CC BY
28
УДК 661.183:621.385
Регенерация углеводородозагрязненных активных углей
К.Г. Старостин1*, В.Н. Клушин1
1 РХТУ имени Д.И. Менделеева, Российская Федерация, 125047 г. Москва, Миусская пл., д. 9 * E-mail: kirill@anabot.ru
Тезисы. Исследована десорбция бутанола из активного угля в модифицированной 800-ваттной бытовой СВЧ-печи. Полученные результаты свидетельствуют о принципиальной возможности регенерации насыщенного бутанолом активного угля АГ-3 при малых периодах СВЧ-облучения.
Совершенствование энергозатратных процессов регенерации и реактивации активных углей с использованием различных технологий является задачей, актуальной для многих отраслей промышленности [1]. Большое внимание в научно-технической литературе последних десятилетий уделяется, в частности, использованию с этой целью СВЧ-технологий [2-4]. Однако в опубликованных работах обычно отсутствуют сведения, обеспечивающие возможность экспериментального воспроизведения полученных результатов.
В настоящей статье выполнена оценка оптимального режима регенерации под воздействием СВЧ-облучения гранулированных активных углей (ГАУ), отработанных в процессе, моделирующем их цикличное использование, для извлечения из воздуха паров органических растворителей.
Исследования собственно регенерации выполнены с использованием бытовой СВЧ-печи марки SUPRA MW-G2101MW на примере системы «активный уголь АГ-3 -бутанол» в условиях, охарактеризованных в работе [5]. Уголь этой марки розничной продажи, широко применяемый как универсальный адсорбент для очистки газовых и жидких сред [6], в соответствии с приложенным паспортом по физико-химическим свойствам соответствует показателям, охарактеризованным в источнике [7]. В работе использован в качестве адсорбата н-бутиловый спирт квалификации «ч».
Для глубокого удаления влаги и других летучих примесей, поглощенных при хранении, отобранную для эксперимента пробу свежего угля предварительно выдерживали в сушильном шкафу при температуре 105±2 °С до обеспечения постоянства ее массы. Затем взятую навеску высушенной пробы помещали в кварцевый бюкс с притертой крышкой, снабженной штуцером, который устанавливали в СВЧ-печь и обрабатывали в течение 15 мин при полной мощности ее магнетрона. Адсорбционная емкость по бутанолу приготовленных таким образом навесок угля незначительно увеличивалась по сравнению с аналогичной свежего угля. Максимальная масса навески угля соответствовала предельному объему кварцевого бюкса и составляла 24 г.
Насыщение навесок ГАУ указанной массы парами бутанола проводили при комнатной температуре в соответствии с методикой, охарактеризованной в работе [5]. Регенерацию насыщенного адсорбента изучали при различных режимах работы СВЧ-печи и длительностях процесса. Степень регенерации определяли сопоставлением масс угля до насыщения и после десорбции. Наряду с этим при обеспечивающем максимальную десорбцию времени облучения бюкса с насыщенным углем в каждом режиме работы СВЧ-печи оценивали выход десорбированного бутанола. Оценку выполняли посредством конденсации паров последнего из самопроизвольно вытесняемого из бюкса потока, транспортируемого по пластиковому шлангу, в расположенном вне печи предварительно взвешенном стеклянном накопителе, погруженном в смесь сухого льда и бутанола, используемую в качестве хладоагента, и последующего определения массы накопителя с аккумулированным конденсатом.
Ключевые слова:
газоочистка, активные угли, СВЧ-излучение, регенерация, десорбция.
Непосредственное регулирование мощности магнетрона бытовой СВЧ-печи невозможно, однако имеется возможность варьирования периода его работы. С этой целью с помощью амперметра отслежена периодичность функционирования магнетрона при разных режимах работы СВЧ-печи, а насыщенные бутанолом навески угля обрабатывали в ней в течение 25, 30, 35 и 40 мин. Установлена и длительность процесса десорбции, при котором магнетрон работает непрерывно. Изученные режимы эксплуатации СВЧ-печи характеризуют данные табл. 1 и рис. 1-4 (где «0» - простой, «1» - работа).
Результаты экспериментальных определений, выполненных в охарактеризованных режимах регенерации насыщенного поглотителя, отражают данные табл. 2.
Анализ табл. 3 показывает, что оптимальное время регенерации составляет 35, 30 и 20 мин при втором, третьем и четвертом режимах эксплуатации СВЧ-печи соответственно. При первом режиме длительность процесса регенерации превышает 1 ч. При постоянном
облучении бюкса (пятый режим) время регенерации составило 15 мин. Из этих результатов следует, что увеличение длительности импульса воздействия СВЧ-излучения на испытуемый образец названной системы обусловливает сокращение оптимального времени его регенерации.
Также в табл. 3 содержатся сведения о массе сконденсированного бутанола и его процентном выходе в параллельных идентичных экспериментах, выполненных в различных режимах функционирования СВЧ-печи. Из данных таблицы следует, что более жесткое воздействие СВЧ-излучения обусловлено, очевидно, более интенсивной десорбцией и ожидаемо высоким результатом конденсации более концентрированных паров бутанола. Однако согласно данным табл. 2, степень десорбции, обеспечиваемая в режимах 2-4, близка к 100 %, что свидетельствует о значительных потерях бутанола в охарактеризованном приеме конденсации его десорбируемых паров, вызываемых совокупностью ряда причин (отсутствие газа-вытеснителя, контроля скорости вытеснения паров и т.п.).
Таблица 1
Временны^е показатели работы магнетрона, с
(«+» - время работы, «-» - время простоя)
Режим + - + - + - + - + -
1 7,5 23,0 7,0 23,0 6,0 24,0 6,5 23,5 6,5 23,0
2 11,5 18,5 11,5 18,6 11,9 18,1 11,6 18,2 11,6 18,2
3 18,3 11,2 18,6 11,5 18,7 11,3 18,5 11,4 18,8 11,5
4 25,0 4,5 25,0 4,8 25,3 4,9 25,0 5,0 24,8 4,8
Таблица 2
Кинетика десорбции бутанола в различных режимах
(масса угля: т1 - начальная, т2 - после насыщения, т3 - после регенерации)
Режим Показатель Масса образца, г, при времени регенерации, мин
работы образца 40 35 30 25
т1 24,00 24,00 24,00 24,00
1 т2 30,32 30,32 30,32 30,32
т3 24,30 24,20 24,50 26,24
т1 24,00 24,00 24,00 24,00
2 т2 30,32 30,32 30,32 30,32
т3 24,00 24,00 24,15 25,70
т1 24,00 24,00 24,00 24,00
3 т2 30,32 30,32 30,32 30,32
т3 23,98 24,00 24,00 24,70
20 15
4 т1 24,00 24,00
т2 30,32 30,32
т3 24,00 24,20
о
O 20 40 60 SO 100 120 140 160
Время, с
о
0 20 40 60 SO 100 120 140 160
Время, с
Рис. 1. Режим 1
Рис. 2. Режим 2
1
1
о
O
0 20 40 60 80 100 120 140 160 0 20 40 60 80 100 120 140 160
Время, с Время, с
Рис. 3. Режим 3
Рис. 4. Режим 4
1
1
Таблица 3
Связь показателей конденсации поглощенного бутанола массой 6 г с режимом СВЧ-воздействия на насыщенный адсорбент
Режим Длительность Показатель конденсации бутанола
работы регенерации, мин масса, г % от поглощенного
1 60 3,02 50,3
3,00 50,0
2 35 5,40 90,0
4,95 82,5
3 30 5,10 85,0
5,10 85,0
4 20 5,40 90,0
5,30 88,3
5 15 5,60 93,3
5,60 93,3
***
Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о принципиальной возможности эффективной, с точки зрения временных
и энергетических позиций, регенерации в СВЧ-поле активных углей, насыщенных летучими растворителями.
Список литературы
1. Мухин В.М. Производство и применение углеродных адсорбентов / В.М. Мухин, В.Н. Клушин. - М.: Изд-во РХТУ
им. Д.И. Менделеева, 2012.
2. Foo K.Y. A cost effective method for regeneration of durian shell and jackfruit peel activated carbons by microwave irradiation / K.Y. Foo, B.H. Hameed // J. Chemical Engineering. -2012. - № 192. - P. 404-409.
3. Liu X. Granular activated carbon adsorption and microwave regeneration for the treatment of 2,4,5-trichlorobiphenyl in simulated soil-washing solution / X. Liu, G. Yu, W. Han //
J. Hazard Mater. - 2007. - № 147 (3). -P. 746-751.
4. Peng W. Treatment of an industrial chemical waste-water using a granular activated carbon adsorption-microwave regeneration process / W. Peng, Z. Shan-Shan, Z. Wei // J. Chemical Technology and Biotechnology. - 2012. - V. 87. -P. 1004-1009.
Regeneration of activated coals contaminated by hydrocarbons
K.G. Starostin1*, V.N. Klushin1
1 D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Bld. 9, Miusskaya square, Moscow, 125047, Russian Federation * E-mail: kirill@anabot.ru
Abstract. Desorption of n-butanol from activated carbon in modified 800-Watt domestic microwave oven was studied. The received results testify to the principle possibility of regeneration of AG-3 active carbon saturated with butanol at small periods of microwave irradiation.
Key words: gas purification, activated carbon, microwave irradiation, regeneration, desorption. References
1. MUKHIN, V.M. and V.N. KLUSHIN. Production and application of carbonic adsorbents [Proizvodstvo i primeneniye uglerodnykh adsorbentov]. Moscow: D. Mendeleev University of Chemical Technology, 2012. (Russ.).
2. FOO, K.Y. and B.H. HAMEED. A cost effective method for regeneration of durian shell and jackfruit peel activated carbons by microwave irradiation. Chemical Engineering Journal. 2012, no. 192, pp. 404-409. ISSN 1385-8947.
3. LIU, X., G. YU, W. HAN. Granular activated carbon adsorption and microwave regeneration for the treatment of 2,4,5-trichlorobiphenyl in simulated soil-washing solution. J. Hazard Mater. 2007, no. 147(3), pp. 746-751. ISSN 0304-3894.
4. PENG, W., Z. SHAN-SHAN, Z. WEI. Treatment of an industrial chemical waste-water using a granular activated carbon adsorption-microwave regeneration process. J. Chemical Technology and Biotechnology. 2012, vol. 87, pp. 1004-1009. ISSN 0268-2575.
5. SEMENISHCHEVA, Ye.L., K.G. STAROSTIN, V.N. KLUSHIN. Microwave-emission-stimulated regeneration of granular activated carbon saturated with butanol vapors [Regeneratsiya granulirovannogo aktivnogo uglya, nasyshchennogo parami butanola, mikrovolnovym izlucheniyem]. Molodoy uchenyy. 2014, no. 6, pp. 235-239. ISSN 2072-0297. (Russ.).
6. DYTNERSKIY, Yu.I. Main processes and apparatuses in chemical engineering: design manual [Osnovnyye protsessy i apparaty khimicheskoy tekhnologii: posobiye po proyektirovaniyu]. Moscow: Khimiya, 1991. (Russ.).
7. MUKHIN, V.M. (ed.), V.V. CHEBYKIN, Ye.A. GALKIN et al. Activated coals. Elastic sorbents. Catalysts, dehydrators and based chemical absorbents [Aktivnyye ugli. Elastichnyye sorbenty. Katalizatory, osushiteli i khimicheskiye poglotiteli na ikh osnove]: catalogue. Moscow: Ruda i metally, 2003. (Russ.).
5. Семенищева Е.Л. Регенерация гранулированного активного угля, насыщенного парами бутанола, микроволновым излучением / Е.Л. Семенищева, К.Г. Старостин,
В.Н. Клушин // Молодой ученый. - 2014. -№ 6. - С. 235-239.
6. Дытнерский Ю.И. Основные процессы
и аппараты химической технологии: пособие по проектированию / Ю.И. Дытнерский. -М.: Химия, 1991. - 496 с.
7. Мухин В.М. Активные угли. Эластичные сорбенты. Катализаторы, осушители
и химические поглотители на их основе: каталог / В.М. Мухин, В.В. Чебыкин, Е.А. Галкин и др.; под. общ. ред. В.М. Мухина. - М.: Руда и металлы, 2003. -280 с.
