main operational characteristics), at the point of contacting the end surfaces, that is almost identical to the structure of the initial adsorbing elements, i.e. here it is absolutely appropriate to talk about obtaining a large quasimonolithic absorbent element. This is also facilitated by the exposure of the absorbent element after applying a suspension of the adsorbent filler and polymer binder in the rheological additive or rheological additive to its end surface for 5-20 seconds, since during this time the surface layer of the end face of the absorbent element dissolves (several micrometers). Subsequent copolymerization of this layer as a result of thermal exposure or exposure to the microwave field leads to the formation of a quasimonolithic structure. Increasing the exposure time above 20 seconds is impractical, because due to the heterogeneity of the secondary porous structure of the processed end surfaces, dissolution of the polymer matrix is possible uneven in depth, which can lead to a violation of the geometric shapes of both the initial and the obtained quasimonolithic adsorbing elements (violation of coaxiality). A decrease in exposure of less than 5 seconds is also impractical, since during this time the required dissolution of the surface layer of the end face of the absorbent element is not provided. This ultimately leads to a deterioration in the operational characteristics of the obtained quasimonolithic adsorbing elements when used in adsorption installations.
Получению квазимонолитной структуры в месте контактирования адсорбирующих элементов так же способствуют условия термической обработки (удаления реологической добавки) при температуре выше 25°С, но ниже 75°С, поскольку экспериментально было установлено, что при этих условиях скорость испарения реологической добавки, определяющая морфологию образующейся вторичной пористой структуры адсорбирующего материала, оптимальна для возникновения квазимонолитной структуры в месте контактирования адсорбирующих элементов.The obtaining of a quasimonolithic structure at the contact point of the adsorbing elements is also facilitated by the conditions of heat treatment (removal of the rheological additive) at a temperature above 25 ° C, but below 75 ° C, since it was experimentally established that under these conditions the evaporation rate of the rheological additive, which determines the morphology of the resulting secondary the porous structure of the absorbent material is optimal for the appearance of a quasimonolithic structure at the contact point of the absorbent elements.
В случае несоблюдения перечисленных выше условий вторичная пористая структура исходных адсорбирующих элементов отличается от вторичной пористой структуры, образующейся при сополимеризации матрицы в месте контактирования торцевых поверхностей адсорбирующих элементов, что приводит к различной кинетике процессов массопереноса сорбата в циклах сорбции - десорбции, т.е. полученный адсорбирующий элемент деградирует в своих эксплуатационных характеристиках.If the above conditions are not met, the secondary porous structure of the initial adsorbing elements differs from the secondary porous structure formed upon copolymerization of the matrix at the contact surface of the end surfaces of the adsorbing elements, which leads to different kinetics of sorbate mass transfer processes in sorption-desorption cycles, i.e. the resulting adsorbent element degrades in its performance.
Ширина обработанной суспензией адсорбента - наполнителя и полимерного связующего в реологической добавке или реологической добавкой торцевой поверхности адсорбирующего элемента должна находиться в диапазоне от 3 до 15 мм в зависимости от его геометрического размера, поскольку данного значения достаточно для получения прочного соединения исходных адсорбирующих элементов, исключающего их разрушение в процессе эксплуатации по месту соединения. Увеличение ширины обрабатываемых торцевых поверхностей выше 15 мм нецелесообразно по причине увеличения времени сушки, связанного с дополнительными временными и энергозатратами, негативно сказывающимися на себестоимости конечного изделия.The width of the treated adsorbent-filler suspension and the polymer binder in the rheological additive or rheological additive of the end surface of the adsorbing element should be in the range from 3 to 15 mm depending on its geometric size, since this value is sufficient to obtain a strong connection of the original adsorbing elements, eliminating their destruction during operation at the junction. The increase in the width of the processed end surfaces above 15 mm is impractical due to the increase in drying time associated with additional time and energy consumption, which negatively affects the cost of the final product.
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
Готовят исходную композицию, для чего порошкообразный кристаллический адсорбент - наполнитель, например цеолит, силикагель или их комбинации, смешивают в сухом виде в обычном смесителе в необходимом соотношении с полимерным связующим, в качестве которого используются полимеры фторпроизводных этилена (предпочтительно использовать в виде порошка), например фторопласт - 42 марки «Ф-42 В» ГОСТ 25428-82. К полученной смеси при непрерывном перемешивании добавляют в требуемом количестве реологическую добавку, выбранную из ряда кетонов, например ацетон. Реологическая добавка выступает также в качестве растворителя полимерного связующего. После полного растворения полимерного связующего полученную композицию (суспензию) вновь перемешивают любым известным способом до получения однородной массы. Суспензию порошка адсорбента и полимерного связующего в реологической добавке формуют в сырое изделие любым известным способом, обеспечивающим необходимую для решения конкретной технической задачи геометрическую форму сорбента (труба, цилиндр, таблетка, кольцо, лист, сотовая структура и т.д.), например, с помощью экструдера либо литья. Полученное сырое формованное изделие (формованный адсорбирующий элемент) подвергают либо термической обработке в вакууме, либо воздействию поля сверхвысокой частоты (СВЧ) с целью полного удаления реологической добавки. При этом реологическая добавка выступает в качестве порообразователя, образуя при удалении из сырого изделия в процессе сушки множество сквозных транспортных пор диаметром до 10 мкм. Затем на крайнюю часть торцевой поверхности адсорбирующего элемента (исходный адсорбирующий элемент), составляющую от 3 до 15 мм, наносят суспензию адсорбента - наполнителя и полимерного связующего в реологической добавке или реологическую добавку и осуществляют экспозицию адсорбирующих элементов при нормальных условиях в атмосфере воздуха в течение 5-20 секунд. После окончания экспозиции осуществляют контактирование торцевых поверхностей адсорбирующих элементов и производят либо термическую обработку места контакта либо воздействие поля СВЧ на место контакта. An initial composition is prepared, for which a powdered crystalline adsorbent-filler, for example zeolite, silica gel, or combinations thereof, are mixed in a dry form in a conventional mixer in the required ratio with a polymer binder, which is used as ethylene fluoride polymers (preferably used in powder form), for example ftoroplast - 42 brands "F-42 V" GOST 25428-82. To the resulting mixture, with continuous stirring, a rheological additive selected from a number of ketones, for example acetone, is added in the required amount. The rheological additive also acts as a solvent for the polymer binder. After complete dissolution of the polymer binder, the resulting composition (suspension) is again mixed by any known method until a homogeneous mass is obtained. A suspension of the adsorbent powder and the polymer binder in the rheological additive is formed into a crude product by any known method that provides the geometric shape of the sorbent (pipe, cylinder, tablet, ring, sheet, honeycomb structure, etc.) necessary for solving a specific technical problem, for example, with using an extruder or casting. The obtained raw molded product (molded adsorbent element) is subjected either to heat treatment in a vacuum or to an ultrahigh frequency (microwave) field in order to completely remove the rheological additive. In this case, the rheological additive acts as a pore-forming agent, forming, when removed from the crude product during the drying process, many through transport pores with a diameter of up to 10 μm. Then, on the extreme part of the end surface of the adsorbing element (initial adsorbing element), comprising from 3 to 15 mm, a suspension of the adsorbent-filler and polymer binder in a rheological additive or rheological additive is applied and the adsorbing elements are exposed under normal conditions in an atmosphere of air for 5- 20 seconds After the end of the exposure, the end surfaces of the adsorbing elements are contacted and either the heat treatment of the contact site or the action of the microwave field at the contact site is performed.
Пример 1Example 1
Готовят исходную суспензию, для чего 35 г порошкообразного кристаллического цеолита (например, кристаллита NaX) с дисперсностью от 1 мкм до 6 мкм смешивают с 15 г порошкообразного фторопласта в обычном смесителе. К полученной смеси при постоянном перемешивании добавляют 300 мл ацетона (из расчета 20 мл ацетона на 1 г фторопласта). После полного растворения фторопласта полученную суспензию вновь перемешивают в этом же смесителе до получения однородной массы, после чего формуют в сырое изделие литьем в цилиндрическую форму диаметром 70 мм. Полученное формованное сырое изделие подвергают термообработке в вакууме при температуре 70-120°С и остаточном давлении 5 мм рт.ст. в течение 4,1-4,6 часов до полного удаления реологической добавки. После этого на края торцевых поверхностей адсорбирующего элемента наносят исходную суспензию и осуществляют экспозицию в течение 15 секунд. Ширина зоны обработки составляет 3 мм. После экспозиции осуществляют контактирование торцевых поверхностей адсорбирующих элементов и проводят обработку места контакта термическим воздействием при температуре 55°С в течение 10 минут.An initial suspension is prepared, for which 35 g of powdered crystalline zeolite (for example, NaX crystallite) with a particle size of 1 μm to 6 μm are mixed with 15 g of powdered fluoroplastic in a conventional mixer. To the resulting mixture, with constant stirring, add 300 ml of acetone (based on 20 ml of acetone per 1 g of fluoroplastic). After complete dissolution of the fluoroplastic, the resulting suspension is again mixed in the same mixer until a homogeneous mass is obtained, after which it is molded into a crude product by casting in a cylindrical shape with a diameter of 70 mm. The obtained molded raw product is subjected to heat treatment in vacuum at a temperature of 70-120 ° C and a residual pressure of 5 mm Hg within 4.1-4.6 hours until the rheological additive is completely removed. After that, the initial suspension is applied to the edges of the end surfaces of the absorbent element and exposure is carried out for 15 seconds. The width of the treatment zone is 3 mm. After the exposure, the end surfaces of the adsorbing elements are contacted and the contact area is treated with thermal treatment at a temperature of 55 ° C for 10 minutes.
Пример 2Example 2
Готовят исходную композицию, для чего 40 г порошкообразного кристаллического сорбента (например, кристаллита NaX и силикагеля КСМГ при весовом соотношении 1/1) с дисперсностью от 1 мкм до 6 мкм смешивают с 11 г порошкообразного фторопласта в обычном смесителе. К полученной смеси при постоянном перемешивании добавляют 121 мл ацетона (из расчета 11 мл ацетона на 1 г фторопласта). После полного растворения фторопласта полученную суспензию вновь перемешивают в этом же смесителе до получения однородной массы, после чего формуют в сырое изделие литьем в цилиндрическую форму диаметром 80 мм. Полученное формованное сырое изделие подвергают термообработке в вакууме при температуре 80-140°С и остаточном давлении 10 мм рт.ст. в течение 5,1-5,4 часов до полного удаления реологической добавки. После этого на края торцевых поверхностей адсорбирующего элемента наносят реологическую добавку (ацетон) и осуществляют экспозицию в течение 5 секунд. Ширина зоны обработки составляет 10 мм. После экспозиции осуществляют контактирование торцевых поверхностей адсорбирующих элементов и проводят обработку места контакта термическим воздействием при температуре 25°С в течение 16 минут.An initial composition is prepared, for which 40 g of a powdered crystalline sorbent (for example, NaX crystallite and KSMG silica gel in a weight ratio of 1/1) with a dispersion of 1 μm to 6 μm are mixed with 11 g of powdered fluoroplastic in a conventional mixer. To the resulting mixture, 121 ml of acetone is added with constant stirring (based on 11 ml of acetone per 1 g of fluoroplastic). After complete dissolution of the fluoroplastic, the resulting suspension is again mixed in the same mixer until a homogeneous mass is obtained, after which it is molded into a crude product by casting into a cylindrical shape with a diameter of 80 mm. The obtained molded raw product is subjected to heat treatment in vacuum at a temperature of 80-140 ° C and a residual pressure of 10 mm Hg within 5.1-5.4 hours until the rheological additive is completely removed. After that, a rheological additive (acetone) is applied to the edges of the end surfaces of the absorbent element and exposure is carried out for 5 seconds. The width of the treatment zone is 10 mm. After the exposure, the end surfaces of the adsorbing elements are contacted and the contact area is treated with thermal exposure at a temperature of 25 ° C for 16 minutes.
Пример 3Example 3
Готовят исходную суспензию, для чего 70 г порошкообразного кристаллического цеолита (например, кристаллита NaX) с дисперсностью от 1 мкм до 6 мкм смешивают с 30 г порошкообразного фторопласта в обычном смесителе. К полученной смеси при постоянном перемешивании добавляют 600 мл ацетона (из расчета 20 мл ацетона на 1 г фторопласта). После полного растворения фторопласта полученную суспензию вновь перемешивают в этом же смесителе до получения однородной массы, после чего формуют в сырое изделие литьем в цилиндрическую форму диаметром 120 мм. Полученное формованное сырое изделие подвергают воздействию поля сверхвысокой частоты (СВЧ) при мощности излучения 900 Вт в течение 130 секунд до полного удаления реологической добавки. После этого на края торцевых поверхностей адсорбирующего элемента наносят исходную суспензию и осуществляют экспозицию в течение 20 секунд. Ширина зоны обработки составляет 15 мм. После экспозиции осуществляют контактирование торцевых поверхностей адсорбирующих элементов и проводят обработку места контакта воздействием поля сверхвысокой частоты (СВЧ) при мощности излучения 900 Вт в течение 15 секунд.An initial suspension is prepared, for which 70 g of powdered crystalline zeolite (for example, NaX crystallite) with a particle size of 1 μm to 6 μm are mixed with 30 g of powdered fluoroplastic in a conventional mixer. 600 ml of acetone are added to the resulting mixture with constant stirring (based on 20 ml of acetone per 1 g of fluoroplastic). After complete dissolution of the fluoroplastic, the resulting suspension is again mixed in the same mixer until a homogeneous mass is obtained, after which it is molded into a crude product by injection into a cylindrical shape with a diameter of 120 mm. The resulting molded raw product is exposed to an ultra-high frequency (microwave) field with a radiation power of 900 W for 130 seconds until the rheological additive is completely removed. After that, the initial suspension is applied to the edges of the end surfaces of the absorbent element and exposure is carried out for 20 seconds. The width of the treatment zone is 15 mm. After the exposure, the end surfaces of the adsorbing elements are contacted and the contact area is processed by the action of an ultra-high frequency (microwave) field at a radiation power of 900 W for 15 seconds.
Пример 4Example 4
Готовят исходную суспензию, для чего 35 г порошкообразного кристаллического цеолита (например, кристаллита NaX) с дисперсностью от 1 мкм до 6 мкм смешивают с 15 г порошкообразного фторопласта в обычном смесителе. К полученной смеси при постоянном перемешивании добавляют 300 мл ацетона (из расчета 20 мл ацетона на 1 г фторопласта). После полного растворения фторопласта полученную суспензию вновь перемешивают в этом же смесителе до получения однородной массы, после чего формуют в сырое изделие литьем в цилиндрическую форму диаметром 70 мм. Полученное формованное сырое изделие подвергают термообработке в вакууме при температуре 70-120°С и остаточном давлении 5 мм рт.ст. в течение 4,1-4,4 часов до полного удаления реологической добавки. После этого на края торцевых поверхностей адсорбирующего элемента наносят реологическую добавку (ацетон) и осуществляют экспозицию в течение 7 секунд. Ширина зоны обработки составляет 5 мм. После экспозиции осуществляют контактирование торцевых поверхностей адсорбирующих элементов и проводят обработку места контакта термическим воздействием при температуре 75°С в течение 8 минут.An initial suspension is prepared, for which 35 g of powdered crystalline zeolite (for example, NaX crystallite) with a particle size of 1 μm to 6 μm are mixed with 15 g of powdered fluoroplastic in a conventional mixer. To the resulting mixture, with constant stirring, add 300 ml of acetone (based on 20 ml of acetone per 1 g of fluoroplastic). After complete dissolution of the fluoroplastic, the resulting suspension is again mixed in the same mixer until a homogeneous mass is obtained, after which it is molded into a crude product by casting in a cylindrical shape with a diameter of 70 mm. The obtained molded raw product is subjected to heat treatment in vacuum at a temperature of 70-120 ° C and a residual pressure of 5 mm Hg within 4.1-4.4 hours until the rheological additive is completely removed. After that, a rheological additive (acetone) is applied to the edges of the end surfaces of the absorbent element and exposure is carried out for 7 seconds. The width of the treatment zone is 5 mm. After the exposure, the end surfaces of the adsorbing elements are contacted and the contact area is treated with thermal treatment at a temperature of 75 ° C for 8 minutes.
Для определения механической прочности полученных по примерам 1-4 квазимонолитных адсорбирующих элементов из места контакта их торцевых поверхностей были вырезаны сегменты в форме прямоугольного параллелепипеда с аспектным соотношением высоты к ширине (длине) равным 3:1. Аналогичные по своим геометрическим параметрам сегменты были вырезаны из исходного адсорбирующего элемента. Устойчивость адсорбирующих элементов к механическому воздействию исследовали на машине MTS 870 Landmark (фирма MTS Systems, США), предназначенной для определения прочности и пластичности полимерных материалов. Все эксперименты на сжатие проводили в режиме постоянной скорости деформации, равной 10 мкм/с. Силовой отклик образцов, возникающий в результате их механической деформации, регистрировали при помощи датчика силы, обладающего относительной погрешностью измерения 0,05%. Результаты экспериментов в виде графика зависимости силового отклика образцов адсорбирующих элементов от величины его относительной деформации представлены на чертеже, где кривая ряд 1 - образец адсорбирующего элемента, полученного по примеру 1; кривая ряд 2 - образец адсорбирующего элемента, полученного по примеру 2; кривая ряд 3 - образец адсорбирующего элемента, полученного по примеру 3; кривая ряд 4 - образец адсорбирующего элемента, полученного по примеру 4; кривая ряд 5 - образец исходного адсорбирующего элемента.To determine the mechanical strength of the quasimonolithic adsorbing elements obtained in Examples 1-4, segments in the form of a rectangular parallelepiped with an aspect ratio of height to width (length) equal to 3: 1 were cut from the contact point of their end surfaces. Segments similar in their geometric parameters were cut from the initial absorbent element. The mechanical resistance of the adsorbing elements was studied on a MTS 870 Landmark machine (MTS Systems, USA), designed to determine the strength and ductility of polymer materials. All compression experiments were performed at a constant strain rate of 10 μm / s. The force response of the samples resulting from their mechanical deformation was recorded using a force sensor with a relative measurement error of 0.05%. The results of the experiments in the form of a graph of the dependence of the force response of samples of adsorbing elements on the magnitude of its relative deformation are presented in the drawing, where curve row 1 is a sample of the adsorbing element obtained in example 1; curve row 2 - sample of an absorbent element obtained in example 2; curve row 3 - sample of an absorbent element obtained in example 3; curve row 4 - sample of the absorbent element obtained in example 4; curve row 5 - sample of the original adsorbing element.
Полученные результаты позволяют сделать однозначный вывод, что механическая прочность, определяемая морфологической структурой материала изучаемых адсорбирующих элементов, практически тождественна, т.е. при соблюдении описанных выше технологических приемов изготовления адсорбирующих элементов морфологическая структура в месте контакта их торцевых поверхностей аналогична морфологической структуре во всем остальном объеме и абсолютно уместно говорить о получении квазимонолитного адсорбирующего элемента. Причем данное утверждение справедливо для квазимонолитного адсорбирующего элемента, состоящего из любого количества исходных адсорбирующих элементов, соединенных между собой с использованием описанных выше технологических приемов.The results obtained allow us to make an unambiguous conclusion that the mechanical strength, determined by the morphological structure of the material of the studied adsorbing elements, is almost identical, i.e. subject to the technological methods described above for manufacturing adsorbing elements, the morphological structure at the contact point of their end surfaces is similar to the morphological structure in the rest of the volume and it is absolutely appropriate to talk about obtaining a quasimonolithic adsorbing element. Moreover, this statement is true for a quasi-monolithic adsorbing element, consisting of any number of initial adsorbing elements interconnected using the above-described technological methods.
Для определения сорбционной емкости на единицу массы и кинетики процессов массопереноса в статических условиях были проведены испытания полученных по примерам 1-4 квазимонолитных адсорбирующих элементов на протяжении 20 циклов сорбция - десорбция с использованием стандартных методов. Для проведения испытаний из места контакта их торцевых поверхностей адсорбирующих элементов были вырезаны сегменты в форме прямоугольного параллелепипеда с аспектным соотношением высоты к ширине (длине) равным 3:1. Аналогичные по своим геометрическим параметрам сегменты были вырезаны из исходного адсорбирующего элемента. Результаты испытаний представлены в таблице 1.To determine the sorption capacity per unit mass and the kinetics of mass transfer processes under static conditions, we tested the quasimonolithic adsorbing elements obtained according to examples 1–4 for 20 sorption – desorption cycles using standard methods. To conduct tests, segments in the shape of a rectangular parallelepiped with an aspect ratio of height to width (length) equal to 3: 1 were cut from the contact point of their end surfaces of the adsorbing elements. Segments similar in their geometric parameters were cut from the initial absorbent element. The test results are presented in table 1.
Как видно из приведенных в таблице данных, предложенный способ получения адсорбирующих элементов позволяет получать адсорбирующие материалы, не уступающие по кинетическим параметрам процессов массопереноса сорбата в циклах сорбция - десорбция исходному адсорбирующему элементу. Результаты исследования сорбционных характеристик полученных адсорбирующих элементов свидетельствуют о полном тождестве вторичной пористой структуры полученных по изобретению квазимонолитных адсорбирующих элементов и исходных адсорбирующих элементов.As can be seen from the data in the table, the proposed method for producing adsorbing elements allows to obtain adsorbing materials that are not inferior in kinetic parameters to the processes of mass transfer of sorbate in the sorption - desorption cycles of the original adsorbing element. The results of the study of the sorption characteristics of the obtained adsorbing elements indicate the complete identity of the secondary porous structure of the quasimonolithic adsorbing elements obtained according to the invention and the initial adsorbing elements.
Для определения основных эксплуатационных характеристик квазимонолитных адсорбирующих элементов в динамических условиях были проведены испытания при следующих параметрах:To determine the main operational characteristics of quasi-monolithic adsorbing elements under dynamic conditions, tests were carried out with the following parameters:
- относительная влажность исходного воздушного потока φ≈40% (7-8 г/м3);- relative humidity of the initial air flow φ≈40% (7-8 g / m 3 );
- температура исходного воздушного потока (20±2)°С;- temperature of the initial air flow (20 ± 2) ° С;
- объемный удельный расход воздушного потока Qs=1,20 л/(мин-см). - volumetric specific air flow rate Q s = 1.20 l / (min-cm).
Для проведения динамических испытаний в прямоточный адсорбер были помещены полученные с использованием технологических приемов, описанных в примерах 1-4, квазимонолитные адсорбирующие элементы, состоящие из 4 исходных адсорбирующих элементов высотой 2 см каждый. При этих же условиях были испытаны помещенные в адсорбер 4 исходных адсорбирующих элемента высотой 2 см каждый, полученные по примеру 1 патента РФ №2446876. При этом эти исходные адсорбирующие элементы были установлены друг на друга и поджаты обычным способом. В ходе испытаний определялись следующие параметры:To conduct dynamic tests, quasi-monolithic adsorbing elements consisting of 4 initial adsorbing elements 2 cm high each were obtained in the direct-flow adsorber using the technological methods described in examples 1-4. Under the same conditions, 4 initial adsorbing elements 2 cm high placed in the adsorber were tested, obtained according to example 1 of RF patent No. 2446876. At the same time, these initial adsorbing elements were mounted on top of each other and pressed in the usual way. During the tests, the following parameters were determined:
- степень глубины осушки воздушного потока, характеризующая сорбционную емкость и кинетику процесса поглощения сорбата адсорбирующими элементами;- the degree of depth of drying of the air flow, characterizing the sorption capacity and kinetics of the absorption process of the sorbate by adsorbing elements;
- время защитного действия, характеризующее длительность эксплуатации адсорбирующего материала до появления за его слоем сорбата;- time protective action, characterizing the duration of operation of the absorbent material until the appearance of a layer of sorbate;
- динамическая емкость, характеризующая сорбционную емкость адсорбирующих материалов на единицу массы в условиях эксплуатации;- dynamic capacity, characterizing the sorption capacity of adsorbing materials per unit mass in operating conditions;
- коэффициент использования равновесной динамической емкости k, определяемый как k=ад/ар (где ад - динамическая емкость адсорбирующего элемента, определенная к моменту появления за слоем адсорбента концентрации сорбата, равной 10% от исходной; ар - равновесная динамическая емкость адсорбирующего элемента, определенная к моменту появления за слоем адсорбента исходной концентрации сорбата) и характеризующий кинетические параметры процесса адсорбции сорбата в динамических условиях. Результаты испытаний представлены в Таблице 2.is the utilization coefficient of the equilibrium dynamic capacity k, defined as k = a d / a p (where a d is the dynamic capacity of the adsorbing element, determined at the time the sorbate concentration behind the adsorbent layer appears, equal to 10% of the initial one; and p is the equilibrium dynamic capacity of the adsorb element determined by the moment the initial sorbate concentration appears behind the adsorbent layer) and characterizing the kinetic parameters of the sorbate adsorption process under dynamic conditions. The test results are presented in Table 2.
Полученные результаты показывают, что при практически равных массогабаритных характеристиках квазимонолитные адсорбирующие элементы, полученные по изобретению, при их эксплуатации имеют лучшие основные эксплуатационные характеристики в динамических условиях по сравнению с характеристиками адсорбирующих элементов, полученных по патенту РФ 2446876.The results show that, with practically equal mass and size characteristics, the quasi-monolithic adsorbing elements obtained according to the invention, during their operation, have better basic operational characteristics in dynamic conditions compared with the characteristics of adsorbing elements obtained according to the RF patent 2446876.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012145647/05A RU2524608C2 (en) | 2012-10-25 | 2012-10-25 | Method of producing adsorption element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012145647/05A RU2524608C2 (en) | 2012-10-25 | 2012-10-25 | Method of producing adsorption element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012145647A RU2012145647A (en) | 2014-04-27 |
| RU2524608C2 true RU2524608C2 (en) | 2014-07-27 |
Family
ID=50515424
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012145647/05A RU2524608C2 (en) | 2012-10-25 | 2012-10-25 | Method of producing adsorption element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2524608C2 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4535004A (en) * | 1982-03-31 | 1985-08-13 | Basf Aktiengesellschaft | Consolidating the surface of a granular adsorbent |
| US7300500B2 (en) * | 2002-04-26 | 2007-11-27 | Japan Gore-Tex, Inc. | Adsorbent-formed object and an adsorbent unit |
| RU2446876C1 (en) * | 2010-08-30 | 2012-04-10 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Росхимзащита" (ОАО "Корпорация "Росхимзащита") | Method of producing moulded sorbent |
-
2012
- 2012-10-25 RU RU2012145647/05A patent/RU2524608C2/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4535004A (en) * | 1982-03-31 | 1985-08-13 | Basf Aktiengesellschaft | Consolidating the surface of a granular adsorbent |
| US7300500B2 (en) * | 2002-04-26 | 2007-11-27 | Japan Gore-Tex, Inc. | Adsorbent-formed object and an adsorbent unit |
| RU2446876C1 (en) * | 2010-08-30 | 2012-04-10 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Росхимзащита" (ОАО "Корпорация "Росхимзащита") | Method of producing moulded sorbent |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012145647A (en) | 2014-04-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2012223684B2 (en) | Article for carbon dioxide capture | |
| Estevez et al. | Hierarchically porous carbon materials for CO2 capture: the role of pore structure | |
| Kennedy et al. | Adsorption of phenol from aqueous solutions using mesoporous carbon prepared by two-stage process | |
| Loganathan et al. | CO2 adsorption kinetics on mesoporous silica under wide range of pressure and temperature | |
| Hao et al. | Rapid synthesis of nitrogen‐doped porous carbon monolith for CO2 capture | |
| US20180290096A1 (en) | Non-extruded activated carbon honeycomb structures | |
| de Yuso et al. | Toluene and n-hexane adsorption and recovery behavior on activated carbons derived from almond shell wastes | |
| RU2547115C2 (en) | Adsorber | |
| Wang et al. | Synthesis of hollow organosiliceous spheres for volatile organic compound removal | |
| KR102051033B1 (en) | Composite for the removal of VOC and the preparing method thereof | |
| Veneman et al. | Adsorption of CO2 and H2O on supported amine sorbents | |
| Izquierdo et al. | Influence of activated carbon characteristics on toluene and hexane adsorption: Application of surface response methodology | |
| KR101753905B1 (en) | Polyvinyl alcohol composite foam comprising lithium ion sieve and preparing method thereof | |
| Alonso-Buenaposada et al. | Desiccant capability of organic xerogels: Surface chemistry vs porous texture | |
| Xie et al. | Sorption of norfloxacin from aqueous solutions by activated carbon developed from Trapa natans husk | |
| Wei et al. | Development of a pentaethylenehexamine-modified solid support adsorbent for CO2 capture from model flue gas | |
| Nawaz et al. | Effect of catalyst and substrate on the moisture diffusivity of silica-aerogel-coated metal foams | |
| RU2446876C1 (en) | Method of producing moulded sorbent | |
| Hu et al. | Solution‐reprocessable microporous polymeric adsorbents for carbon dioxide capture | |
| Yoosuk et al. | Binary sorption of CO2 and H2S over polyamine modified fumed silica pellets in a double stage fixed-bed system | |
| Sun et al. | Surface modification of porous carbon nanomaterials for water vapor adsorption | |
| RU2524608C2 (en) | Method of producing adsorption element | |
| Peyravi et al. | Porous carbon black-polymer composites for volatile organic compound adsorption and efficient microwave-assisted desorption | |
| Chen et al. | Preparation and structure analysis of carbon/carbon composite made from phenolic resin impregnation into exfoliated graphite | |
| Luo et al. | Sisal fiber-based solid amine adsorbent and its kinetic adsorption behaviors for CO 2 |