УМКД

Әлсіз сорбцияланатын газдардың адсорбциясы

ПӘННІҢ ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕНІ

«БЕЙОРГАНИКАЛЫҚ ЗАТТАРДЫҢ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯСЫНДАҒЫ АДСОРБЦИЯЛЫҚ
ПРОЦЕССТЕР МЕН КАТАЛИЗ»

5В072000 – «Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясы»
мамандығы үшін

ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК МАТЕРИАЛДАР

СЕМЕЙ
2014

Мазмұны
1 Глоссарийлар
2 Дәріс оқулар
3 Практикалық сабақтар
4 Білім алушының өздік жұмысы

1 ГЛОССАРИЙ
Катализ - катализаторлар қатысында химиялық реакциялардың
жылдамдығының өзгеруімен жүретін процестер.
Катализаторлар - химиялық реакция жылдамдығын арттыратын, аралық
өнімнің құрамына кіретін, бірақ реакция өнімінің құрамына кірмейтін заттар.

Каталитикалық реакциялар – катализатор қатысында жүретін реакциялар.
Оң катализ – реакция жылдамдығы артып отыратын катализ. Оған мысал
ретінде платинада аммиактан азот қышқылын алуды айтуға болады.
Теріс катализ – реакция жылдамдығы төмендеп отыратын катализ. Оған
мысал: коррозия жылдамдығын төмендету үшін металл, натрий нитриті, калий
хроматы мен дихроматтары.
Ингибиторлар – химиялық реакция жылдамдығын төмендететін
катализаторлар.
Гомогенді катализ – катализатор мен әрекеттесуші заттар бірдей фазада
өтетін катализ.
Гетерогенді катализ – процестің жылдамдауы қатты дене – катализатор
бетінде жүретін катализ. Сондықтан катализатордың активтілігі беттің
мөлшері мен қасиеті байланысты. Практикада көбінесі катализаторды қатты
төсеніштердің бетіне орналастырады. Гетерогенді катализдің механизмі
гомогенді катализдің механизміне қарағанда біршама күрделі болып келеді.
Промоторлар (немесе активаторлар) – катализаторлардың активтілігін
жоғарылататын заттар. Сонымен қатар олар каталитикалық қасиеттермен
сипатталмауы да мүмкін.
Каталитикалық улар – катализатор активтілігін біраз немесе толықтай
жоятын реакциялық қоспадағы бөтен заттар. Мысалы, күкірт қышқылы
өндірісінде қолданылатын V2О5 катализаторының активтілігін мышьяк немесе
фосфор іздері лезде төмендетеді.
Ферменттер – өсімдік және жануар ағзаларындағы биохимиялық
реакциялардың жылдамдығын арттыратын биохимиялық катализаторлар.
Ферментативті катализ – катализаторлар ретінде күрделі ақуызды
құрылулар қолданылады. Олар өсімдік және жануар әлеміндегі маңызды
биологиялық процестердің жылдамдығын арттырады. Ферментативті катализ әрі
гомогенді әрі гетерогенді болуы мүмкін.
Автокаталитикалық реакция – соңғы өнім немесе аралық өнім катализатор
ретінде әсер ететін реакция. Мұндай реакциялар үшін жылдамдық уақыт бойынша
артады.
Аддукт – АВ типтегі жаңа қосылыс, оның әр молекуласы А және В 2 жеке
құраушыларынан тура қосылу арқылы түзілген. Стехиометрия 1:1 қатынастан
өзге болуы мүмкін.
Амбиденттілік – 2 реакцияға қабілетті орталықтары бар қосылыстар.
Олардың әрқайсысы реакция барысында жаңа байланыс түзуге қабілетті. Бірінші
орталықта реакцияда келесі орталықтағы реакцияны баяулатады. Бұл термин
біріккен нуклеофилдерге тән. Мысалы: енолят – ион.
Анти – «қарама – қарсы жақта» деген мағынаны білдіретін
стереохимиялық қатынас.
Апротонды – не протогенді, не протофильді қабілетпен сипатталмайтын
еріткіш.
Ароматтылық – делокализация тұрақтылығы классикалық құрылымның
(мысалы, Кекуле құрылымы) гипотетикалық тұрақтылыққа қарағанда жоғары
циклді молекула.
Ауыспалы күй – реагент пен өнім арасындағы молярлы Гиббч энергиясы оң
күйі. Олардың арасынан реагенттен реакция өнімінен дейін кез келген бағытта
атомдар ансамблі өте алуы тиіс.
Бирадикал – әртүрлі атомдардың атомдық орбитальдарындағы 2
жұптаспаған электроны бар формуламен сипатталатын бөлшектің электрондық
күйі.
Гетеролиз – 2 байланыстырушы электрон 2 фрагменттің біреуімен қалып,
араларындағы байланыстың үзілуі.
Гидратация – молекулаға су немесе су элементінің қосылуы.
Гидрофобты әрекеттесу – сулы ортада көмірсутектердің (немесе еріген
заттардағы лиофобты топтар) молекула аралық агрегаттарды түзу тенденциясы.
Гиперконъюгация – ол δ – байланыстардың π – жүйеге өтуі. Ол түсінік
карбоний иноы және радикалдарда таралады.
Гомолиз – байланыстың үзілуі. Бұл жағдайда молекуладағы әр фрагмент
арасындағы байланыс үзіліп, оларды байланыстыратын бір электрон қалады.
Диссоциация – молекуланың 2 не одан да көп бөлшектерге бөлінуі. Оған
мысал ретінде мономолекулалық гетеролиз, иондық жұптың құраушы бос иондарға
бөлінуі.
Енгізу реакциясы – келесі типтегі химиялық реакция X–Z + Y –> X–Y–Z.
Оған кері реакцияны экструзия деп атайды.
Изомеризация – негізгі өнім негізгі реагенттің изомері болып
табылатын химиялық реакциялар.
Изотопты эффект – бір немаесе бірнеше химиялық ұқсас компонеттердің
тек қана изотоптық құрамы жағынан әртүрлі болып келетін 2 реакцияның
жылдамдық немесе тепе – теңдік константалары.
Ингибирлеу – рагент, катализатор немесе интермедиатқа әсер ететін,
зат – ингибитор қосу арқылы реакция жылдамдығын төмендету.
Индукциялық эффект – электростатискалық индукция есебінен атомдар
тізбегі бойынша экспериментті түрде зарядты тасымалдау эффектін бақылау.
Жазықтық эффектімен шатастырмау.
Иницирлеу – бос радикалдарды генерирлейтін, содан соң тізбекті
реакцияға қатысатын процесс немесе реакция.
Интермедиат, аралық өнім – өмір сүру уақыты молекулалық тербелу
уақытынан жоғары молекула және реагенттермен әрекеттесіп, одан әрі химиялық
реакция өнімін түзетін молекула.
Ион – радикал – электр заряды бар радикал. Оң зарядталған радикалдар
«катион – радикал», теріс зарядталған радикалдар «анион – радикал» деп
аталады.
Ионизация – бір немесе бірнеше иондардың генерациясы. Мономолекулалық
гетеролиз есебінен бейтарап молекулалардың электрондардың жоғалуы
нәтижесінде 2 не одан да көп ион түзуі. Келесі нұсқасы – бейтарап
молекуланы қамтитын, гереролитикалық орынбасу реакциялары.
RCl + AlCl3 -> R+ + AlCl4-
Карбанион – электрон саны жұп болып келетін және үш валентті көміртек
атомындағы бөлінбеген жұп бар немесе үш валентті көміртек атомында бір
ғана болса да резонансты құрылымы бар бөлшек аты.
Карбин – электробейтарап бір валентті көміртек атомы 3 байланыспаған
электроны бар бөлшек.
Карбокатион – бір немесе бірнеше көміртек атомдарында
локализацияланған оң зарядтың артық мөлшері, жұп электрон саны бар катион.
Келісілген процесс – элементарлы сатыда өтетін 2 не одан да көп жай
өзгерулер. Яғни, бұл жағдайда жай өзгерулер кезінде кезектескен өзгерулерге
қарағанда ауыспалы күйі төмен энергиямен сипатталады.
Конденсация реакциясы – 2 не одан да көп реагенттің қатысумен негізгі
өнімнің түзілуі судың немесе жай қосылыстың (аммиак, этанол, күкіртсутек)
бөлінуімен қатар жүретін реакция.
Қонақ – молекуланың құрылымындағы молекула ішілік орындарды,
ұяшықтарды, тесіктерде орналасқан органикалық немесе неорганикалық ион
немесе қосылыс.
Қосылу реакциясы – 2 не 3 әрекеттесуші молекулалардың бір өнім
түзуіне әкелетін реакция.
Мезомерлік эффекті – р- немесе π - орбитальдарын басқа молекуламен
бөгеуі кезіндегі орынбасу эффектісіни экспериментті түрде бақылау. Бұл
бөгеу орынбасушыға немесе кері ауыса алатын электр зарядының
делокализациясына әкелуі мүмкін.
Нуклеофиль – 2 байланыстыратын электронды бере отырып, байланыс
түзетін реагент.
Нуклеофильділік
• Нуклеофил болу қасиеті.
• Қатыстық реакция қабілеттілік
Нуклеофуг – байланыстырушы электрон жұбын алып кететін жылжымалы топ.
Мысалы, алкилхлоридтердің гидролизі кезінде СІ- нуклеофуг.
Орынбасу реакциясы – бір атом немесе топ келесі атом немесе топтың
орнын басатын элементарлы немесе көпсатылы реакция.
Перициклді реакция – Үздіксіз байланысқан атомдар циклді бірізділік
арқылы байланыс түзетін химиялық реакция.
Пиролиз – көбінесе жоғары температурамен байланысты термолиз.
Протон тасымалдаушы реакция – негізгі ерекшелігі – бір реакциялық
орталықтан екінші реакциялық орталыққа молекула аралық немесе молекула
ішілік протонның тасымалдануы жүретін химиялық реакция.
Радиолиз – жоғары сәулелену энергиясымен әсер ету нәтижесінде бір
немесе бірнеше байланыстың үзілуі.
Реакцияға қабілеттік индексі – молекуладағы әртүрлі жағдайдың
қатыстық реакциялық қабілеттілігін болжауға мүмкіндік беретін қандай да бір
сандық индекс.
Реакцияға қабілеттілік – кинетикалық қасиетін көрететін термин.
Белгілі элементарлы сатыда жылдамдық константасы неғұрлым үлкен болса,
соғұрлым қосылыстың реакция қабілеттілігі жоғары болады.
Селективтілік – бір субстраттағы реагентпен анықталатын 2 не одан да
көп субстратты немесе 2 не одан да көп жағдайды айыра алу қасиеті. Сандық
түрде жылдамдық константаларының қатынасымен немесе ондық логарифммен
көрсетіледі.
Сигматропты қайта топтау – ескі δ – байланысының үзіліп, молекулалық
қайта топтасу арқылы жаңа δ – байланыстың түзілуі. Көп жағдайда
молекуладағы π – байланыстың алмасуы нәтижесінде өтеді, бірақ π және δ –
байланыстардың жалпы саны өзгеріссіз қалады.
Тотықсыздану – бір немесе бірнеше электрондардың молекулаға толық
ауысуы. Тотығуға кері процесс.
Тізбектің үзілуі – тізбекті реакциядағы интермедиаттың реакция
қабілеттілігі бұзылу сатысы, яғни тізбек үзіледі.
Фазааралық катализ – әртүрлі фазаларда орналасқан реагенттердің
бірін (анион) реакция жүретін келесі фаза бөлігі арқылы агенттің аздаған
мөлшерін қосу кезіндегі реакция жылдамдығының арту құбылысы. Катализаторлар
ретінде бейорганикалық иондармен комплекс түзетін қабілеті бар тұздар.
Ыдырау – бір бөлшектің екі не одан да көп фрагменттерге бөлінуі.
Ыдырау реакциясы – негізгі белгісі – молекуладан бимолекулалы атомның
(бейтарап немесе зарядталған) бөлінуі арқылы жүретін химиялық реакция.
Электрон акцепторі – өзіне электрон қосып алуға қабілетті қосылыстар.

Электрон доноры – басқа қосылыстарға өзь электронын бере алатын
қосылыстар.
Электрон тасымалдау – молекуладағы электрон тасымалдауы жүзеге
асырылатын процесс.
Элиминирлеу реакциясы – қосылу реакциясына кері реакция.

2 ДӘРІС ОҚУЛАР

Дәріс сабақтардың құрылымы:

Дәріс 1. Кіріспе. Адсорбция және бетік құбылыстар.

1 Жалпы мәліметтер.

Бу, газ, еріген заттарды қатты немесе сұйық заттармен сініру
құбылысын сорбция деп атайды.

Сорбциянын негізгі түрлері.

1. Адсорбция - заттын фаза көлемінен фазалар бөліну бетінде
концентрлеуі, қатты сініргіш бетінде газ немесе бу молекулаларының
концентрлеуі.

Сініргіш – адсорбент, ал сінірілетің затты – адсорбтив(адсорбат) деп
атайды. Мысалы, улы немесе зиянды газдарды активті көмір арқылы
сініру.

2. Абсорбция – ол қатты немесе сұйық заттардың барлық көлемінде
газ немесе будын сінірілуі.Мысалы: г\с (НСl\cy), г\қ (Н2\Pd). Қатты
заттарда газдар диффузиясы өте баяу өткендіктен, абсорбцияны аяқтау
үшін, көп уақыт қажет.

3. Капилярды конденсация – сорбенттін санылауларында немесе
капилярларында сұйық фазанын пайда болуы. Мысалы: силикогель,
активтельген көмірде органикалық заттын буы конденсациясы. Табиғи
құбылыстарда судын топырақта өтуі, жинақталуы, ұсталуы.

4. Хемосорбция – газ, бу , сұйықтар қатты немесе сұйық сініргіштермен
әрекеттесіп, нәтижесінде беткі химиялық қосыластар пайда болады.
Мысалы. Металдардын оттекті сініруі, платинанын СО сініреді, этилен –
никелде сініріледі.

Адсорбция мен хемосорбция фазалардың беткі бөлігінде жүреді. Бірақ
оларды физикалық және химиялық адсорбцияға бөледі. Физикалық
адсорбцияда адсорбаттан адсорбентке электрондардын өтуі болмайды, ал
химиялық адсорбцияда -болады, сол кезде жана химиялық беткі қосылыс
пайда болады. Физикалық адсорбция - Ван-дер-Вальс күштері, немесе
молекулааралық күштер арқылы өтеді. Олар зарядталған молекулалар
арасында болады, күштердің энергиясы өте аз.

Химиялық адсорбция - химиялық күштер (иондық, ковалеттік) арқылы
болады. Олардын энергиясы В-д-В күштерден салыстырғанда көп, яғни
ф.а. энергиясы мен адсорбция жылуы (10 ккал/моль) аз х.адсорбциямен
(100 ккал/моль) салыстырғанда.

Адсорбциясға қарсы құбылыс - десорбция.

Физикалық адсорбция – десорбция қайтымды процесс, ал химиялық
адсорбция - қайтымсыз немесе қайтымды болса десорбцияланған заттын
адсорбцияланатын зат басқа болады. Мысалы: (СО/Pt, Pt /СО2,)

Адсорбциялық процестердің жүруі олардың статисткасымен және кинетикасымен
сипатталады.
Адсорбция статистикасы, яғни сұйық немесе газ фазалар аралығындағы тепе
теңдік, ол ұзақ уақыт бойы фазалар орнаған тепе теңдік жағдайын анықтайды.
Фазалар арасындағы тепе теңдік компоненттің және сіңіргіштің
термодинамикалық қасиеттерімен анықталады және қысым, температураға, бір
фазанын құрамына тәуелді.
Адсорбция кинетикасы, яғни массаалмасу процесінің жылдамдығы, процестің
қозғаушы күшімен (яғни жүйенің тепе тендікті күйден ауытқу дәрежесімен),
сіңіргіш, компонент және инертті газ қасиеттерімен, сондай ақ фазалар
(абсорбциялық аппарат құрылысымен және оның жұмысының гидродинамикалық
режимімен) әдісімен анықталады. Адсорбциялық аппараттарда қозғаушы күш
олардың ұзындығымен өзгереді және фазалар қозғалысы түріне (тура ағын, кері
ағын және т.б.) байланысты. Мұнда үздіксіз немесе сатылы контакт жүзеге асу
мүмкін. Үздіксіз контактті абсорберлерде фазалар қозғаласының сипаты
аппарат ұзындығы бойынша өзгермейді және қозғаушы күшінің өзгерісі үздіксіз
жүреді. Сатылы контактті абсорберлер газ және сұйықтық пен ретпен қосылған
бірнеше сатыдан тұрады. Мұнда қозғаушы күші бір сатыдан екіншіге өткенде
күрт өзгереді.
Өнеркәсіпте адсорбцияның жүргізілуі десорбциямен және десорбциясыз жүруі
мүмкін. Егер десорбциясыз жүрсе, онда сіңіргіш бір рет қолданылады.
Адсорбция нәтижесінде дайын өнім, жартылай өнім немесе абсорбция газдарды
санитарлық тазарту мақсатымен жүргізілсе, канализацияға жіберілетін қалдық
ерітінді алынады.
Адсорбция мен десорбция қосындысы сіңіргішті көп рет қолдануға және
адсорбцияланған компонентті таза күйде алуға мүмкіндік береді. Ол үшін
адсорберден шыққан ерітіндіні десорбцияға жібереді, онда компоненттің
бөлінуі жүреді және де регенерленген ерітіндіні қайтадан абсорбцияға
жібереді. Осындай схемада (айналым процесс) сіңірілігіш және адсорбер —
десорбер — адсорбер жүйесінің айналады.
Кейбір жағдайда (аз бағалы сіңіргіш болғанда) десорбция жүргізу
процесінде сіңіргіштерді көп ретті қолдануға тиім салынады. Мұнда
десорберде регенерленген сіңіргішті канализацияға тастап, абсорберге жаңа
сіңіргішті жібереді. Десорбцияға жайлы жағдайлар, абсорбцияға жайлы
жағдайларға кері. Десорбцияны жүргізу үшін, газды фазаға компонент бөліну
үшін оның ерітінді үстіндегі қысымы жоғары болу керек. Адсорбциясы
қайтымсыз химиялық реакцияларымен қоса жүретін сіңіргіштер десорбция
жолымен регенерацияға түспейді. Осындай сіңіргіштердің регенерациясын тек
химиялық жолмен жүргізуге болады.

2. Химиялық өнеркәсіпте адсорбциялық процестердің қолдану аймақтары.
1. газды сұйықпен сіңіру жолымен дайын өнім алу. Мысал ретінде: күкірт
қышқылы өндірісінде S03 абсорбциясы, азот оксидтерінің сумен (азот қышқылы
өндірісі) немесе сілтілік ерітінділермен (нитраттар өндірісі) абсорбциясы.
Бұл жағдайларда абсорбция десорбциясыз жүреді.
2. Қоспадағы бір немесе бірнеше бағалы компоненттерді алу үшін газ
қоспаларын бөлу.Бұл жағдайда қолданылатын сіңіргіштің бөлінетін компонентке
сіңіргіштік қасиеттері жоғары, ал газ қоспасының құрамды бөліктеріне төмен
болу керек (таңдамалы немесе селективті адсорбция). Мұнда адсорбцияны
десорбциямен бірге айналым процесте жүргізеді
3. Зиянды компонент қоспаларынан газды тазарту. Мұндай тазарту газдар
өндірісінде рұқсат етілмейтін қоспаларды жою үшін қолданады (мысалы, мұнай
және кокс газдарын H2S тазарту, аммиак өндірісіндегі азотсутекті қоспаны
С02 және СО тазарту, контакті күкірт қышқылы өндірісіндегі күкіртті газды
кептіру). Осыдан басқа, атмосфераға бөлінетін газдардың санитарлық
тазартуын жүргізеді (мысалы, отынды газдардың SO2 тазарту; абгазды С12
тазарту; минералды тынайтқыштар өндірісінде бөлінетін газдарды фторлы
қосылыстардан тазарту).
Көрсетілген жағдайда алынатын компонент одан әрі қолданылады, сондықтан
оны десорбция жолымен бөліп алады немесе ерітіндіні сәйкес өндеуге
жібереді. Кейде, егер алынатын компонент мөлшері өте аз болса және сіңіргіш
бағалы емес болса, абсорбциядан кейін ерітіндіні канализацияға жібереді.
4. Газ қоспасынан бағалы компоненттерді ұстау (Улавливание),оны болдырмау
ұшін, сондай ақ санитарлық мақсатымен жүргізеді, мысалы, ұшқыш ерітінділер
рекуперациясы.
Газды қоспаларды бөлу үшін, газдарды тазарту үшін және бағалы
компоненттерді ұстау үшін абсорбциямен бірге басқа да әдістер: адсорбция,
терең суыту және т.б. қолданады. Әдісті таңдау техника экономикалық
мақсатымен анықталады. Әдетте абсорбция компонентті толық бөліп алуды талап
етпесе қолданылады.

Бақылау сұрақтары:
1. Қандай құбылыстарды беттік деп атайды?
2. Сорбцияның негізгі түрлері.
3. Хемосорбциялық үрдістің сипаттамасы?
4. Адсорбция кинетика мен статика деп нені атайды?
5. Химиялық өнеркәсіпте адсорбциялық процестердің қолдану аймақтары
Ұсынылған әдебиеттер:

Дәріс №2. Адсорбциялық процесстер.

1. Қатты- газ және қатты-сұйық заттардын бөліну бетіндегі адсорбция.
Беттік қабатында адсорбцияланган заттын мөлшері (ерітінден тепе-
тендік концентрациясымен салыстырғанда) адсорбентін 1 см2 бетінде,
артық мөлшерімен сипатталанады.
Г= n0 – n/S моль/см2
Немесе Г= n0 – n/m моль/г.
Адсорбент пен адсорбаттын агрегаттық күйіне байланысты қ-г, с-г, с-
с, қ-с адсорбциясына бөлінеді.
Қатты-газ, қатты-сұйық бетіндегі адсорбциясы,
Адсорбцияланған газ мөлшері газ және адсорбенттін табиғатына,
газдын температурасы мен қысымына тәуелді. Адсорбцияны,
адсорбцияланган заттын мөлшері, газдын Р(С) тәуелдігімен сипаттайды,
ал Г=f(C) адсорбциянын изотермалары деп атайды. Адсорбциялық
изотермалар әр түрлі болады.
Фрейндлих адсорбция изотермасы. Қатты заттарда адсорбция
изотерманын формасы әр түрлі параметрлерге тәуелді. Аз қысым
(концентрация) аймақтарында беттік қабаты молекулалармен аз
толтыруына байланысты Г=f(Р)Т болады және Генри занын қарапайым
формасына айналады Г=k P, Г=k C. k-Генри коэффициенты.
Адсорбция мөлшері , ортадағы адсорбтив концентрациясына
пропорционалды болады. Орташа қысым аймақтарында адсорбцияны
Фрейндлих-Бедекер тендеуімен анықтайды (сурет1,2)
Г= x/m= a P1/n, Г= x/m= a C1/n
Р- газдын қысымы, Па
С- ерітіндегі заттын тепе-тендік концентрациясы, моль/л
m – адсорбент массасы, г
х- адсорбцияланатын заттын мөлшері
а және 1/ n – турақтылар.
а мен 1/ n турақтыларды графикалық әдіс бойынша табуға болады.

Lg Г= lg a + 1/n lg Р немесе Lg Г= lg a + 1/n lg С

Фрейндлих тендеуінін кемшіліктері; физикалық адсорбциянын орташа
қысым аймақтарын сипаттайды және жоғары мен төменгі қысым аймақтарына
жарамайды, а мен 1/n – турақтылардын физикалық манызы жоқ..

Лэнгмюр тендеуі.

Лэнгмюр теориясы үш негізгі шарттар негізделген:

1. Адсорбция дискретты адсорбциондық орталықтарда отеді. Олардын
табиғаты әр түрлі болады.
2. Адсорбциялану кезінде қатаң стехиометрлік шарттын сақтайды — бір
орталықта бір молекула адсорбцияланады.
3. Адсорбциялық орталықтар энергетикалық біртекті және тәуелсіз, яғни
бір орталықталықтағы адсорбция екінші орталықтағы адсорбцияға әсер
етпейді.
Адсорбцияның реалды жағдайында Ленгмюр теориясындағы негізделген
жорамал, қатаң түрде орындалмайды, сонда адсорбцияның реалды изотермалары
әрқашан Ленгмюр изотермасына аз не көп болсын, ауытқып түрады. Расында,
қатты заттың беттігі соншалықта энергетикалық біртекті болмағандықтан,
адсорбция қатаң локализацияланбаған, адсорбцияланған молекулалар арасында
әрекеттесу мүмкін, және стехиометрлік бұзылады, сондықтан адсорбция бір
қабат түзілуімен аяқталмайды.

Егер адсорбциялану орталықтары энергетикалық біртекті деп есептелсе,
изотерма адсорбциясы қалай өзгеретінін И. Ленгмюр көрсетті. Осы жағдай да
орталықтары бірдей әрбір топқа адсорбция мына теғдеуге бағынады:

Г = Г∞ вс

1 + вс

1 қабат вс<<1 яғни Г = Г∞ bP

3 қабатта вс>>1яғни Г = Г∞ т.е. адсорбция қысымға тәуелді болмайды.

Г∞ - газдын адсорбцияланатын мөлшерін көрсетеді.

Г∞ және в тұрақтыларын графикалық әдіспен табады:

1/Г = 1/ Г∞ + 1/ Г∞ в * 1/С

сурет №3, 4 Г∞ және в тұрақтыларын графикалық әдіспен анықтауы.

Я. Б. Зельдович зерттеулерінің арқасында келесі шартын ашылды: осы
түрлердің орталықтарының саны оларда адсорбциялану энергиясына тәуелді
болса, онда Фрейндлих теңдеуіндегі сандарға айналады.

Р. Фаулер мен Э. Гугенгейм, және Я. де-Бур мен Т. Хилл адсорбцияланған
молекулалардың әрекеттесуін ескеретін адсорбциялану изотермасының теңдеуін
ашты.

С. Брунауэр, П. Эммет мен Э. Теллер Ир. Лэнгмюр берген,
мономолекулярлы адсорбцияға әкеледі деген екінші жормалдан, бастарытты.
Адсорбтив критикалық температурадан төмен болған кезде, яғни бу тәрізді
жағдай да, осы авторлар практикалық оте мағыналы полимолекулярлы адсорбция
теориясын берды. Адсорбциялану изотермалардың барлық (адсорбцияның s –
тәрізді изотермалар жалпы теориясы) авторлар (Брунауэр, Эммет, Теллер)
атымен қойған, «БЭТ» полимолекулярлы адсорбция теориясымен бейнелеленеді.

БЭТ теориясы адсорбцияның динамикалық сипаттамасы жайындағы ленгмюр
концепциясын сақтайды. Адсорбция көп қабатты. Бірінші қабаттағы молекулалар
адсорбент бетінде адсорбент - адсорбат молекулааралық әрекеттесу
нәтижесінде адсорбцияланады. Бірінші қабатта адсорбцияланған әрбір молекула
екінші қабатта адсорбцияланатын молекулалардың адсорбциялану ортасы болады,
ал олар өздері үшінші қабаттағы молекулалар үшін және т.б. Осылайша, екінші
және басқа да кезекті адсорбциялық қабаттары формаланады. Бірінші қабаттағы
адсорбциялану жылуы g, адсорбат – адсорбент әрекеттесуы арқылы, ал басқа
кезекті қабаттарда ─ адсорбат – адсорбатәрекеттесуымен анықталады.
Сондықтан адсорбциялану жылуы g екінші ден бастап, барлық қабаттарда
конденсациялану жылуына λ тең. Ескеретін жайыт, екінші және кезекті
қабаттардың түзілуі бірінші қабат аяқталмай басталуы мүмкін. Әрбір
адсорбциялық қабат қоршайтын ортамен және көрші қабаттармен динамикалық
тепе-теңдікте болады.

БЭТ адсорбция изотермасының теңдеуі:

р/рs = 1 +
с – 1 • р

Г (1 - р/рs) Г∞с
Г∞с рs

Г – жалпы адсорбция,

Г∞- моноқабатынын сиымдылығы, адсорбент беті адсорбтив пен толтырылған
моноқабытынын толтыруына сәйкес келетін адсорбция мөлшері,

С- тұрақты, е(q1-λ)/RT

Адсорбенттердің үлес беттігін шамасын анықтауға кеңінен қолданады.

2. Сұйық - газ бетіндегі адсорбция.

Сұйық-газ бетіндегі адсорбцияда, адсорбцияланатын қабілеттілігіне
қарай БАЗ және БИЗ-ға бөлінеді.

200С судың беттігінң тартылысы 72,75 эрг/см2 -на тең. Оны беттік
активті заттар (БАЗ) деп аталатын бірқатар заттарды суда ерітіп азайтуға
болады. БАЗ болып молекула құрылысына полярлы тобы (мысалы, ОН, СООН, NH2)
және полярсыз көміртекті тізбек бір уақытта кіретін, органикалық қосылыстар
табылады. Сол қосылыстардың мысалы ретінде бірнегізді майлы қышқылдар және
біратомды спирттер қызымет жасайды. Беттік тартылыстың шекті майлы
қышқылдарының гомологтық қатарындағы сулы ерітінділер үшін концентрациядға
тәуелділігі көрсетілген. Гомологты қатарында зат жоғары болған сайын, ол
осы концентрацияда беттік тартылысты күшты төмендетеді.

БАЗ молекулалары сулы ерітіндіге өтіп, фазалар бөліну беттігіне
шығарылуға ұмтылады, полярлы топтарымен суға, ал полярсыз көміртекті
тізбектерімен – ауаға бағдар алып ерітінді ішіне қарағанда, онда көп
мөлшерде жиналып беттікте концентрленеді. Осынысы БАЗ молекулаларының шығуы
екі жақты болғандықтан. Біріншіден, полярлы топ БАЗ молекуласын полярлы
фазаға (суға) тартылысын береді. Екінші жағынан, полярсыз көміртекті тізбек
молекуласының сумен ешқандай тартылысы болмай, немесе көміртектерімен,
немесе газ тәрізді фазамен тартылысы болады.

БАЗ молекулалары дифильді деп аталады, яғни, екі жақты – полярлы және
полярсыз фазалармен бір уақытта тартылысы болады.

Дифильды молекулалар (мысалы, бутил спиртінің молекуласы), бөліну
беттікте концентрленіп, ерітінді бетінде бір молекуладай қабат қалыңдығымен
жабады; бұл кезде судың беттік тартылысы азаяды, яғни бутил спиртінің
беттік тартылысы таза суға қарағанда аз болады.

Сонымен, судың беттік тартылысы, су бетінде су өз буымен бөліну
шекарасында дифильді молекулалар концентрленгендіктен төмендейді.
Ф а з а л а р б ө л і н у бетінде з а т т а р д ы ң к о н ц ен
т р л е н у і н ад с о р б ц и я деп атайды.

БАЗ -ға қарсы беттік-активті емес заттар, мысалы күшті электролиттер
болады. Соңғысы, әдетте судың беттік тартылысын төмендетпейді, керісінше
біраз жоғарлатады және сулы ерітінді өз буымен бөліну беттігінде
адсорбцияланбайды.

А д с о р ц и я — бос энергия (беттік тартылыс) азаюымен болатын,
өздігінен жүретін процесс. Концентрациясы с ерітіндінің беттік тартылысын σ
өлшеп, бөліну беттігінің адсорбциясын Г (в моль/л) есептеуге болады.
Адсорбцияның беттік тартылысының өзгеруімен байланыстыратын теңдеуді Гиббс
берген:

Г = __ c • d σ

RT dc

мұнда:
R — газ тұрақтысы, эрг/ моль · град;
T — абсолютты температура,
d σ
dc - беттік активтілігі, эрг см моль-1

d σ >0, Г<0 жағымсыз адсорбция, егер
dc

d σ
dc <0, Г >0 жағымды адсорбция.
Бақылау сұрақтары:

1. Фрейндлих тендеуінің қолдану аймақтары.
2. Лэнгмюр мономолекулалық теорияның негізгі шарттары.
3. БЭТ теориянын ерекшеліктері.
4. БАЗ деген заттар олардың сипаттамасы.
5. БИЗ деген заттар олардың сипаттамасы.

Дәріс 3.
Адсорбенттер.
1.Адсорбенттердің жіктелуі.

Өнеркәсіптерде, зертханалық, аналитикалық тәжірибиде, химиялық табиғаты
мен санылау структурасы әр түрлі болатын, адсорбенттер қолданылады.

Тәжірибелік мақсаттарда адсорбеттерді тандаған кезде, олардын
геометриялық структурасын және химиялық табиғатын есептеу керек.
Біріншіге санылаулық дәрежесі, санылаулардың диаметірі, дисперстік
дәрежесі, жанасу беті (удельная поверхность)? Ал екіншіге ө адсорбенттің
химиялық структурасы мен химиялық белсенділігі, атомарлық немесе иондық
торы және т.б. жатады.

Киселев жіктелуі адсорбенттердің геометриялық структуралардың
ерекшелігінде негізделген.

1 түріө- санылаусыз адсорбенттер (непористые адсорбенты)№ оларға моно-,
және поликристалдық заттар жатады. Мысалы, графиттелген күйе, натрий
хлориді, аморфтік санылаусыз заттар.

2 түрі – біртекті кен санылаулы адсорбенттер (однородноширокопористые).
Олар кенсанылаулы ксирогельдер, ірісанылаулы және таблеткаға
пресстелген санылаусыз адсорбенттерінің ұнтақтары.

3 түрі – біртекті жінішкесанылаулы адсорбенттер. Оларға жінішке
санылаулы ксирогельдер, жінішкесанылаулы шыны, активтелген көмірлер,
санылаулы кристалдар, А және Х түрлі цеолиттер жатады.

4 түрі – біртексіз санылаулы адсорбенттер. Мысалы, силикат ерітінді
гидрогельдерден күшті қышқыл тұздар арқылы тұндырып алатын
ксерогельдер.

Көбінесе адсорбенттерді минералды, көміртекті және полимерлі деп
жіктейді.

Минералды адсорбенттердің арасында көп таралған силикагельдер,
цеолиттер. Цеолиттін негізгі тордың ядросы – кубооктаэдр. Ол 24
алюминий атомдардан және 48 оттекті атомдардан турады. Егер
кубооктаэдр қарапайым куб торынын байланысында болса оны цеолит А, ал
гранецентрлік торда – цеолит Х деп атайды. Цеолиттердің араларында ,
кіретін размерлеріне сай молекулалар адсорбцияланады. Одан ірі
молекулалар адсорбцияланбайды. Мысалы; NaA цеолит суды, метил
спиртті , этанді сорбциялайды, ал бензолды керісінше (молекулалардын
кіру диаметр 4 Å). Сол ушін цеолиттерді – молекулалық елеуіш (қалбыр)
деп санайды.

өте көп таралған көміртекті адсорбенттер – активтелген көмірлер. Олар
жақсы полюссіз органикалық еріткіштерді адсорбциялайды. Сол үшін
оларды ұшқыш ерітінділердін рекуперациясында, ерітінділерді
жарықтану үшін және т.б. қолданады.

полимерлы материалдарға - тефлон жатады. Тефлонның жанасу беті өте
төмен.

Санылаулы сруктуралық адсорбенттердің негізгі параметрлерге
санылаулық дәрежесі, жанасу беті мен түйіршіктердің размерлері
жатады. Санылаулы структура бойынша, оларды микросанылаулы
(активтелген көмір, цеолиттер) санылау размерлері 0, 15 нм кем,
мезосанылаулы (санылау размерлері 0,15 тен 15 нм –ге дейін) және
макросанылаулы (санылау размерлері 15 нм артық).

Санылаусыз адсорбенттерге техникалық көміртек (күйе), «ақ күйе»- жоғары
дисперсті кремнезем жатады.

2. Адсорбенттердің негізгі алу әдістері.

1 түрге жататын графиттелген күйелерді , қарапайып күйелерді вакуумда
30000С, инерттік газ немесе тотықсыздандырғыш ортада өндеген кезде
алады.

Активтелген көмірлерді әрбір карбдалған шикі заттан, мысалы, ағашты
көмірден , жоғары температурада, актителетін заттар қатысында (су,
көмір кішкыл оксиді) алады. Сол кезде шайырлы (смолистые) заттар мен
көміртекті заттардын бөлігі жанып, нәтижесінде санылаулық пайда
болады және жанасу беті кобееді.

Полимерлі адсорбент тефлонды асқын тотық қатысында тетрафторэтиленнің
полимеризация нәтижесінде алады.

Бейорганикалық тұздар мен оксидтерді макросанылаулы (силикогель,
алюмогель, диатомит) негізге жапсырады. Сол үшін 20-25% тұзды суда
ерітеді, оған қатты негізін салады. Суды ұшырады, ал негіз бен тұзды
тздын балқу температурасына дейін қыздырады.

Санылаулы адсорбенттерді комплексті қосылыстар негізінде алуға
болады. Мысалы, мыс пен бипиридин немесе 1,10- фенантролинмен. Сол үшін
мыс тұзы бар ерітіндіде эквимолярлық комплекс түзүшіні ерітеді,
ерітіндіні салқындатады, сол кезде кристалдар түзіледі. Оларды инерті
газда 150-2000С комплекс түзішіні ұштыру үшін қыздырады. Сондай
адсорбенттер әр түрлі заттарды адсорбциялайды.

Силикогельдерді, ортокремний қышқылын минералды қышқылдармен өндеген
кезде алады. Алынған гидрогельді кептірген кезде ксерогельді алады –
глобулярлық структуралы қатты санылаулы зат. Егер мақсатында ерекше
структуралы силикогельді алу керек болса, онда кептру алдында оларды
тұздармен, БАЗ-дармен өндейді.

Кейінгі уақытта адсорбент ретінде сұйық шыныны алады. Термоөндегенде
олар қышқыл мен сілтілерге тұрақсыздығы пайда болады. Қышқылдармен
өндегенде , олар санылаулы болып шығады. Санылаулы шыныны алу үшін
негізгі материал болып, ДВ-1 маркасы борсиликатты шыны алынады. 500-
7000 С термоөндегеннен сон түйіршіктерді 0,25-0,5 мм-ге дейін ұнтақтайды
және 3Н тұз қышқылмен өндейді. Шыныны хлорид-иондарды жою үшін жуады
және оны тұрақты массаға дейін 150-2000С кептіреді.

3.Адсорбенттердің қасиеттерін анықтайтын әдістер.
Адсорбетің жанасу бетің, санылауын, адсорбциялық қасиеттерін,
санылаудын структурасын және т.б. статикалық және динамикалық
әдіспен анықтайды.

Статикалық әдістер бойынша қысымына тәуелді газдың сінірілген
мөлшерін, санылауын, диффузия коэффициентін және т.б. анықтауға
болады. Статикалық әдістер келесіде негізделген. Адсорбенті зерттелетін
газ немесе бу атмосферасына енгізеді, тепе-тендік жағдайына әкеледі.
адсорбенттің салмағы көбейгенен газ немесе будын мөлшерін анықтайды.
Бұл әдісті салмақты деп атайды. Егер адсорбенттін сінірілген
мөлшерін газдардын қысым немесе көлемнін айырмашылығы бойынша
есептелсе, оны көлемдік әдіс деп атайды. Бірақ статикалық әдістер
көп уақыт алады, күрделі аппаратура қажет етеді.

Динамикалық әдісте газ немесе буды тепе-тендік жағдайда сорбент
қабатынан өткізеді және адсорбенті өткенен кейін газдын концентрация
өзгеруінін байқайды. Ен көп тараған әдіс – хроматография. статикалық
әдіспен салыстырғанд, бұл әдіспен адсорбциялық сипаттамаларын алуға
өте тиімді. Хроматографиялық әдіс тез жүреді жәнеде көлемді емес.

Көп тараған әдіс - жылу десорбциялық әдіс. Ол адсорбенттердің
жанасу бетін үлкен арақашықтарда анықтауын мүмкін етеді ( 0,01 ден
бірнеше жүз шаршы метр/ грамм ) . әдіс келесіде негізделген .
Десорбциядағы газдың концентрациянын өзгеруін сипаттайтын, десорбциялық
қисығын алады. Алынған нәтижелер бойынша адсорбциянын изотермасын
есептейді. Адсорбциялатын мөлшерін немесе моноқабаттын беттік
концентрациясын анықтайды. Десорбциялық әдіспен анықталған адсорбциянын
моноқабаттын беттік концентрация бөлігі , адсорбенттін жанасу бетін
береді. Бұл әдіс алғашкы рет Нельсон және Эггертсон мен ашылған.

Бақылау сұрақтары:

1. Киселев бойынша адсорбенттердің жіктелуі.
2. Минералды адсорбенттер және олардың қысқаша сипаттамасы.
3. Көміртекті және полимерлі адсорбенттер, олардың сипаттамасы.
4. Адсорбеттерді алу нагізгі жолдары.
5. Адсорбенттердің қасиеттерін статикалық әдіс арқылы анықтау
ерекшеліктері.
6. Адсорбенттердің қасиеттерін динамикалық әдіс арқылы анықтау
ерекшеліктері.

Дәріс №4.

Әлсіз сорбцияланатын газдардың адсорбциясы.

1. Әдістін жалпы сипаттамасы.

Әр түрлі қондырғыларда тек таза газдар ғана емес қопаларды да
анықтауға болады. Сол үшін қоспалар бар сутекті баллоннан тұрақты
қысымда адсорберге жібереді.барлық анықтауды газдың бірдей
жылдамдығымен жүргізеді. Термостатқа қойылган гзанализатор арқылы
газдың құрамын анықтайды. Қондырғыдан шығатын газдын алғашқы
порцияларда қоспалар көбінесе болмайды: тазарту дәрежесі 100%.
Содан сон қоспалардын мөлшері көбееді, тепе-тендік күйеді шыққан
және кірген гздын құрамдары тен болады. Тепе-тендік күйеге
келгеннен сон қысымды дросельдеу арқылы және адсорберді 3000С дейін
қыздырып сінірілген заттардың десорбциясын жіргізеді, адсорбердегі
газдын қалдығын сутекпен шығарады.

Егер әлсіз сорбцияланатын қоспалар болса терен тазарту жағдайда
газ-сүйытқыш қоспалармен бірдей адсорбцияланады. Сол себептен алу
компонент бойынша адсорбциялық қабілеттілігі азаяды.

2. Техникада әдісті пайдалануы.

Газдардын сұйылту төмен температуралық процестерде, газад алдын ала
қоспалардан тазарту жағдайларда сұйық сутекті қоланады. Жүйеде сутектін
каталитикалық тазартуды пайдаланады. Оны бөлме немесе одан жоғары
температурада жүргізеді. Азоттан газды тазарту үшін, сутекті тазарту
үшін жоғары қысымда жұмыс істейтін, екі тазарту блок қойылады. әр бір
блок жылуалмастырғыш, кептіргіш және адсорбциялық секциядан турады.

Жоғарғы қысымда жұмыс істейтін адсорбциялық қондырғылар, өте көп таралған.
Оны сутекті тазарту, табиғи газдарды кептіру, ауаны төмен темпераурада
бөлу және т.б. қолданыдады.

Адсорбциялық әдісті техникалық сутекті кептіру және тазарту кезіндегі
екі модификацияға бөлінетін : орто- және парасутекте пайдаланады.

Жоғары температура мен қысымда адсорбциялық әдіспен гелийді азот
қоспасынан және неон микроқоспасынан терен тазартады.

Бақылау сұрақтар:

1. Жоғары қысымдағы гадардын бөліну принципі неде негізделген?
2. Жоғары қысымдағы газдардын қоспалардан тазарту қондырғылары.
3. Қондырғыларда газ-сұйытқыш не үшін керек?

Дәріс №5.

Периодтық әсері бар құрылғыларда адсорбенттердің конструкциясы.

1.Вертикальді адсорбер.
Периодтық әсері бар адсорбциондық құрылғыларда, қабаттын биіктігі
аппараттын диаметррынын қатынасы бірден көп болатын, адсорберлер көп
тараған. Оларды вертикалді адсорберлер деп атайды. Олардың
конструкциялар әр түрлі болады. Бензинсіздендіру процесстегі
қолданылатын адсорбердің құрылысы. Бұл процесстің вертикалді адсорбер
биіктігі 2,5 м , әрбір адсорберге 4 т көмір салынады. Үстінде
адсорберлер қақпақпен жабылады. Көмір қабаты керамикалық плитада
орналасады. Керамикалық плита чугун торына орналасқан. Керамикалық
плитаға биіктігі 100-200 мм гравий қабатын салады. Төменге қарай
гравий түйіршіктері әр түрлі болады. Төменде ен ірі бөлшектер 25-
30 мм, содан сон 15-25, 10-15, 5-10 мм фракциялар орналасады. Гравий
адсорбенті конденсат ластауынан сақтайды ж\е ұсақ ұнтақтарды
шашылғаннан ж\е плитадағы тесіктерді бітеуден сақтайды.
Көмірдің сыртқы қабатын сымнан жасалған сеткамен қаптайды.
Адсорбердің төменгі жағында процестің әр сатында газдардың кіру мен
шығу үшін 8 штуцер орналасқан. Газды кептіру, салқындату үшін
адсорбердің ішінде труба орналасқан. Десорбция кезінде су буды труда
арқылы адсорбердің жоғарғы жағына жібереді. Бұл конструкция
адсорбердің басқаруын, төменгі жағында мүмкіншілік береді.
Атмосферлік қысымда, жұмыс істейтін адсорберді, қабаты 10 мм листовая
болаттан жасалған. Егер газда агрессивті қоспалар болса,
легирленген және тат боспайтын болаттан жасайды.

2. Горизонтальді және сақиналы адсорбер.
Адсорбердің ұзындылығы 6 м, адсорбент қабаттын биіктігі 0,8-1,0 м.
Горизонтальді адсорбер сур.2 , егер газдың мөлшері өте көп болғанда
және тазарту дәрежесіне қатан талаптар қойылмаса қолданылады.
Егер газда, қоспалардың концентрациясы аз болса, кейде сакиналы
адсорберді қолданады. адсорбердің разрезі 3 суретте көрсетілген. 1ө
металдық корпус. Тазартуға арналған газ штуцер 2 арқылы адсорбердің
сыртқы бөлігіне жіберіледі, горизонталді бағыт бойынша ішкі 7 және
сыртқы 6 цилиндрлік торда орналасқан көмірдің сақиналы қабаттан
өтіп 4 штуцер арқылы кептіру ж\е салқындату сатына, бұл бағыт
сақталады.
Десорбция сатында, су буды (десорбент) 4 штуцер арқылы жібереді, ал
газ буды қоспаны 3 штуцерден шығарады. Адсорбентті 8 люк арқылы
салады, ал 5 люк арқылы алады.
Химиялық талшықтар зауыттарында адсорбер вентиляциялық газдарда күкірт
көмірсутектен тазарту үшін қолданылған. Адсорбердің жалпы биіктілігі
7,8 ; адсорбент қабаттың биіктігі 5,2 м; адсорбердің диаметрі 3,2 м.
Адсорберге 14 т Ар көмір салынады. Тазартылған ауада
күкірткөмірсутектің мөлшері 1,5-1,7 г/м3, Т +400С.

3. Вертикалді жылуалмасу элементтермен адсорбер.
Егер қыздыру ж/е салқындату сатында жылуалмасу процесті жылдамдату
немесе десорбентті концентрленген күйде алу үшін бұл адсорберді
пайдаланады. Көбінесе трубкалы жылуалмастырғыш түрінде жасалған
адсорбент қолданады. адсорбенті трубкаға орналастырады, ал
салқындататын немесе қыздыратын орта трубка араларында болады.
Бұл адсорбер аргон, гелий, неон газдарды оттек пен азот қоспалардан
тазартқан процесстерде, өте жоғары нәтижелер берді. Бұл процесс
төмен температурада -1800С ж/е Р-0,14 МПа өтеді. Адсорбер 100м3/сағ аргонды
оттектен тазалайды. Сурет 5.
Трубкаларда салынған адсорбент /цеоли/т биіктігі 2м . трубкалардың
жалпы саны 51 болғанда, цеолиттын жалпы массасы 260 кг. Тазарту сатында
газдын жылдамдығы 0,016 м/с. Цеолиттын салқындатуын трубкалардағы сұйық
оттекпен жүргізеді. Тазартылған аргонда оттектін сонғы остаточная
мөлшері 1*10-3%.

4.Қыстырғыш құрылғылы адсорбер.
Кейбір кезде адсорберді, сеткасы бар жоғарғы торды адсорбент қабатпен
тығыс байланысу үшін бұл адсорбер пайдаланады. 6 суретте төмен
температура жағдайда, жінішке түйіршіктелген силикагель арқылы,
сұйытылған ауаны ацетиленнен тазарту үшін фланцелік адсорбер
қолданалады. Тазарту алдында сұйықта ацетиленнің мөлшері 0,2*10-3
м3/м3. ацетиленнің десорбциясын 00С, 0,15 МПа өткізеді.

Бақылау сұрақтары:

1. Периодтық әсері бар аппаратардың ерекшеліктері.
2. Вертикальді адсорбердің құрылысы.
3. Горизонтальді адсорбердің жұмыс жасау әрекеті.
4. Қай жағдайда сақиналы адсорберді қолданады?
5. Вертикалді жылуалмасу элементтермен адсорбердің жұмыс істеу әрекеті.

Дәріс №6.

Қозғалыс қабатты адсорбентте газ қоспалардың үздіксіз бөліну әдісі.

1. Қондырғының принципиальді
схемасы.
Қозалмайтын адсорбент қабатындағы бугаз қоспаларды бөлу және тазалау
әдістерінің? Кемшіліктерін үздіксіз принціпін қолдана отыры,
адсорбциялық процестің кемшіліктерін реттеу жолдарын іздеді. Ол тұйық
жүйеде адсорбенттің циркуляциясы арқылы жүзеге асады. Және
адсорбционды колонаның локалді зоналарға бөлінуі арқылы жүзеге
асады. әр колонада оптимальді жұмыс жағдайларында процестің бір
сатысы жүзеге асады: адсорбция (тазарту, кептіру, газ қоспаларындағы
компоненттер рекуперациясы), ысыту және десорбция, суыту ж/е т.б.

Табиғи газды бөлуге қолданылатын қондырғының схемасының негізі:
табиғи газ қондырғының адсорбционды бөлігіне келіп түседі, онда бу
газдың құрамынан активтелген көмір қозғалмалы қабатында жоғары
компоненттер жойылады. Көмірсутектермен қаныққан көмір ауырлық күші
әсерінен трубкалы қыздырғышқа түседі, онда өткір бу арқылы адсорбенті
қабырға арқылы қыздыра десорбция жүзеге асады. Бұл жағдайда көмірдің
ылғалдануы болмайды және периодты әсерлерге қажетті көмірді кептіру
фазасы циклдан шығарылады. Десорбленгени көмірсутектердің булары
хроматографиялық бөлігін колонкасының секциясы бойымен жоғары
көтеріледі, сонымен қоса ауырлау компонент женілдеу компоненті көмір
кеуектерінен ығыстырады. Осының арқасында үздіксіз әдіс газдан жоғары
көмірсутектерді бөліп қана қоймай, оларды адсорбционды колонада
бөледі. Активтелген көмірді арнайы сіңдіргішпен газлифтқа береді.
Онда көмірді тасымалу үшін қондырғы төбесінде бензинсіздендірілген
табиғи газды қолданады. цикл трубкалы тоназытқышта тоқтатылады, онда
көмірді ағынды сумен суытады адсорбцияға жібермес бұрын. Үздіксіз
әдістін артықшылары: процестің толық автоматтандырылыуы, компонент
қоспаларынын газдан бөлінуін хроматографиялық бөлу мүмкіндігі бар, көмір
регенерациясына жылу шығындалу аз болғандығы.

2. Адсорбленген компонентер қоспасын қондырғының хроматографиялық
бөлімінде бөлу.

Массаалмасу адсорбенттің қажетті қасиеттері, негізінде жүзеге
асады олар адсорбциялық тепе-тендік пен бөлу коэффициенті
қисығымен сипатталады. Бірінші сатында адсорбцияланған және газды
фаза құрамы арасында мынадай қатынас бар:

Кр(у2/у1)1= (х2/х1)1 или Кр2(у2/у1)1= (х2/х1)2

n-ші саты үшін:

Крn(у2/у1)n = (х2/х1)n+1

логарифдесек

n* lg Kp= lg (у2/у1)n - lg (у2/у1)1 (1*)

(1*) формула адсорбциялы-десорбциялы сатылардын санын анықтау үшін
қажет, ол егер де бөлу коэффициенті белгілі болса, құрамындағы
өзгерісті білу үшін керек:

n = lg (у2/у1)n - lg (у2/у1)1/ lg Kp (2)

дәл осы нәтижені бөлу қабатымен қаныққан адсорбенттің қозғалмалы
қабатын қолдану арқылы алу мүмкін екені анықталды. Көмірдің колонна
бойымен қозғалу процесінде адсорбцияланған және газды фаза құрамы
үздіксіз өзгеріп отырады, онымен қоса газды фазаға қарағанда
адсорбционды фаза құрамы өзгерген хроматографиялық бөлу секциясының
кез келген нүктесінде анықтау қоспаны адсорбцияның периодты
операциялары – десорбциянын сияқты жүзеге асады, яғни адсорбционды тепе-
тендікшартымен осылайша хроматографиялық бөлүдің барлық секциясы
бірқатар сатыларға шартты түрде бөлінуі мүмкін, олардың әрқайсысында
құрам өзгеріп отырады, бір адсорбция –десорбция сатыға сәйкес.

3. Аппаратура нұсқаулары.

Мұнайөнімдерінің адсорбентінің қозғалмалы қабатымен крекингі әр
түрлі қондырғыларда былай жүзеге асады. Газ газлифт жүйесіне
циркулярлық газүрлегіштер көмегімен еңгізіледі. Ол газды шаңнан
мұқият, толық тазартылуын талап етеді. Одан басқа циркуляциялық
газ үрлегіштердің ассортиментінін аздығы (жоғары қысымда, бірақ
жүйе қысымының аз төмендеуіне жұмыс істейтін). Осыған байланысты
пневмотранспорт процестін газ үрлегіштерсіз жүзеге асырылуына
мүмкіндік беретін әр түрлі сызба нұсқалар өнделген.

Адсорбциялық колонналардың өткізгіштік қабілеті әдетте
адсорбциялы бөліктегі газ жылдамдығымен сипатталанады: газ
жылдамдығын критикалық жылдамдығынан жоғарлатуға болмайды,
себебі ол адсорбенттің кетуіне әкеліп соқтырады. Ал екі немесе
оданда көп адсорбциялы қабаты бар қондырғыда үздіксіз әрекеттегі
колонаның өткізу қабілеті арттыруға болады. Керіағынды жаңадан
генерирленген көмірмен газ контактін әр адсорбциялық қабатқа
жекеше көмір беріп отыруымен және арнайы диафрагмалар көмегімен
әр қабаттан көмірді жою арқылы қамтамасыз етеді. Диафрагмалар
көмір ағынын бірнеше бөлікке бөлу үшін қолданылады.

Бақылау сұрақтар:

1. Қозғалыс қабатты
адсорбентте газ қоспалардың
үздіксіз бөліну әдісінің
ерекшеліктері.
2. Үздіксіз бөлу әдісінін
принципиальді схемалардың
негізі.
3. Қондырғының
хроматографиялық бөлігінде
жүретін массаалмасу
процесстер қалай жүреді?
4. Бұл әдісте қолданылатын
қондырғылардың нұсқаулары.

Дәріс №7.

Өнеркәсіпті адсорбенттер.

1. Белсенді көмірлер
Белсенді көсірлердің алынуы.
Белсенді көмірді өндіруде алдымен бастапқы материалды ауа енгізусіз
термиялық өңдеуден өткізеді, нәтежесінде одан ұшатындар (ылғал мен шайыр
бөлшектері) жойылады. Түзілген көмір- шикізат құрылымы – ірі ұсақ тесікті,
бірақ микротесіктерсіз, сондықтан өнеркәсіпті адсорбент ретінде тікелей
қолданыла алмайды. Өрнекті микротесікті құрылым алу мәселесі активациялау
үрдісінде шешіледі, оны екі негізгі әдістермен жүргізеді: газбен немесе
бумен қышқылдандырумен немесе химиялық реагенттермен өңдеу. Бу газды
активтендіру кезінде басқа реагенттерге қарағанда су буы мен көміртек
диоесиді жиірек қолданылады. Көміртек диоксиді қатысқан үрдісті шамамен
900°С температурада жүргізеді. Бұл кезде көмір бөлігі жанып кетеді.
С+СО2→2СО
Көміртекдиоксидімен көміртектің реакциясы эндотермиялық болатындықтан,
жүйеге жылуды үздіксіз беру керек. Активациялауда жанып кеткен көмір
үлесін жану дәрежесі дейді. Ұсақтесікті көмірлер жанудың 50% дәрежесінде
түзіледі. Жану дәрежесінің 50-75% шегінде жеткілікті дамыған микро- және
макроқұрылымды әртекті тесікті белсенді көмірлерді алады, ал 75% жоғарыда
– макротесікті көмірлерді.
Қышқылдандырушы ретінде кейде су буын қолданады. Ол 850°С
температурада жүреді:
С+Н2О→СО+Н2 – 130кДж
Жанама экзотермиялық реакция паралель жүреді:
СО+ Н2О→ СО2+ Н2+42кДж
Бумен көмір реакциясы сілтілік металдардың карбонаттарымен және
оксидтермен катализденеді. Сондықтан, белсенді көмірлер өндіруде бастапқы
шикізатқа кейде аз мөлшерде қосады. Үрдіс катализаторы сонымен бірге мыс
пен темір қосылыстары бола алады.
Ауамен немесе оттегіқұрамды газдармен активация реакцияларыжүреді
С+ О2→ СО2+376кДж
2С+ О2→СО+227кДж
сирек қолданылады.
Активацияның басқа түрі көмірді тұздармен өңдеуге негізделген. Химиялық
активтенумен алынған көмірлерді қолданылған реагентке сәйкес атайды,
мысалы:«хлорцинкті активтену көмірі». Химиялық активтендіруді 200-650°С
кезінде жүргізеді. Әр реагенттердің өз артықшылықтары мен кемшіліктері бар.
Күкірт қышқылымен өңдеуді 200°С жоғары емес температурада жүргізеді,
сілтіден айырудан кейін алынған көмір құрғак күйде мәнсіз адсорбциялық
қабілетке ие. Фосфор қышқылымен активтеуде 375-500°С температурада шектері
қажет, бұл жағдайларда аппаратура коррозиясымен байланысты мәселелер
туындайды. Цинк хлоридімен активациялар 550-650°Скезінде жүреді. Әдістің
кемшілігі көмірдің цинк тұздары ізімен кейбір ластануы болады. Активаторлар
ретінде кейде магний, темір, аммоний хлоридтерін, калий тиоционатын, натрий
карбонатын т. б. қолданады.
Химиялық активациялау үрдістерін-сіңіру коэффициенті сипаттайды-құрғақ
бастапқы материал салмағына сусыз активатор салмағының қатынасымен.
Активті көмір түрлері.
Активті көмірлер көлемі мен формасы бойынша түйіршіктелген
(гранулданған) және ұнтақтәрізді болып бөлінеді. Түйіршіктелген көмірлер
әдетте 5мм цилиндрлер түрінде, оның биіктігі диаметрінен әрқашан көп. Олар
көінесе газды фазада технологиялық ағыстарды бөлу мен тазалауда
адсорбенттің стационарлы қабатымен қондырғыларда қолданылады. Салмақ
ауыстыру интенсивтілігін ұлғайту үшін, түйіршіктелген көмірді(ТК) кейде
ұсақтайды, артынан торлаудан тар фракциялар алады, мысалы: 0,15-0,25, 0,25-
0,55, 0,55-1,65, 1,65-2,35 және 2,35-4,70мм. Бөлінген көмірлерді
адсорбциялық үрдістердің барлық нұсқаларында қолданады: адсорбенттің
тұрақты немесе қозғалмалынемесе, стационарлы қабатымен, газды, сұйық
фазаларда үрдісті жүргізгенде.
Ұнтақтәрізді көмірлер 0,15мм аз көлемді бөлшектерден тұрады. Оларды
сұйық фазада заттарды тазалауға ғана қолданады. Көмірдің орташа физикалық
қасиеттерінің кейбіреуі төменде берілген:
Белгіленуі бойынша көмірлер газды, рекуперациялы, жарықтандырушы болып
бөлінеді. Әр түр тесіктердің өзіне тән құрылымымен ерекшеленеді.
Газды көмірлер (ГК) газдарда аз концентрацияларда қатысатын
салыстырмалы нашар сорбталатын құрамдарды (мысалы, этилен) немесе буларды
ұстауға арналған. Сонымен бірге бұл сұрып көмірлері молекулалардың
кішігірім көлемімен заттар қоспаларынан суды тазартуға да қолдануы мүмкін,
негізінен ауыз суын дезодорациялауға, бұрғылау суларынан иодты алу т.б. ГК
микротесіктердің үлкен көлеміне, изотермияның жоғары тіктігіне ие (яғни
құрылымды константаның β кіші мәніне ) және адсорбент бидай дәндері ішіне
адсорбат диффузиясының жеткілікті интенсивтілігін қамтитын біркелкі
дамыған мезотесікке ие.
2.Силикагелдер
Силкогелдерді алудың әртүрлі әдістері белгілі: сілтілік металдардың
силикаттарынан минералды қышқылдармен аморфты кремнезем тұндырылуымен,
жеңіл гидролизденуші тұздармен сілтілік металдар силикаттары араласуымен;
кремнийдің галогенді қосылыстары гидролизімен, кремний тетрахлориді немесе
кремний-органикалық қосылыстардың термиялық таралуымен. Бірақ әлемдегі
силикагелдерді өндірістік алудың барлығы бұл әдістердің біріншісіне
негізделген. Силикагелді алу үшін кремнийқұрамды шикізат натрийдің қатты
силикаты (силикат-глыба) болса, ми нералды қышқыл ретінде күкірт қышқылын
қолданады.
Na2O*2SiO2+H2SO4=3SiO2+H2O+Na2SO4
Силикогелдерді өндірістік алу екі қағидалы әртүрлі бағыттарда жүреді:
силикогелді түйіршіктелген өндірісі және бөліктік өндірісі. Бөліктік
силикогел өндірісінде гелтүзуші ерітінділерді алынған күл қышқыл реакцияға
ие болып, қысқа мерзімде қатпауы үшін қатынастарға салыстырмалы төмен
концентрацияларда құяды. Ондай күлді мұқият гомогенездеп, гель түзілгенше
тыныш қалдырады. Гелді бөліктерге бөліп, бөліктерде шаяды, артынан
кептіреді, бөліп, қажет фракцияларға сүзеді.
Түйіршіктелген силикагелдер кең таралған. Бұл технология бойынша бидай
дәнді 1,0-7,5мм көлеміндегі шарикті сидикогель алады. Осындай фракционды
құрам өнімі адсорбенттің тұрақты қабатымен үрдістер талаптарын
қанағаттандырады. Фракциялы құрамды реттей отырып шарикті силикогелдің
таралу фракцияларын алады(мысалы,1,0-2,5, 2,0-4,0 немесе 3,0-5,0 мм). Бұл
калоннада май тұтқырлығы немесе формаланған калоннада орналасқан конустағы
науашалар саны өзгеруімен қамтылады.
Өндірістік силикогел түрлері.
Кәзіргі кезде шығарылатын силикагелдер: бөліктік және түйіршіктелген
силикогелдері хроматография мен зерттеу жұмыстарына арналған силикогелдер
жиынтығы. Силикогелдің тұрмыстық мұздатқыштарға арналғаны да жасалған,
бірақ ол NaА-2МШ түрдегі шарикті цеолитпен ауысты.
Түйіршікті құрамына, бөлшектер түрі мен тесіктік сипаттамаларына
сәйкес силикогельдерді төрт әріптермен көрсетеді. 1-түйіршік көлемін
көрсетеді, 2-(әрқашан С) –силикагелді, 3-тесіктер көлемі, соңғысы-
бөлшектер форфасы. Сонымен, ұсақтесікті түйіршіктелген ірі силикогелді
КСМГ десе, ұсақтесікті бөлікті ұсақ силикогель-МСМК. Силикогелдердің
орташа фракцияларын «шихта» деп, белгіленуі: ШСМК, ШСКГ немеме ШСМГ.
Индикаторлы силикогель-ШСМГ типті, кобальттұздарымен жұтылған ұвақтесікті
силикогель. Орта ылғалдылығына байланысты ол түсін ашық-көгілдірден
қызғылтқа дейін өзгертеді.
3. Синтетикалық цеолиттер.
Байланыстырушымен түйіршіктелген цеолиттер алу.
Оның қағидалы сызбасы 11.3 суретте берілген.(СУРЕТ). Цеолиттердің
натрийлы формасын алу үшін шикізат-силикат-глыба, алюминий гидроксиді және
натрий гидроксиді болады. Алюминий гидроксидін едкий натр ерітіндісі
қайнап жатқанда ерітіп, араластырып, осылайша натрий алюминатының жұмыс
ерітіндісін алады. Силикат-глыбаны өткір бумен қатты пысырып, артынан
сұйық шыны ерітіндісін қажетті концентрация алу үшін сумен араластырады.
А мен Х типті цеолиттерді алудағы технологиялық регламентте негізгі
ерекшелік кристалдау сатысының температуралық тәртібінде ғана емес,
гидрогель жасау шарттарында да байланысты. NaХ цеолит гидрогелі сілтімен
кремний оксидінің салыстырмалы жоғары құрамымен ерекшеленуі керек.
Кристалдау алдындағы гидрогелдегі молдік SiO2: Al2O3 қатынас А1,7-1,9
цеолит алуда құрса, Х2,4-4,0 цеолит алуда Na2O: Al2O3 молдік қатынас
сәйкесті түрде 2,3-2,5 және 2,7-5,2 құрады.
Түйіршіктеуде цеолитке қосымша, екіншілей тесіктің құратын
байланыстырушыны қосады. Цеолит қолданылатын үрдіске байланысты
байланыстырушы сапасына әртүрлі талаптар қойылады. Байланыстырушы
бетіндегі адсорбция арнайы емес, әдетте байланыстырушының үлестік беті
10м2/г аспауына тырысады. Байланыстырушы ретінле көбінесе саз қолданылады.
Жеңіл полимерленуші өнімдер өңдеуге ұшыраған жағдайда, байланыстырушы
каталикті белсенді емес болуы керек; ондай байланыстырушыға қырымдық кил
мен цемент жатады.
Байланыстырушыны енгізу адсорбенттің тепе-теңдік қабілетін азайтады,
жағдайлар қатарында цеолидтің кинетикалық қасиеттері нашарлануына әкеледі.
Осыған байланысты кристалдар агломераттарға қосылатын цеолиттер алу ойы
туындады.
Өндірістік көлемде табиғи шикізат – каолин негізде байланыстырушысыз
шарикті цеолит NaА алу әдісі жүзеге асқан. Оның қағидалы технологиялық
сызбасы бойынша: каолин айналдыратын пеште аморфтауға ұшырап, отыннан
оған түтін газдары түсеті. Бұл кезде түзілетін метакаолинді шарды
диірменде ұсақтайды. SiO2: Al2O3 қатынасы метакаолинде А типті
цеолиттердегі бұл құрамдардың қатынасына сәйкес келеді. Ұнтақтәрізді
метакаолинді натрий гидрооксиді ерітіндісімен араластырып, түзілген
пастаны машина көмегімен сфералық түйіршіктерге формалайды. Түйіршіктер
аппаратта кептіруде қатайып, артынан сыйымдылықтан насоспен берілетін
ыстық сілтілік ерітінді қабаты арқылы айналу кезінде аппаратта 6
кристалдануға ұшырайды.
Байланыстырушысыз цеолидтер физикалық қасиеттері бойынша кәдімгі
цеолидтерге жақын, бірақ механикалық беріктілігі бойынша олардың артық
кристаллит грандарымен түзілген екіншілік тесіктердің белсенді беті болуы
микротесіктерге адсорбат молекулаларының көлік жылдамдығын мәнді ұлғайтуға
мүмкіндік береді. Осының арқасында байланыстырушысыз цеолиттер сұйық
фазалық технологиялық үрдістерде, ең алдымен сұйықтарды кептіруде жиі
қолданылады.
Бақылау сұрақтары:

1. Өнеркәсіпті адсорбенттердің жіктелуі.
2. Белсенді көмірлерді алу әдістері.
3. Сорбенттін адсорбциялық сыйымдылығы.
4. Цеолиттын түрлері және алу жолдары.

Дәріс №8

Газды орталарды кептіру.

1.Газдардың кебуі – газдардан және газ қоспалардан су буын жою. Ол
төмен температурада газ қоспаларды компонентерге бөлу, табиғи
газдардың құбырлар арқылы жүру ж\ә т.б. процесстердің алдын алады
және газқұбырларының, құрылғылардың үздіксіз жұмыс істеуіне жағдайлар
жасайды (мұзды мен гидратты тығындардың болмауын қамтамасыз етеді).
Газдар кептіру терендігі технологиялық процесс жағдайымен анықталатын
шық (роса) нүктесімен сипатталады. Газдардын кептіру әдістері судың
абсорбциясы немесе адсорбциясына және газды салқындату кезіндегі оның
конденсациясына негізделген. Будың конденсациясы, температура мен
қысымды төмендеткенде болады. Егер салқындату кезінде белгілі
температурада, парциалды қысым мен бүдын қаныққан қысымы тен
болғанда, (салыстыру влажность 100 %) тұман пайда болады. Сол
температураны шық нүктесі деп атайды (судын конденсацисы басталатын
темературасы).

2. Адсорбциялық әдіс.
Адсорбционный әдіс суды қатты грануирленген сорбенттер арқылы
сініруіне негізделген (силикагель, активиров. А12О3, цеолиттер).
Қондырғының схемасы 1 суретте көрсетілген. [pic]
Рис. 1. Газ кептіру адсорбц. Қондырғының схемасы: 1 и 8-сепараторлар; 2-
кептіру сатындағы адсорберлер; 3 и 4- салқындату және қыздыру
сатындағы адсорберлер; 5- газды қыздыру құрылғы; 6- газ суытушы; 7-
холодильник.
Сулы газ судын тамшыларын жоғалту үшін, 1 сепараторға түседі, содан сон
кебу үшін 2 адсорберлерге барады ал содан кептірілген газ
газопроводтарға жіберіледі. Сумен қаныққан адсорбент 4 адсорберде 5
аппараттаға газ (продувка газа) регенерирленеді 3500 С температурадағы
ыстық газ 7 аппартта салқындатады, 8 аппаратта судан бөлінеді және
газдың негізгі ағынмен араласады. 3 адсорберде сініргіш 30-400С кепкен
газбен салқындайды, содан кейін кептіру сатына жіберіледі. Қыздырылған
газ газопроводқа түсү алдында 6 аппаратта салқындайды. әдіс терен
кептіруіне (шық нүктесі 800 С өға дейін және одан төмен) мүмкіндік
жасайды, аппараттардың қарапайымдылығымен және сенімділігімен
сипатталанады. Кемшіліктері: адсорбенттердің ластауна сезімталдығы,
автоматизация жүйенің күрделігі, эксплуатациялық шығымдар.
3. Жоғары қысымдағы газдардың кебуі.

Кәзіргі кезде химиялық зауыттардың қатары газдарды жоғары
қысым арқылы кептіреді.Жоғары қысымда, газдағы судын буынын мөлшері
сұйық сумен тепе-тендік кезде, қысымдылығымен (сжимаемость)
есептеленеді. Сол үшін графиктерді қолданады. олар газдағы су будын
мөлшерін -60 до 3500С және 0,1 до 70МПа қысымда анықтайды. Қондырғынын
схемасы 2 суретте көрсетілген. Ауа компресордан белгілі қысыммен
рнегіз. майбөлгіш және фильтрден (майдан және су тамшылардан
тазартылады)өтеді. Ауанын турақты қысымы электрманометр арқылы
сақталанады. Содан кейін ауаны жұмысшы қысымға рнегіз.2 дейін
дроселдейді және турақты жылдамдықпен – жоғары қысымды адсорберге
жібереді. Адсорбердің размерлері: диаметр 10мм, биіктігі 150мм. Газдын
шығымын және жұмысшы қысымын рнегіз.2 мембрандық пневтатикалық
прибормен реттейді. Адсорбент қабатын құрғақ азот арқылы регенерлейді
(шық нүктесіндегі влажность -700С). Регенерация температурасы
адсорбент түріне тәуелді болады.
4. Су конденсация арқылы газдардын кептіру әдістері
Су конденсация болатын кептіру әдістерде, температура төмендегенде
газдын тепетендік ылғалдығы азаяды. 3 суретте схемасы
көрсетілген. Скважинадан табиғи газ 1 сепараторға түседі, жер астыдан
газбен бірге кетке су мен конденсаттан тазаланады. Содан сон
жылуалмастырғышқа жіберіледі (газ суытылады). Аппараттардың
қабырғаларында және трубопроводтарда қатты газды гидраттар түзе
алмасу үшін жылуалмастырғышта газ ингибитормен 80% этиленгликоль сулы
ерітіндісімен немесе конц. метанолмен араласады. 3-сепараторда
газды ингибитордан. Қосымша шыққан ылғалдан және конденсаттан
тазартылынады
. [pic]
Сур. 2. Табиғи газдын кептіру схемасы:: 1 и 3 -сепараторлар; 2-
жылуалмастырғыш; 4 -разделитель гликоля и конденсатжәне гликолді ажырататын
бөлгіш; 5- гликоль регенерациянын қондырғысы; 6-фильтр.
Зертханалық тәжірибеде собенттер түрде СаС12, CaBr2, CaO, NaOH, КОН,
Mg(ClO4)2, Р2О5 ж\е т.б.- қатты заттар, сұйықтар H2SO4 қолданылады.
Бақылау сурақтары:
1. Шық нүктесі дегеніміз не?
2. Газ кептіру әдістерінін негізі.
3. Газ кептіру адсорбциялық әдістін қысқаша сипаттамасы.
4. Жоғары қысымда газды кептіру процессі.
5. Су конденсация арқылы газдардын кептіру әдістері
Дәріс №9.
Көміртек диоксидтен газдарды өнеркәсіптік тазарту
1. Көміртек диоксидін цеолиттермен тазарту.
Көміртек диоксидің цеолиттермен адсорбциялануы, оған активті орталық
болып табылатын, оның құрамына кіретін катиондарға тәуелді. Цеолиттер
сондай ақ табиғи газдың құрамынан негізгі қоспаларды да тазалайды. Мұндай
тазалауды негізінде төментемпературалы бөлу аппаратына жіберде жүргізеді.
Цеолиттер табиғи газдарды негізгі қоспаларын бірдей жояды. Табиғи
газды төмен температурада бөлуге негізделген, өнімділігі 5,6 млн м3/тәул.
Табиғи газды көміртек диоксидтен және тағы басқа қоспалардан төмен
температуралы бөлу негізі; газ құрамы 1 % СО2, 0,1 г/м3 Н2О және 0,05
г/м3 Н2S. Оны 25 °C температурада және 5,1 МПа қысымда диаметрі 3м ,
биіктігі 6 м екі паралельді адсорберден өткізеді.адсорберден шыққан газдын
құрамы: 20 ‰ СО2, 0,1 % күкірт, шық нүктесі -700С. Адсорбердегі сорбенттін
регенерациясын төментемпературалық бөлу блогінда алынған ауамен
жүргізеді. Регенерацияға газдын шығымы 1,4 млн м3/тәул. Адсорберлердін
ортасында газ жылытқыш орналасқан. Регенерация газы салқындатылғаннан сон
магистральді газға қосылады. Бұл әдіс экономикалық жағынан тиімды.
Табиғи газдан "қышқыл компоненттерді" бөліп алу процесінде адсорбентті
жүктеу 2-5 жылда қабылдайды. АҚШ-та 10-нан астам қондарғы эксплуатацияда ,
осы қондырғыларда тәулігіне 30 млн м 3-тан жоғары табиғи газ тазалауға
түседі . Егерде тазалаудың өте жоғары дәрежесі қажет болған жагдайда
цеолиттермен тазалау бәсекелестікке тәуелсіз , бастапқы газдағы көміртек
(2) оксидінің мөлшері 1,5 есе аз болады. Кейбір жағдайда 2 сатылық әдіс
қолданылады.Адсорбциялық колонналарда көміртек 2 оксидін жою және NaA
цеолиттермен кептіру. Бұл жағдайда адсорбентті жүктеу эксплуатациясы 7
жылға созылады.
Цеолиттері бар адсорбционды блоктарды табиғи газды беру линияларында
орнатады. Олардың басты мақсаты – көміртегі диоксидін жою. Адсорбционды
қондырғылар тәулігіне 200 мың м 3 және одан жоғары табиғи газды
декарбанизациялауға толық күші жетеді. Табиғи газды тәлігіне 280 мың м3
төмендетуге арналған қондырғыда , келесі бастапқы газ 1 % CO2 және 0.1
%H2O.
Газдарды өңдеуден кейін адсорберлерде қоспа құрамы 20 % CO2 және 0.1
%H2O дейін азаяды , сонымен бірге газдарды күкіртті қосылыстардан тазалау
жүреді. Тазаланған газдардың бөлігі (140000 м3/тәу) регенерация үшін
қолданылады . Сонымен қатар газ суытылған адсорберлер арқылы өтеді, одан
кейін жылытатын адсорберлер көмегімен жылу сыйымдылық арқылы өтеді.
Төменгі температурада бөлу және табиғи газды сығу адсорбциялық блок
сызбасының ең басты ерекшелігі , оның ең соңғы газ регенерациясының газ
тазалағыш ағынымен араласпайды. Оның салқындатылуынан кейін регенерация
арқылы жылусыйымдылық сеператорында ылғалдың негізі массасын бөліп
шығарады. Кейін қайта регенерация газын циркуляционды газодувка көмегімен
тазартуға жібереді. АҚШ-та табиғи газды цеолитті блок арқылы сығатын
ондаған завод бар. Канадада (Ричмонд қаласында) табиғи газдан қоспаларды
бөлу үшін (CO2, H2S, H2O) сығар алдында цеолиттерді қолданылатын құрылғы
жұмыс жасайды.
Цеолиттерді гелий алатын заводтарда қолдану кеңінен таралған. Себебі
ː онда гелийден басқа табиғи сығылады. Сығу қондырғысына түсетін табиғи газ
құрамында шық нүктесі -750С ,ал көміртегі диоксиді 50 % құрау керек.
Қазіргі заманғы гелий заводтарының көбінде табиғи газды төмен
температуралы бөліп дайындаудың көп сатылы процесі (моноэтаноламин
ерітіндісі және силикогель, алюмогельді кептіретін сілтілер көмегімен
тазалау) 1 %-ке дейін көміртек диоксиді құрамын төмендететін цеолиттерді
қолдану арқылы бір сатылы процеске ауысады.
Цеолиттің сіңіруші қабілетінің және гелий немесе басқада инертті
газдарды көміртек диоксидінің миксо санынан тазалау дәрежесінің жоғарылауы
, сондай-ақ кей жағдайларда су буын тазалайтын газға аз мөлшерде 3-ші
компонентті енгізеді.Бұл компонент қоспа молекулаларымен төмен ұшқыштық
және адсорбенттің берік ұстағыштық қабілетін иелене отырып , химиялық
қосылыстар түзеді. Тазаланатын газ ағынына аммиак қосқанда , реакция
нәтижесінде карбонаттар түзіледі.NH4HCO3 және (NH4)2CO3. Жұмысшы цеолитті 1-
ші 100 0 С-қа дейін қыздырады. Осыдан карбонаттар ыдырайды. Ыдыраған
өнімдер 350 0С-та вакуумдау нәтижесінде десорбцияланады.
2. Экзогазды цеолиттің термодегенерациясымен тазалау процесі.Табиғи
газдардан қорғалған атмосфера алу үшін әртүрлі қондырғы конструкциялары
белгілі. Құрамында 0,005%-кем оттек және шық нүктесі -60 0С болатын
қорғалған атмосфера қажеттілігі 57 м3/сағ . Дайын газдағы көміртек
диоксидінің мөлшері 0,1 – ден 0,001 % аралығында болады. Әрбір сатының
ұзақтығы 1 сағатты қамтиды.
Газды оттектен неғүрлым таза алу үшін цеолиттерді регенерацияланған
ауадан толық оқшаулау керек. Ол үшін кейбір қондырғыларда сыртқы
жылутасымалдағыш көмегімен цеолиттерді қабырға арқылы өткізіп , қыздырады.
Құрылғы осы принцип бойынша оттектің концентрациясы 0,0005% аз газдық
алынады. Бірақ , бұл адсорберлердің көлемінің үлкеюіне және ауа
температурасының шығынына әкеледі.
Цеолитті қолданып, тазартылған экзотермиялық бақыланылатын атмосфера
алу үшін толық мәлімет "Нитрон" құрылғысы қолданылады, оның өнімділігі 100
м 3/сағ. Ауа циркуляциясын жалған өнім жылуымен және ауаның электрлі
жылуының үйлестірілуі регенерацияланған ауаны жылутыдағы электр энергиясын
шығының азайтады, яғни процесс арзандайды.
Экзотермиялық бақыланған атмосферадағы көміртек диоксидін тазарту және
кептіру әдісі "Интергаз - генератор" құрылғысында жүзеге асады. Тазарту
процесі 2 сатыдан тұрады: қысымдағы сумен адсорбция және синтетикалық
цеолит адсорбциясы. Тазартылған синтетикалық экзогаздың өнімділігі 10-250
м3/сағ , оның құрамында : 3-5 % сутек , 3 % көміртек оксиді,0,01 % көміртек
диоксиді , 0,0003 % аз оттек және азот бар, газдық өсу нүктесі- 550С. Ауа
шығының шығынының коеффициентті өте төмен болғандықтан , табиғи газды
жаққанда экзогаз құрамында сутек болады.
Бақылау сұрақтары
1. Терморегенерацияланған цеолитте экзогазды тазарту процесі қалай
жүргізіледі ?
2. Неге цеолиттермен тазарту процесі тиімді болып саналады ?
3. Адсорбционды блокта табиғи газды төменгі температура бөлу және сұйылту
құрылғылар айырмашылығы неде?
4. Терморегенерациямен цеолитпен экзогазды тазалаудың қандай процесі
белгілі?

Дәріс №10
Газдарды сутек сульфиді мен меркаптаннан тазарту.

1.Активті көмірмен тазалау.

Сутек сульфиді-жүйке байлағыш күшті у. Газды будан және күкіртті
органикалық қосылыстардан тазалау екі бағытта іске асады:

1) Босаған өндірістік газдарды санитарлық тазалау

2) Синтез кезінде шикізат ретінде қолданылатын табиғи, коксті және де
өндірістікгаздарды тазалау, сонымен қоса химиялық және нефтехимиялық
өндірісте пайда болған әр сатыдатүзілетін газдар. Екінші жағдайда екі
есепте паралельді түрде шешімін табады. Бір жағынан каталитикалық
процестер үшін зиян болып келетін у-сутек сульфиді схема арқылы
шығады, яғни товарлы өнімдерге айналады: күкірт, күкірт диоксиді,
күкірт қышқылы т.с.с. Екінші жағынан, сутек сульфидін және күкіртті
органикалық қосылыстарды жою, күкірт диоксидінің атмосфераға шығуын
төмендетеді. Күкірт диоксиді химиялық процесте тотығу сатыларында
түзіледі. Тұрмыстық мақсатта қолданылатын сутек сульфидінің қолданысқа
рұқсат ететін мөлшері 0,02г/м2 өндірістік газдағы мартендік болат үшін
2-3г/м3 , процеске байланысты химиялық синтезде 1-50мг/м3-қа дейін.
Газдан алынатын сутек сульфиді қолданылатын тазарту әдісіне
байланысты, күкірт элементіне және күкірт қышқылына каталитикалық
қайта өнделген концентрлі Н2S-газ түрінде немесе күкірт элементі
түрінде бөлінеді. Технико-экономикалық жағынан Н2S-ті күкірт
элементіне қайта өңдеу тиімді, өйткені ол өте құнды өнім болып
табылады. Сутек сульфидінің ауадағы құрамы белгілі мөлшердегі
концентрациямен регламентирленеді: жұмыс аймағында-10мг/м3, ал
көмірсутектер қатысында -3мг/м3. Максималды және орташа тәуліктік
атмосфера ауасындағы концентрациясының мөлшері 0,008мг/м3-ке тең.

Активті көмірмен газды ортадан сутек сульфидін сіңіріп қана
қоймайды, сонымен қатар адсорбирленген фазада жұтылған Н2S-тің күкірт
элементіне дейін тотығу реакциясын катализдейді:

2Н2S+О2→S2+2H2O+440кДж

Көптеген өндірістік газдарда,бірінші кезекте кокстелген, активті көмір
мен күкіртті тазалауды жүзеге асырады. Көмірдің адсорбционды-
каталитикалық құрамын газды тазарту мақсатында ғана емес, сонымен
қатар товарлы өнім күкіртті алу үшін де қолданылады. Тазалау процесі
кеуек диаметрі 3,5-тен 8,0нм-ге дейін болғанда интенсивтірек өтеді.

Гомогенді аммиак-катализаторы қатысында Н2S-ті тотықтыру бірнеше
секунд ішінде өтеді. Қанығу кезінде көмірдің күкіртті емкостьі
100г/100г-ға жетеді. Сутек сульфидін ұстау кезінде көмір типін таңдау
үшін мынаны ескеру қажет, кейбір адсорбенттермен реагентті сіңіру,
көбінесе иодпен, активті көмірдің күкіртті емкостін жоғарлатады және
күкірттің түзілу процесін жылдамдатады. Иодталған көмірді практика
жүзінде көп мөлшерде қолдануда. Ұзақ уақыттар бойы күкіртті активті
көмірмен тазалауда көптеген қиындықтар болады, яғни оттегі қатысында
Н2S-ті көмірмен ұстау кезінде көптеген экзотермиялық процестердің
әсерінен күкірт қышқылы түзіліп отырады:

Н2S+2О2→H2SO4+790кДж

Жай типтегі активті көмірдің кеуектерінде өтетін қосымша
реакциялардың маңызы өте зор, себебі тазартылған ауадағы Н2S-тің
жоғары концентрациясында қабат өте қатты ысыйды және жану қаупі
төнеді. Күкірт қышқылының түзілу интенсивтілігі көмірдегі металдың
құрамына байланысты, бірінші кезекте-темір. Егер құрамы өте жоғары
болса Н2S- Н2SО4-ке айналады.

Түзілген күкірт қышқылын сода ерітіндісімен нейтрализдейді,
келесі өнімдерді сумен шаяды. Күкірт қышқылын газ тәріздес аммиакпен
неитрализдеу кейінгі кезде кеңінен қолданылады. Түзілген аммиак тұзын
сумен шаю, натрий тұздарын шаюдан қарағанда жеңіл, нейтрализацияны
аммиакпен өткізгенде су щығымы 4 есе аз болады.

Күкіртпен қаныққан көмірдің регенерациясы кезінде аммони сульфидінің
ерітіндісі қолданылады, ол күкіртпен әрекеттескенде құрамында күкірт
көп мөлшерде болатын аммониға айналады:

(NH4)2S+nS→(NH4)2Sn+1

Заводтағы көрсеткіштер бойынша 1т күкірттің шығын коэффициенті, яғни
су газы мен аммоний сульфиді ерітіндісімен экстракция кезінде ,
мынаған тең: электроэнергия-50кВт*сағ;бу-5т; су-50м3; аммиак(азот
бойынша есептегенде)-40кг; аммони сульфидінің ерітіндісі -0,1м3;
активті көмір- 18кг; калий гидроксиді-10кг; натрий сульфиді-0,4кг.

3.Цеолитпен тазалау.

Цеолиттер газдарды күкіртті тазартуда эффективті болып табылады.
кестеде Н2S бойынша 25,75 және 1500С-тағы цеолиттің статистикалық
активтілігі көрсетілген:Н2S бойынша цеолиттің адсорбциондық
қабілеттілігі (г/100г)

Бақылау сұрақтары.
1. Баландиннің мультиплетті теориясының негізі неде?
2. Реактанттар мен активті орталықтардың геометриялық сәйкестік
принципінің негізі.
3. Реактанттар мен активті орталықтардың энергетикалық сәйкестік принципі
неге негізделген?
4. Баландиннің мультиплетті теориясының артықшылығы неде?
5. Баландиннің мультиплетті теориясының қандай болжау мүмкіндіктерін
білесің?

Әдебиеттер
1. Крылов О.В. Гетерогенный катализ М.: ИКЦ «Академкнига», 2004,-679 с.
2. Боресков Г.К. Гетерогенный катализ М.: Наука 1984.- 520 с.
3. Саттерфилд Н. Практический курс гетерогенного катализа М.: Мир,1984.-520
с.
4. Сокольский Д.В., Друзь В.А. Введение в теорию гетерогенного катализа.
М.: Наука, 1980.
5. Кукушкин В.Ю., Кукушкин Ю.Н., Теория и практика синтеза координационных
соединений.- Л.: Наука, 1990.- 259 с

Дәріс 14 Гомогенді катализдің негізгі теориялары
Мақсаты: гомогенді катализдің негізгі теорияларымен танысу
Негізгі сұрақтары:
1. Биологиялық және өндірістік мағынасын анықтау.
2. Спецификалық ерекшеліктері және гетерогенді катализдегі
айырмашылықтары..
Қысқаша мазмұны
Гомогенді катализдің негізгі теориялар. Гомогенді катализ катализатордың
газдық және сұйық ортада әрекеттесетін реагенттермен бірдей фазада жүретін
реакция. Гетерогенді катализдегі сияқты гомогенді катализде де катализатор
реакцияга туспейді, бірақ реакция жылдамдығын арттырады. Катализаторсыз
реакция ақырын және мүлде жүрмейді.
Гомогенді –каталитикалық реакция механизмі:
Гомогенді катализге атом рекомбинациясының газ тәрізді фазасы мен
химиялық инертті бөлшектер қатысындағы қарапайым атомдармен жатқызуға
болады. Олар үштік соқтығысқа қатысып химиялық байланыс түзілген кездегі
энергия қалдығының бөлінуіне жағдай жасайды.
Гомогенді катализге мысал ретінде комплементарлы емес тотықтырғыш-
тотықсыздандырғыш реакцияларды келтіруге болады. Мұнда бір бөлшекті беретін
тотықтырғыш және бір бөлшекті қосып алатын тотықсыздандырғыштық электрон
саны сәйкес келмейді.
2Се4+ + Tl+ -> 2Се3 + + Tl3+ реакциясында Tl+ бірэлекторнды тотығуы
[pic]
Mn ионының қатысында көпсатылы механизм былай журеді:
[pic]
Mn²+ және Mn³+ иондарын Ce4+ әрекеттестіру арқылы бірэлектронды алмасу
орындалса, ал Mn4+ ионын Tl+ әрекеттестіріп екі электронды алмасу
орындалады.
Радикалды цепті процесс кезінде тізбектің өсуі мен үзілуі рекциясында
радикалдардын тізілуі артуы мүмкін. Органикалық RH Co ионның аз
концентрациясында тізбектің тармақталуы күшейеді. Гидропероксидтің
ыдырауының каталитикалық ыдырауы келесі сатылардан тұрады:
[pic]
Тізбектің тармақталуы келесі схемеда артады :
[pic]
Тура осы реакция Brˉ ионы қатысында қосымша артуы мүмкін :
[pic]
Қышқылды негіздік гoмогенді катализде катализатор қатысында молекуланың
электрофильды немесе нуклеофильдіге кірмейді. Реакцияны күшейтетін
қышқылдар мен негіздер диссацирленбеген түрде катализатор ретінде
қолданылады немесе H3O және OHˉ субстрат иондарымен әрекеттеседі.
[pic]
Қысқа байланыспен байланысқан ΑD молекуласы гетерогитикалық
байланысқанда (Αакцептор, Dдонорлы ) катализатор ΑD молекуласынан күштірек
болуы керек. мысалы: олефиндерді гидратирленгенде H+ катализатор болып
табылады.

[pic]

[pic]
Ал протонды қышқылдар гетеолитикалық реакцияларды егер жүйеде су, немесе
әлсіз протонды қышқыл болса катализирлейді. Фридель Крафтс реакциясында
катализатор ретінде ΑlCl3 қолданылады. Олар алкилгалогенидтегі RCl алкил
тобының электрофильдік құрамын күшейтеді.
[pic]
Гетеролитикалық реакцияда жоғары каталитикалық активтілікті
бифункционалды катализаторлы қосылыс иеленеді. Олар акцепторлықпен қатар
донорлық топтарды қосатын молекулалар. Бұл жағдайда реакция циклы ауыспалы
куйде өтеді. 2 гидрокситиридин глюкоза мутаротациясының жақсы
катализаторы. 2 гидроксотиридиннің активтілігі тура осындай концентрацияда
алынған пиридин мен фенолдың эквиваленттік қапасынан жоғары. Каталитикалық
эффектінің күшеюі энтропиялық фактормен анықталады.
Металлокомплексті гамогенді катализде реакция Ti,Fe,Cu,Pl және т.б
ауыспалы металдардын комплексті қосылыстары қатысында тездетіледі.
Ауыспалы металдардың комплекстері кейде бос радикалдардың түзілуін
жеңілдетеді. Металлокомплексті қосылыстар олефиндермен ацетилендердің
гидрленуін ,тотығуын помилитизациялануын, карбонирленуін, азот
фиксациясын, олефиндердің диспропорционирленуін т.б катализдейді.
Металлокомплексті гамогенді катализдің қарапайым механизмі олефиндердің
каталитикалық гидрленуімысалында қарастырылады:
1) Тотықтырғышпен H2 қосылады
2) Олефинмен комплекс тузеді
3) MH байланысына олефин молекуласының кіруі
4) Алканның тотығуы

[pic]

Гомогенді і катализдің барлық түрінде катализатор процестің жаңа
химиялық механизмін қамтамасыз етеді. Каталитикалық реакция бірнеше
сатыдан өтеді. Оның біріншісінде катализатор каталитикалық циклге енсе,
келесісінде реакцияға қайта түсу үшін бөлінеді.
Гомогендігетерогенді реакциясының кенетикасы оның механизмімен
анықталады.
Практикалық қолданылуы. Гомогенді катализді: катализатор қатысында
(H2SO4,H3PO4) олефинді гидратациялау арқылы спирттерді алу; H2SO4
катализаторы қатысында ароматты қосылыстарды нитрлеу арқылы нитробензол
және т.б нитроқосылыстарды алу; RH комплексі қатысында метанолды
карбонилирлеп сірке қышқылын алу; Co карбонидер қатысында олефиндерді
гидрофорлинирлеп альдегид алу; дәрілер мысалы: 2ДОФА RH комплексі
қатысында амино қышқылды энантиоселевтікті гидрлеу арқылы алу, ушін
өнеркәсіпте қолданылады. Ферменттердің ісәрекетін қолдану жаңа гомогенді
каталитикалық процестердің шығуына мүмкіндік жасайды.

Бақылау сұрақтары.
1. Гомогенді катализ теориясының негізі.
2. Гомогенді катализдің негізгі анықтамаларын атаңыз.
3. Биологиялық және өндірістік мәннің айырмашылығы неде?
4. Гетерогенді катализ қандай спецификалық ерекшеліктер мен
өзгешеліктерге ие?

Әдебиеттер
1 Кукушкин В.Ю., Кукушкин Ю.Н., Теория и практика синтеза координационных
соединений.- Л.: Наука, 1990.- 259 с.
2. Шульпин Г.Б. Органические реакции, катализируемые комплексами металлов.
- М.: Наука, 1988. - 285с.
3. Хенрици-Оливэ Г., Оливэ С. Координация и катализ.-М.: Мир, 1989. - 421с.
4. Активация и каталитические реакции алканов / Под ред. Хилла К.- М.:Мир,
1992.- 356 с.

Дәріс 15. Катализатор мен реакциялық ортаның әрекеттесуі.
Мақсаты: катализаторларды алу әдістерімен танысу
Негізгі сұрақтар:
1. Тұндыру және сіңіру әдістеріне сипаттама.
2. Оның артықшылықтары мен кемшіліктері.
3. Катализатор дайындаудың арнайы әдістері.
4. Массивті металдық қатынастар.

Қысқаша мазмұны
Әртүрлі процестерге арналған катализаторларды алу әдістері сан түрлі.
Бірақ әң көп қолданылатын әдістерді 3 топқа жіктеп қарауға болады: гель
түзу және тұну стадиялары бар; тасығышқа активті компонентті орналастыруға
негізделген; бастапқы заттарды араластыруға негізделген.
1. Гидроксидтерді тұндыру арқылы катализатордың негізгі компонентін
алу. Ерітіндінің рН ортасын тұз ерітіндісіне процестің бірінші
сатысында тұндырғышты қосу арқылы арттырады, нәтижесінде негіздік
немесе қышқылдық тұзы бар гидроксид түзіледі. Гидролиз өнімдері
тез полимеризация мен конденсацияға түсіп, тұндырудың бірінші
элементі деп қарауға болатын тұрақты полимолекулалар түзеді.
Кристаллизацияға қабілеттілігі жағынан гидроксидтерді 3 топқа бөледі.
Бірінші тобына аморфты, кристалданбайтын гироксидтер, мысалы
силикагель. Екінші топқа кристализация өте тез жүретін, аморфты фазаны тек
ерекше жағдайларда ғана көруге болады. Оларға магний, кадмий, II валентті
қалайы гидроксидтері жатады. Үшінші топқа титан, цирконий, темір, мыс және
алюминий гидроксидтері, V валентті сүрме және IV валентті қалайының
гидратталған оксидтері жатады.
Силикагель мысалында ірілену процесін қарастырайық. Зольдің
біріншілік бөлшектерінің размері шамамен 4нм тең. Ол ірілеу бөлшектер
түзілуге қарсы тұратын ионды – сольватты қабықпен қапталған. Концентрлі
және тұрақты золь алу үшін1,0 нм2 тең біріншілік глобула бетіне натрийдің
1-4 ионы жеткілікті.
Ионды – сольватты қабықтың қарғаныштық қабілеті соңғы гельді кептіру
сатысына дейін сақталады. Судың булануы нәтижесінде капиллярлы күш әсерінен
глобулалардың жақындасуы болады. Силикагель бетіне натрий ионы екі түрлі
әсер етеді. Бастапқы сатыда ол гидратты қабықтың қорғаныштық қабілетін
арттырады. Ал кептіру жағдайында гидратты қабықтың бүлінуі кезінде кремний
қышқылының ерігіштігін арттырып, глобулалар размерінің өсуіне, яғни олардың
жабысуына әкеледі. [pic]
Темір гидроксидінің кристалдану сызбанұсқасы
Тұндыру әдістері алынатын катализаторлар мен тасығыштарды кең көлемде
құрылымы мен ішкі бетін варьирлеуге мүмкіндік береді. Ал технологиялық
қатынаста олар реактивтердің артық мөлшерін шығындауға қабілетті. Сондықтан
жылына бірнеше тонна өндірілетін катализаторлар мен тасығыштарды мақсатты
түрде диспергирлеуінің басқа жолдарын – термиялық, механикалық немесе қатты
фазада химиялық ауысу арқылы жүзеге асырған жөн. Соңғысына мысал ретінде
активті алюминий оксидінің алу әдісін айтуға болады:
Соңғы өнімді кептіру жылдамдығын өзгерту арқылы варьирлеуге болады. Ол
келесі суретте көрсетілген.
[pic]
Кептіру режимі: 1- 290К, құрғақ ауа ағыны;
2- 290К, ылғалды ауа ағыны;
3-290К, вакуум;
4-420К, кептіргіш шкаф.

2. Тасығышқа активті компонетті орналастыру арқылы катализаторларды
алу. Катализаторлар дайындау әдістерінің ерекшелігі: активті
компонентің жоғары дисперстілігі, зиянды қалдықтардың аз мөлшері.
Әсер ету механизіміне байланысты орналастырылған катализаторларды
екі үлкен топқа бөлуге болады:
1. Сорбциялық;
2. Сіңіргіш.
Бірінші жағдайда катализатор дайындау процесінде тасығыш пен бастапқы
зат арасында әрекеттесу орын алады. Екінші жағдайда ондай әрекеттесу
болмайды, бастапқы қосылыс тасығыш бетінде еріген күйінде болады.
Орналастырылған катализаторлардың басты қасиеті - түйіршіктердің
бойымен активті компоненттің әркелкі таралуы. Көптеген зерттеулер
нәтижесінде орналастырылған катализаторларды негізгі 4 типке бөледі:
І - біркелкі таралу;
ІІ – “қабықтық” ;
ІІІ – гранула орталығында (жұмыртқа сарысы);
IV – активті компонент орта бөлікте орналасқан.

[pic]
Орналастыру әдісі сонымен қатар құрамы жағынан өте күрделі, активті
компоненті екі не одан да көп элементтен тұратын катализаторларды алуда да
қолданылады.
Химиялық құрамының әртүрлілігіне қарамастан, орналастырылған металл
оксидті катализаторлар үшін келесі ерекшеліктерді бөліп көрсетуге болады:
- Сорбциялық әдіске жоғары, атомарлыға жақын дисперстілік;
- Жоғары термотұрақтылық.
Сіңіру әдісі арқылы алынған катализаторлардың дисперстілігі тек
активті компоненттің өте аз мөлшерінде ғана жоғары. Бұл әдістің ерекшелігі
– қарапайымдылық, бастапқы заттардың қоложетімділігі, оның ішінде
нитраттар, карбонаттар. Ал кемшіліктері: активті компонеттің
концентрациясының шектеулілігі, гранула бойымен активті компоненттің
әркелкі таралу мүмкіндігі.

Бақылау сұрақтары.
1. Катализаторларды алудың қандай тәсілдерін білесің?
2. Сіңірілу және тұндыру әдістерінің негізі неде?
3. Олардың артықшылықтары мен кемшіліктері неге негізделген?
4. Катализаторларды дайындаудың арнайы тәсілдерін атаңыз?
5. Қандай массивті металдық байланыстарды білесің?

Әдебиеттер
1. Радченко Е.Д., Нефедов Б.К., Алиев Р.Р. Катализаторы процессов
углубленной переработки нефти. М.: Химия, 1992.- 207 с.
2 Сороко В.Е., Масленникова И.С., Луцко Ф.Н. Основы химической технологии:
Управление химико-технологическими процессами. СПб. 2004.-214с.
3. Радченко Е.Д., Чукин Г.Д.. Алиев Р.Р. Цеолитсодержащие катализаторы в
нефтепеработке. М.: Химия 1993.- 278 с

III. ПРАТИКАЛЫҚ САБАҚТАР.

Практикалық сабақ №1.

Физикалық адсорбцияның кинетикасы
Бақылау сұрақтары:
1. Сорбция, адсорбция, десоррбция ұғымдарға анықтамаларды беріндер?
2. Активтелген адсорбция және каппилярды конденсация.
3. Ле-Шателье принципін қолданып, температура жоғарлаганда адсорбция
мөлшері қалай өзгереді? Графикты құрастырындар.
4. Адсорбция қысымға тәуелді болған тендеулер.
Есептерді шығару №1-7 И.И. Климов, А.И. Филько «Сборник вопросов и задач
по физической химии» М: Просвещение 1973, 168-169 б.

Практикалық сабақ №2.

Хемосорбцияның кинетикасы
Бақылау сұрақтары:
1.Хемосрбция үрдістін анықтамасы.
2. Физикалық және химиялық адсорбцияларынын ерекшеліктері.
3. Фрейндлих және Лэнгмюр тендеуінің байланысы.
4. А көмірі сулы ерітінділерден тұз қышқылды хининды аз концентрацияда
әлсіз, ал көп концентрацияда В көмірден көбірек адсорбциялайды. А және В
көмірлер үшін адсорбция изотермаларын көрсетіндер.
Есептерді шығару №8-11 И.И. Климов, А.И. Филько «Сборник вопросов и задач
по физической химии» М: Просвещение 1973, 169-170 б.

Практикалық сабақ №3.

Массаалмасу және масса өткізу коэффициентерге әр түрлі факторлардың
әсері.

1. Массаалмасу процестердегі материалдық баланс.
2. Фаза аралығындағы массаөткізу процестер.
3. Массаөткізудің шексіз жылдамдығы.
4. Араластыру процесстері.
5. Массаөткізу коэффициентіне адсорбенттің қабат биіктігінің әсері.
Есептерді шығару. К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков «Примеры и
задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» Л. Химия
1987. 50-64 б.

Практикалық сабақ №4.

Өнеркәсіптік, тұрғын және қоғамдық мекемелердегі ауанын кондициленуі.

1. Ауаны кондицилеу үшін арналған силикагелдердің түрлері.
2. Ауаны кондициелену жүйелерде литий хлоридің пайдалануы.
3. Газдарды тенологиялық тазарту.
4. Аппаратардағы жылуалмастырғыш процесстер.
5. Аууа суытқыштын жылулық есептері.

Практикалық сабақ №5.

Үздіксіз әсерлі аппаратарда адсорбцияны есептеу.

1. Үздіксіз әсерлі аппаратардың конструкциясы.
2. Псевдосұйықты қаба адсорбенті бар абсорбердін жұмыс әрекеті.
3. Фазааралық заттын бөлу коэффициенті.
4. Адсорбциядан кейін заттын концентрациясы.
5. Экстракция процестердегі заттын концентрация төмендеуі.
Есептерді шығару: №3-10 Васильев В.П. «Аналитическая химия» 2 том 314-
316 б.

Практикалық сабақ №6.

Периодтық әсері бар аппаратарда адсорбциялық сипаттамаларын есептеу.

1. Вертикальді, горизонтальды және сақиналы адсорбердін конструкциясы.
2. Жылуалмастырғыш элементері бар адсорбердің жұмыс істеу принципиалді
схемасы.
3. Адсорбенттін динамикалық және статикалық сыйымдылығы.
4. Периодтық әсерлі аппаратардағы газ ағынын жылдамдығын және қабат
биіктігін есептеу.
Есептерді шығару: К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков «Примеры и
задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» Л. Химия
1987.

Практикалық сабақ №7.

Қозғалмалы қабат қатты фазасы аппаратардағы адсорбция

1. Қозғалмалы қатты қабат фазасы бар адсорберді есептеу.
2. Шығу қисықтарын және концентрация профильдерін анықтау.
3. Десорбцияға керек сутектің концентрациясын есептеу.
4. Тұрақты бөлу факторы.
5. Массаалмасу коэффициенті және материалдық баланс.
Есептерді шығару: Павлов П.П. «Основные процессы и аппараты в
химической технологии » пособие по проектированию. 64-90 б.

Практикалық сабақ №8.

Газды кептіру кезінде негізгі сипаттамаларды есептеу.

1. Жоғары қысым бойынша газды кептіру.
2. Кептіргіш қондырғылардын принципиалды схемалары.
3.Қысқа циклды қыздырусыз адсорбция қондырғылар.
4. Өнеркәсіптердегі газды кептіру.
Есептерді шығару: К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков «Примеры и
задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» Л. Химия
1987.

IV. СТУДЕНТТЕРДІҢ ӨЗДІК ЖҰМЫСТАРЫНА АРНАЛҒАН ТАҚЫРЫПТАРДЫҢ ТІЗІМІ

4.1 Химиялық өнеркәсіптегі катализаторлар(реферат)
4.2 Адсорбциялық құрылғылардың сызбанұсқасы (Power point-та презентация)
4.3 Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясындағы
катализатор(реферат)
4.4. Экологиялық катализ(Power point-та презентация)

7 ӘДЕБИЕТТЕР

7.1 Негізгі әдебиеттер
7.1.1 Стромберг А.Г. Физическая химия М. Высшая школа. 2006, 527 с.
7.1.2 Крылов О.В. Гетерогенный катализ.- М.: ИКЦ «Академкнига», 2004, 679
с.

7.1.3 Ю. И. Шумяцкий. Промышленные адсорбционные процессы.-М.:КолосС,
2009, 184 с.

7.1.4 Саттерфилд Н. Практический курс гетерогенного катализа М.:
Мир,1984,520 с.
7.1.5 Химиялық технология негіздері: оқу құралы / Ы, Қ. Тойбаев, Қ.А.
Жұбанов, Ү.Ә. Садықов, Ә.Қ. Қоқанбаев.- Алматы: Қазақ ун-ті, 2008.- 349 б.
7.1.6 К. Қоқанбаев, Ә.Қ. Коллоидтық химия курсы: Беттік құбылыстар.
Алматы: Полиграфкомбинат, 2013.- 653б.
7.1.7 Конюхов В.Ю. Хроматография. Учебники, М.: Лань, 2012г.-220с.
7.2 Қосымша әдебиеттер
7.2.1 Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. 2-ое изд., перераб. И
доп. – М., Химия, 1984, 592 с
7.2.2 Позин М.Е. Физико-химические основы неорганической технологии. – Л.:
Химия, 1985.
7.2.3 Соколов Р.С Химическая технология. М., 2002. – т. 1-2.
7.2.4. Радченко Е.Д., Чукин Г.Д.. Алиев Р.Р. Цеолитсодержащие катализаторы
в нефтепеработке. М.: Химия 1993.- 278 с
7.2.4. Иоффе И.И. Гетерогенный катализ, Л.: Химия, Ленингр. отд-ние, 1985.-
224 с.

Пәндер

Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.

Ақпарат

Қосымша

Email: info@stud.kz

Іздеу
Файл қосу
Презентациялар
Тегін
Кабинет
Баланс
Таңдаулы жұмыстар
Cатып алған жұмыстарыңыз
Менің файлдарым
Презентацияларым
Сатылым статистикасы