АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Формование коагуляцией в капле

Принцип жидкофазного формования коагуляцией в капле состоит в следующем: с помощью распылителя капли раствора или золя подают в колонну, наполненную растворителем, не смешивающимся с водой (обычно масло). Поверхностное натяжение, создаваемое в колонне на каплях раствора, приводит к образованию идеально сферических частиц. Этот метод еще называют масляно-капельным. Например, формование в масле используют при получении микросферического катализатора крекинга. Катализатор представляет собой микро гранулы со средним размером 40-80 мкм; удельная поверхность 500 м²/г; химический состав: SiO₂ – 86-87%, Al₂O₃ – 12-13%, (CaO, Na₂O, MgO) – 1%, Fe₂O₃ – 0,2%. Рассмотрим формовочно-промывочное отделение, оно включает узел формовки микросферического алюмосиликатного катализатора и узел мокрой обработки гидрогеля рис. 1.

В этом отделении закладывается структура будущего катализатора, поэтому оно является главным для всего катализаторного производства. При смешении растворов жидкого стекла и сульфата алюминия образуется коллоидный раствор. Первичный синтез катализатора можно приближенно представить уравнением:

Рис. 1. Схема формовки микросфер: 1 – насосы; 2 – напорные бачки; 3 – ротаметры; 4 – смеситель-распылитель; 5 – холодильники; 6 – формовочная колонна; 7 – транспортирующий желоб; 8 – промывочный чан; 9 – распределительный желоб; 10 – емкость для воды.

7[Na₂×SiO₂] + Al₂(SO₄)₃ + 3H₂SO₄ = Na₂O[Al₂O₃×21SiO₂] + 6Na₂SO₄ + 3H₂O.

Рабочий раствор, обеспечивающий необходимое содержание оксида алюминия в катализаторе, имеет сильнощелочную реакцию. В этих условиях гранулы получаются рыхлыми, широкопористыми, с низкой насыпной плотностью. Поэтому раствор сульфата алюминия подкисляют серной кислотой. Для получения катализатора микросферической формы струю золя распыляют сжатым воздухом в слой формовочного масла (в данном случае это трансформаторное масло определенной вязкости).

В верхнюю часть формовочную колонны 6 диаметром 1,5м закачивают формовочное масло слоем высотой 2,8-3м и налаживают непрерывную циркуляцию формовочной воды, представляющей собой паровой конденсат или умягченную техническую воду. Из промежуточной емкости 10 вода центробежным насосом направляется в нижнюю часть колонны, по выносной трубе поднимается в транспортирующий желоб 7, по которому сливается в промывочный чан 8. Из промывочного чана с помощью переливного кармана вода сливается в распределительный желоб 9 и возвращается в промежуточную емкость 10. Рабочие раствора сульфата алюминия и жидкого стекла насосами 1 из рабочих емкостей закачивают в напорные бачки 2, предназначенные для поддержания постоянного давления рабочих растворов, поступающих в ротаметры 3.

В процессе формования необходимо поддерживать постоянную температуру гелеобразующих растворов, лежащую в пределах 10-12°С. Повышение температуры повышает процесс коагуляции и усложняет формование. Охлаждают растворы в холодильниках 5. Формование микросфер производят, распыляя смесь гелеобразующих растворов воздухом с помощью смесителя-распределителя 4. Давление воздуха не должно превышать 0,1 МПа; при сильном распылении образуются частицы размером до 100 мкм, а при слабом – более 700 мкм. При этом образующиеся капельки геля с большой скоростью ударяются о поверхность масла и по инерции движутся сначала сплошной массой от центра к периферии колонны и только потом, потеряв скорость, начинают опускаться вниз. При расширенном (до1,5 м) диаметре колонны резко уменьшается налипание геля на ее стенки. Температура масла и формовочной воды 25-30°С. Для подогрева формовочного масла колонна снабжена штуцером, через который вводят острый пар. Чтобы исключить зависание геля в колонне, в нижнюю ее часть и в основание выносной трубы подведен воздух для периодического перемешивания.

Капля проходит через слой масла за 8-11 с, а коагуляция наступает через 5-8 с. Скорость коагуляции возрастает с увеличением температуры и концентрации исходного раствора, зависит от рН среды и присутствия электролита в растворе. Осаждение возможно только при определенных значениях рН, которые регулируют добавлением к смеси кислоты. Максимальная скорость осаждения достигается при рН = 9. Образующиеся в результате распыления мельчайшие капельки золя по мере прохождения через слой масла принимают форму микросфер и переходят в твердый гель, мицеллы соединяются при этом в более крупные агрегаты, вырастают в нити, переплетаются вгустую сеть. Полученный гель состоит из 90% воды и 10% сухого вещества.

Пройдя слой масла, гранулы поступают в поток формовочной воды, подхватываются им и выносятся из колонны в транспортирующий желоб 7 и далее в промывочный чан 8. Формовочная вода через сливной карман переливается в маслоуловитель, оттуда насосом возвращается в формовочную колонну. Свежесформованный гель подвергается мокрой обработке в промывочном чане с целью образования определенной пористой структуры, удаления вредных примесей, уменьшения содержания Na⁺ в нем. Теряя воду, гидрогель сжимается в радиальном направлении, что ведет к дополнительным напряжениям в зерне. Для уменьшения этих напряжений перед сушкой проводят термообработку, активацию и промывку гранул.

После образования геля в нем продолжается дальнейшее уплотнение и соединение мицелл. Скелет, образованный мицеллами, сжимается, при этом выделяется интермицеллярная жидкость. Процесс самопроизвольного уменьшения объема гелей, сопровождающийся выделением жидкой фазы, называют синерезисом. При синерезисе между мицеллами образуются поры, в гидрогеле создается структура, обеспечивающая высокую механическую прочность, хорошую регенерируемость и минимальное разрушение катализатора при его обезвоживании в процессах сушки и прокаливания. Синерезис протекает очень медленно. Для его ускорения проводят термообработку геля, путем нагревания синерезисного раствора до такой температуры, чтобы обеспечить насыпную плотность катализатора, равную 0,75-0,8 г/см³. Насыпная плотность увеличивается с понижением температуры синерезисного раствора и рН золя.

Процесс активации заключается в обработке катализатора слабым 0,08-0,1 н раствором сульфата алюминия, в результате чего идет катионный обмен: неактивные ионы Na⁺ обмениваются на активные Al³⁺. Содержание натрия в катализаторе снижается от 5-6 до 0,2%, а содержание алюминия повышается от 7-9 до 12-13%. Чем полнее замещен натрий, тем выше качество катализатора. После активации гранулы промывают водой для удаления ионов натрия, сульфат-ионов и других вредных примесей, образуемых в результате активации.

Дата добавления: 2015-09-03 | Просмотры: 709 | Нарушение авторских прав