Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние и тенденции развития известковых поглотителей диоксида углерода, процессов и оборудования для их производства 12
1.1 Формы известковых поглотителей и аппаратурное оформление производства 12
1.2 Процессы и оборудование для получения композиционных материалов с функциональными наполнителями 23
1.3 Основные подходы к описанию и расчету кинетики процесса хемосорбции газа твердым поглотителем 37
1.4 Способы и оборудование для переработки карбонизованных поглотителей.. 44
Выводы к главе 1 и постановка задач исследования 48
Глава 2 Аппаратурно-технологическое оформление производства композиционных поглотителей диоксида углерода с полимерным связующим 50
2.1 Исходные вещества и материалы 50
2.2 Композиционный поглотитель с фиброй 51
2.3 Листовой композиционный поглотитель с полимерным связующим 56
2.3.1 Выбор полимерного связующего 57
2.3.2 Выбор соотношения Са(ОН)2 : полимер на основе исследования морфологии поверхности и сорбционной емкости 60
2.3.3 Исследование реологических свойств системы Са(ОН)2 – полимер – растворитель 64
2.3.4 Осаждение частиц Са(ОН)2 в смеси для формования 65
2.3.5 Удаление растворителя сушкой 68
2.3.6 Разработка способа и установки формования и сушки листового композиционного поглотителя 78
2.3.7 Процессы увлажнения и активации композиционного поглотителя. Установка термовлажностной обработки 85
2.4 Волокнистый композиционный поглотитель с полимерным связующим.. 96
2.4.1 Выбор состава и исследование свойств системы Са(ОН)2 – полимер – растворитель 97
2.4.2 Выбор растворителя на основе исследования морфологии поверхности поглотителя 101
2.4.3 Исследование химического состава волокнистого композиционного поглотителя и его влияние на сорбционную емкость 103
Выводы к главе 2 107
Глава 3. Исследование физико-химических и сорбционных свойств композиционных поглотителей 109
3.1 Физико-химические свойства 109
3.1.1 Удельная поверхность 109
3.1.2 Механическая прочность 111
3.1.3 Термическая устойчивость 114
3.1.4 Токсичность композиционного поглотителя 116
3.2 Сорбционные свойства 117
3.2.1 Сорбционная емкость в динамических условиях при постоянной подаче газовоздушной смеси 117
3.2.2 Сорбционная емкость в динамических условиях при пульсирующей подаче газовоздушной смеси 119
3.2.3 Сорбционная емкость в статических условиях 123 Выводы к главе 3 127
Глава 4 Кинетика процесса хемосорбции диоксида углерода листовым композиционным поглотителем 129
4.1 Основные кинетические закономерности процесса хемосорбции диоксида углерода.. 129
4.2 Влияния влажности воздуха на кинетику хемосорбции 141
4.3 Влияние температуры воздуха на кинетику хемосорбции... 142
4.4 Влияние скорости воздуха на кинетику хемосорбции.. 142
4.5 Расчет основных размеров поглотительных кассет изолирующих дыхательных аппаратов и поглотительных блоков герметичных спасательных объектов 145
4.5.1 Поглотительные кассеты 145
4.5.2 Поглотительные блоки 152
Выводы к главе 4 154
Глава 5 Способы переработки карбонизованных поглотителей 156
5.1 Термолиз карбонизованных поглотителей с получением гидроксида кальция 157
5.1.1 Влияние технологических параметров термолиза на полноту разложения карбонизованного поглотителя 159
5.1.2 Влияние технологических параметров гидратации на качество гидроксида кальция 160
5.2 Растворение карбонизованных поглотителей в соляной кислоте с получением гидроксида кальция 162
5.2.1 Влияние технологических параметров промывки и сушки осадка гидроксида кальция на качество конечного продукта 164
5.3 Физико-химические свойства гидроксида кальция как вторичного сырья для получения композиционного поглотителя 166
5.4 Сорбционная емкость композиционных поглотителей, полученных из вторичного гидрокида кальция 169
5.5 Сравнительный анализ способов получения гидроксида кальция из карбонизованных поглотителей 169
Выводы к главе 5 174
Заключение 175
Список сокращений и условных обозначений 177
Список литературы
- Процессы и оборудование для получения композиционных материалов с функциональными наполнителями
- Выбор соотношения Са(ОН)2 : полимер на основе исследования морфологии поверхности и сорбционной емкости
- Токсичность композиционного поглотителя
- Влияния влажности воздуха на кинетику хемосорбции
Процессы и оборудование для получения композиционных материалов с функциональными наполнителями
За рубежом производятся известковые поглотители в форме гранул цилиндрической [9, 10], полусферической [11], сферической форм [12], а также в форме таблеток [13] под марками DraegerSorb (Германия) [14]; Sodasorb (Великобритания) [15]; Amsorb (Северная Ирландия) [16] и др.
Несмотря на многообразие выпускаемых известковых поглотителей технология их получения остается неизменной и заключается в приготовлении пасты путем гашения оксида кальция СаО водой или смешения порошка Са(ОН)2 с водой и добавками с дальнейшим формованием пасты в виде гранул. Далее поглотитель сушат, рассеивают, распыляют на него воду или щелочные растворы (гидроксида натрия NaОН или калия КOH). Оптимальное содержание NaОН (КOH) в поглотителе для успешного протекания процесса хемосорбции, как правило, составляет 2 – 8 %. Влажность поглотителя колеблется в пределах 9 – 19 % [1, 3 – 7, 9 - 15].
Так, получение известкового поглотителя в форме сферических гранул по технологии [12] заключается в приготовлении пасты, содержащей Са(ОН)2, алюмосиликат натрия, индикатор и воду, с дальнейшим пропусканием пасты между двумя соприкасающимися вращающимися в противоположных направлениях роликами с полусферическими выемками (рисунок 1.2). Полученные сферы сначала сушат, а затем увлажняют до содержания воды 16%. Рисунок 1.2 – Оборудование для получения известкового поглотителя в форме
Основным способом улучшения эксплуатационных характеристик (сорбци-онной емкости, прочности) гранулированных известковых поглотителей является его химическая модификация [17 - 34].
Химическая модификация гранулированного известкового поглотителя заключается во введении в его состав различных добавок: влагоудерживающих, увеличивающих сорбционную емкость и механическую прочность и др.
Влагоудерживающие свойства могут оказывать решающую роль при хемо-сорбции, так как процесс поглощения СО2 известковыми поглотителями реализуется через стадию трансформации СО2 в карбонат-ион в пленке щелочного водного раствора на поверхности химического поглотителя. В качестве влагоудерживающих добавок используют: гексагидрат хлорида кальция, глицерин, полиэтиленгликоли [17], хлорид или сульфат магния [18], октагидрат гидроксида бария (стронция) [19], хлорид лития [20], водорастворимые полимеры (полиакриламид, соли щелочных металлов полиакриловой кислоты и др.) [21]. Влагоудерживающие свойства данных веществ связаны с их гигроскопичностью, в частности неорганические влагоудер-живающие добавки образуют кристаллогидраты.
В качестве добавок, увеличивающих сорбционную емкость, в состав известковых поглотителей вводят: гидроксид лития [22], добавки, влияющие на рН поверхностного раствора поглотителя и способствующие переводу механизма поглощения СО2 на гидрокарбонатный маршрут (буферные растворы, органические кислоты и их соли и др.) [23 - 31]. Введение в состав поглотителя ХП-И фуллере-нов (0,02 – 0,06 %) увеличивает показатели хемосорбционной активности за счет увеличения объема пор и удельной поверхности поглотителя [32].
Увеличение сорбционной емкости гранулированного известкового поглотителя может быть достигнуто при уменьшении размера гранул, однако при этом наблюдается значительное увеличение сопротивления потоку воздуха, проходящего через слой поглотителя.
В качестве добавок, увеличивающих механическую прочность, в состав известковых поглотителей в форме гранул, полусфер вводят цеолиты [17], соли кар-боксиметилцеллюлозы [33, 34]. Однако при эксплуатации гранулированных известковых поглотителей имеется ряд недостатков [1, 35]: - склонность к пылению и разрушению во время эксплуатации; - низкая степень отработки из-за недостаточно развитой пористости, в ре зультате чего хемосорбенты поглощают СО2 в 2,2 - 3,1 раза меньше, чем возмож но по стехиометрии (90 – 110 дм3/кг вместо 250 – 280 дм3/кг); - неудобство загрузки аппаратов.
Загрузка гранул в аппарат занимает много времени, гранулы необходимо просеивать и виброуплотнять перед использованием, что может привести к пыле-нию материала. В гранулированном слое воздух ищет пути наименьшего сопротивления, при этом схема движения потока воздуха может быть случайной, поэтому в зависимости от характера загрузки значительно варьируется время работы аппаратов. Одним из направлений совершенствования известкового поглотителя стало получение его в новых физических формах, например, в форме листа [36 - 46]. При этом достигается увеличение химической активности к СО2 за счет увеличения площади активной поверхности поглотителя и уменьшения его толщины. Получение известкового поглотителя в форме листа стало возможным при введении в состав поглотителя полимерного связующего, пористых нетканых материалов.
Первые работы в данном направлении проводились фирмой Sabre Safety Ltd. (Великобритания) в 1987 г. [36], но до промышленного внедрения не дошли. Поглотитель [36] получали следующим образом: на пористом листовом материале (фильтровальной бумаге, стекловолокне или другом нетканом материале) формировали выемки прямоугольного сечения, заполняли их сорбирующими известковыми частицами, накрывали верхним слоем пористого листового материала и сшивали (термической сваркой, с помощью клея), в результате чего образовывалась структура, показанная на рисунке 1.3, а. Полученный листовой поглотитель сворачивали в рулон и помещали в фильтрующий патрон.
Компанией Du Pont (США) также проводились исследования, направленные на получение известкового поглотителя в форме листового материала. Поглотитель [37] получали по следующей технологии: порошок гидроксида кальция смешивали с полимерными волокнами, сухую смесь для облегчения литья диспергировали в жидкости, не растворяющей волокна и частицы поглотителя, полученную смесь формовали в пластину с использованием технологий бумажного производства, либо заключали между двумя пористыми мембранами и скрепляли иглопробивным способом. Структура полученного материала изображена на рисунке 1.3, б.
Выбор соотношения Са(ОН)2 : полимер на основе исследования морфологии поверхности и сорбционной емкости
При выборе полимерного связующего учитывались следующие требования: - способность образовывать эластичные пленки из полимерного раствора; - щелочестойкость; - термостойкость в области температур от 20 до 100 С (максимальная рабочая температура в зоне реакции хемосорбции); - нетоксичность.
Был выбран ряд полимеров (таблица 2.1), с использованием которых получены образцы поглотителя с содержанием частиц Са(ОН)2 80 – 95 %, остальное – полимер. Предполагалось, что при увеличении содержания полимерного связующего более 20 % будут наблюдаться капсулирование частиц Са(ОН)2, препятствующее доступу газа, и снижение сорбционных характеристик. Полимер Растворитель СоотношениеСа(ОН)2 :полимер, % (сухая смесь) Массоваядоляполимера врастворе, % Качественныехарактеристикиобразцов фторопласт ацетон, этилацетат 85 : 15 7 - 9 гибкие, эластичные, прочные : 10 5 - 8 92,5 : 7,5 4 - 6 осыпаются : 5 4 - 6 поливиниловый спирт вода 85 : 15 8 -Ю жесткие, трескаются, после увлажнения приобретают гибкость и прочность : 10 6 - 8 92,5 : 7,5 5 - 6 осыпаются : 5 5 - 6 полистирол этилацетат 85 : 15 10 - 12 жесткие, трескаются, пылят : 10 9 - 11 полисульфон метиленхлорид 85 : 15 11 - 13 жесткие, трескаются : 10 7 - 9 поливинилхлорид метиленхлорид 85 : 15 5 - 8 жесткие, трескаются : 10 4 - 6 сополимер стирола и акрилонитрила этилацетат 85 : 15 11 - 13 жесткие, трескаются : 10 9 - 11 трескаются, осыпаются высокохлорированная смола полиэтилена метиленхлорид 85 : 15 6,5 - 8,5 жесткие, трескаются : 10 4 - 6 поливинилацетат этилацетат 85 : 15 11 - 13 жесткие, трескаются : 10 9 - 11 поликарбонат метиленхлорид 85 : 15 11 - 13 трескаются, осыпаются : 10 9 - 11 При выборе растворителя учитывались следующие требования: - растворитель должен быть низкокипящим (температура кипения от 40 до 100 С) с целью экономии энергозатрат при последующем его удалении; - растворитель должен быть химически инертным к гидроксиду кальция. Для каждого полимера был подобран растворитель и экспериментально найдена необходимая массовая доля полимера в растворе, определяющая возможность формования листового материала (таблица 2.1).
Смесь для формования готовили следующим образом: сухую смесь порошков полимера и Са(ОН)2 добавляли в растворитель при постоянном перемешивании. При другой последовательности смешения компонентов наблюдали комкование сухих порошков. Полученную дисперсию выдерживали в течение 2-3 ч для полного растворения полимера. Смесь, содержащую в качестве полимера ПВС – 16/1 выдерживали при температуре 90 – 100 С, необходимой для его растворения [135, 136]. Далее проводили перемешивание до получения однородной суспензии.
Смесь Са(ОН)2 – полимер – растворитель слоем толщиной (0,9 ± 0,1) мм наносили на армирующий материал, в качестве которого использовали спанбонд c поверхностной плотностью 15 г/м2. Растворитель удаляли из сформованного листового материала при нагревании до 80 – 90 С в вакуумном сушильном шкафу.
Гибкие и прочные образцы поглотителя получены при использовании в качестве полимерного связующего фторопласта и поливинилового спирта (соотношение Са(ОН)2 : полимер, равное 85:15 и 90:10) (таблица 2.1).
Выбрано полимерное связующее для получения листового хемосорбента с содержанием частиц Са(ОН)2 более 80 %: фторопласт Ф – 42 марки В (далее Ф-42) и ПВС марки 16/1 (далее ПВС). В качестве растворителя Ф-42 выбран этил-ацетат ввиду меньшей пожаро- взрывоопасности по сравнению с ацетоном и в связи с тем, что благодаря более высокой температуре кипения этилацетата (77,1 С) по сравнению с ацетоном (56,2 С) сохраняется вязкость и текучесть смеси с этилацетатом во время формования листового материала, в отличие от смесей с ацетоном, на поверхности которых из-за испарения растворителя образуется полимерная пленка.
Листовой поглотитель, содержащий Ф-42 в качестве полимерного связующего, более гибкий, эластичный и прочный, чем поглотитель, содержащий ПВС, поэтому его использование целесообразно в случае, когда предполагаются высокие механические нагрузки при эксплуатации поглотителя. Получение листового хе-мосорбента, содержащего ПВС, имеет технологическое преимущество, связанное с тем, что при приготовлении смеси в качестве растворителя ПВС используется вода, поэтому производство такого хемосорбента взрыво- пожаро- безопасное и нетоксичное. Кроме того, стоимость ПВС в 10 раз ниже стоимости Ф-42, не требуется утилизация растворителя. Данный хемосорбент целесообразно применять в СЖО индивидуального типа регулярного пользования (ребризеров для дайвинга, респираторов пожарных, спасателей, шахтеров и др.), где потребность в хемосорбен-те может составить сотни тонн в год. Получение хемосорбентов с использованием растворов Ф-42 в этилацетате целесообразно для дальнейшего использования в аварийных системах (например, всплывающие рубки, аварийные убежища).
Для определения влияния количества полимерного связующего на структуру материала исследовали морфологию поверхности образцов листового поглотителя, с соотношением Са(ОН)2:Ф-42, равным 90 : 10, 85 : 15, 80 : 20 (рисунок 2.6, а - в).
Как видно на микрофотографиях, полимерное связующее способствует скреплению частиц гидроксида кальция. На поверхности образцов имеются микропоры и каналы, нитевидные образования, что обеспечивает их газопроницаемость. Размер пор составляет менее 1 мкм, размер частиц Са(ОН)2 – от 2 до 5 мкм.
При увеличении содержания фторопласта в композиции от 10 до 20 % масс. образуется более плотная структура, что затрудняет доступ газа к частицам. На рисунке 2.6, в отчетливо виден сетчатый слой полимера Ф-42, обволакивающий частицы Са(ОН)2.
Токсичность композиционного поглотителя
Эксперименты проводили в пульсирующем потоке на стенде-имитаторе внешнего дыхания человека «Искусственные легкие» (рисунок 3.5) в испытательном центре ОАО «Корпорация «Росхимзащита» в соответствии с ГОСТ 6755-88 «Поглотитель химический
Так как поглотитель в составе изолирующих дыхательных аппаратов (ИДА) используется в виде кассет, сформированных из листового поглотителя, определяли сорбционную емкость и время работы кассет в составе поглотительного патрона цилиндрической формы [154].
Поглотительный патрон с хемосорбентом во время исследований погружался в раствор хлорида натрия температурой от минус 2 до 0 С.
Кассета представляла собой рулон, состоящий из спирально смотанных вокруг полимерной трубки двух листов хемосорбента и листа полипропиленовой сетки, обеспечивающей беспрепятственный доступ ГВС к поверхности листа поглотителя (рисунок 3.6). Высота кассеты составляла 240 мм, внешний диаметр – 150 мм, диаметр полимерной трубки (внутренний диаметр) – 40 мм.
Рисунок 3.6 – Поглотительная кассета из листового композиционного хемосорбента
Для формирования поглотительных кассет использовали сетки толщиной 1,2 мм, масса поглотительной кассеты составляла 2,138 кг, масса хемосорбента в поглотительной кассете - 1,848 кг, плотность хемосорбента, найденная как отношение массы хемосорбента к объему кассеты V = 470 кг/м3 (опыт № 1); а также сетки толщиной 0,7 мм, масса поглотительной кассеты - 2,552 кг, масса хемосорбента в поглотительной кассете – 2,361 кг, V = 560 кг/м3 (опыт № 2) и сетки толщиной 0,5 мм, масса поглотительной кассеты - 2,819 кг, масса хемосорбента в поглотительной кассете – 2,642 кг, V = 643 кг/м3 (опыт № 3). На рисунке 3.7 представлены графики экспериментальных данных.
Время работы кассеты до достижения содержания СО2 на выходе из поглотительного патрона 2 % об. в опыте № 1 составило 230 мин, в опыте № 2 - 300 мин, в опыте № 3 - 420 мин. Сорбционная емкость хемосорбента по результатам химического анализа составила 140 - 170 дм3/кг. Сорбционная емкость гранулированного аналога ХП-И при испытании в аналогичных условиях составляет 100 -120 дм3/кг, листовых хемосорбентов ХЭЛП-ИК и ExtendAir 120 - 150 дм3/кг. Таким образом, сорбционная емкость композиционного хемосорбента по сравнению с гранулированным аналогом возрастает на 40 - 50 %, с листовыми - на 15 - 25 % при испытании в составе поглотительных патронов ИДА.
Хемосорбционные свойства разработанного листового поглотителя сравнивали с аналогами: листовым хемосорбентом ХЭЛП-ИК (ОАО «Корпорация «Рос-химзащита»), гранулированным хемосорбентом ХП-И, ГОСТ 6755-88 и блоковым хемосорбентом на основе гидроксида лития LiOH (ОАО «Корпорация «Росхим-защита»).
Образцы листового хемосорбента размещали в камере в виде «штор» размером (200 900) мм, толщиной (0,9 ± 0,1) мм, массой (110 ± 10) г (рисунок 3.8). Хемосорбент ХЭЛП-ИК размещали в камере аналогично в виде «штор» размером (170 500) мм, толщиной (1,9 ± 0,2) мм, массой (190 ± 10) г. Гранулы хемосорбен-та ХП-И диаметром от 3 до 5,5 мм были рассыпаны на полу камеры слоем, толщиной в одну гранулу, блоковый хемосорбент развешивали в виде «гирлянды». На рисунке 3.9 представлены графики экспериментальных данных.
Степень превращения разработанного хемосорбента достигает 0,86 %, что в 1,5 раза больше показателей ХЭЛП-ИК и в 2 раза больше ХП-И. Скорость поглощения СОг композиционными хемосорбентами в 1,2 - 3 раза выше в первые 3 ч эксперимента, чем у ХП-И, и в первые 2 ч эксперимента, чем у ХЭЛП-ИК. Сорбционная емкость композиционного хемосорбента после 8 ч работы составила 191 дм3/кг, ХЭЛП-ИК - 159 дм3/кг, ХП-И - 126 дм3/кг, блоков на основе LiOH -121 дм3/кг.
Таким образом, сорбционная емкость композиционного хемосорбента по сравнению с гранулированным и блоковым аналогом возрастает в 1,5 раза, с листовым - в 1,2 раза при испытании в статических условиях.
Улучшение хемосорбционных характеристик происходит за счет увеличения площади активной поверхности хемосорбента (рисунок 3.10). Н – высота цилиндрической гранулы (около 10 мм). В герметичной камере проводили сбор осыпавшегося во время эксперимента продукта на пленку из полиэтилена. Количество пыли и порошка Са(ОН)2, осыпавшегося с поглотителя ХЭЛП-ИК, составило 20 г (1,4 %), осыпаний композиционного хемосорбента не наблюдалось. 1 Экспериментально исследованы сорбционные свойства композиционного хемосорбента диоксида углерода в форме листового материала в динамических и статических условиях. Установлено, что сорбционная емкость композиционного поглотителя, работающего в составе поглотительной кассеты, составляет 140 - 170 дм3/кг, что на 40 – 50 % выше, чем у гранулированного аналога ХП-И, и на 15 – 25 % выше, чем у листовых поглотителей ХЭЛП-ИК и ExtendAir. 2 Определена сорбционная емкость композиционного хемосорбента в статических условиях, которая составила 191 дм3/кг. Это превышает сорбционную емкость гранулированного ХП-И и блокового хемосорбента на основе LiOH в 1,5 раза, листового ХЭЛП-ИК – в 1,2 раза. Степень превращения композиционного поглотителя достигает 0,86 % и превышает в 1,5 - 2 раза степень превращения серийно выпускаемых поглотителей. 3 Установлено, что сорбционная емкость листового композиционного хемо-сорбента со связующим ПВС на 20 % выше, чем хемосорбента со связующим Ф-42, а сорбционная емкость волокнистого хемосорбента на 20 – 40 % ниже сорб-ционной емкости листового. Однако применение волокнистого хемосорбента позволяет одновременно осуществлять процессы сорбции и фильтрации воздуха от механических примесей. 4 Показано, что у композиционных хемосорбентов в форме волокнистого материала площадь удельной поверхности в 3 раза больше, чем у листовых и гра нулированных аналогов и составляет 26,7 м2/г. 5 Термогравиметрическим анализом и хроматографическими исследова ниями установлено, что разработанные композиционные хемосорбенты устойчи вы и не токсичны в области рабочих температур (до 100 С). 6 Экспериментально подтверждено отсутствие пыления, сохранение формы и механической прочности поглотителя с полимерным связующим в процессе эксплуатации.
Влияния влажности воздуха на кинетику хемосорбции
Гидратацию измельченного СаО проводили в термоизолированном реакторе (рисунок 5.2). К СаО добавляли воду при постоянном перемешивании, после чего реактор накрывали крышкой со встроенным термометром, который погружался в реакционную смесь для измерения температуры в зоне реакции. Реакция гашения протекала бурно, с ростом температуры, сопровождаемым парообразованием. В процессе гашения объем продукта увеличивался в 2,5 – 3,5 раза.
Гидратацию измельченного СаО проводили водой количеством, взятым в избытке по сравнению со стехиометрическим (реакция 5.3), так как часть воды удалялась из системы в виде пара, поскольку реакция протекала с выделением тепла. Влажность гидроксида кальция зависела от мольного соотношения исходных компонентов и температуры воды для процесса гидратации (таблица 5.3).
При выборе необходимого соотношения СаО:Н2О руководствовались тем, что воды должно быть в достаточном количестве для полной гидратации оксида кальция, образующийся продукт при этом имел невысокую влажность. Это условие сохраняется при мольном соотношении СаО:Н2О = 1:1,5.
При гашении регистрировали время реакции, которое оценивали по изменению температуры в зоне реакции. За окончание реакции принимали время начала падения температуры. На рисунке 5.3 показаны кривые изменения температуры в зоне реакции с течением времени для воды с разной начальной температурой.
Из таблицы 5.4 видно, что с увеличением температуры воды от 25 до 95 оС, уменьшалось время реакции, увеличивалась температура в зоне реакции и содержание Са(ОН)2 в продукте гашения с 86,3 до 91,7 %.
Для полного растворения СаСО3 и остаточного Са(ОН)2, брали 25 % раствор соляной кислоты объемом в избытке 12 % по сравнению со остехиометрическим (реакции (5.4), (5.5)): на 100 г высушенного карбонизованного хемосорбента затрачивали около 300 мл 25 % - ного раствора НСl.
В полученном растворе СаСl2 присутствовали нерастворимые примеси полимера, которые выделяли фильтрованием. Фильтрование раствора СаСl2 проводили на установке, изображенной на рисунке 5.5.
Рисунок 5.5 – Лабораторная установка для фильтрования под вакуумом: 1 - колба Бунзена; 2 - воронка Бюхнера; 3, 7 - резиновая пробка; 4 – предохранительная колба; 5 - кран; 6 - газоотводная трубка; 8, 9, 11 - резиновые шланги; 10 - водоструйный насос; 12 - кран
Плотность полученного раствора хлорида кальция составила 1,26 -1,29 г/см3, что соответствует 30 - 31 % - ному раствору СаСl2 [140]. Плотность измеряли ареометром при 20 оС по ГОСТ 1300-74.
Затем к раствору СаСl2 добавляли КОН при постоянном перемешивании, при этом Са(ОН)2 выпадал в осадок:
Полученную суспензию фильтровали под вакуумом на установке, изображенной на рисунке 5.5. Объем фильтрата составлял 65 -70 мл при добавлении раствора КОН и 35 - 40 мл при добавлении твердого КОН к 50 мл исходного 30 - 31 % - ного раствора СаСl2.
На стадии 6 полученный осадок промывали на фильтре под вакуумом (рисунок 5.5) дистиллированной водой и сушили до постоянной массы. Высушенный продукт измельчали вручную пестиком в фарфоровой ступке. Влияние технологических параметров промывки и сушки осадка гидроксида кальция на качество конечного продукта
Для определения технологических параметров промывки осадка, образующегося по реакции (5.6) для полного удаления нежелательных примесей КСl в продукте, исследовали влияние объема воды и числа промывок на содержание К+ в гидроксиде кальция. Cодержание ионов К+ и Н2О в осадке после промывки определяли химическим анализом. Массовую долю калия определяли пламенно-фотометрическим методом на анализаторе ПАЖ-2, воды – весовым методом. По полученным данным пересчитывали содержание К+ в конечном продукте – сухом порошке гидроксида кальция.
В таблице 5.5 приведены данные по промывке осадка, полученного при взаимодействии 50 мл (30 – 31) % раствора СаСl2 с 36,5 мл 45 % водного раствора КОН (№ 1 - 6) и с 24 г твердого КОН (№ 7 - 10). Как следует из данных таблицы 5.5, при использовании для осаждения твердого КОН на промывку затрачивался больший объем воды, чем при использовании 45 % водного раствора КОН. Это связано с тем, что на поверхности твер 165 дых частиц КОН при взаимодействии с раствором СаСl2 осаждаются частицы гидроксида кальция, которые препятствуют дальнейшему процессу осаждения, в системе возникает избыток ионов К+.
Таким образом, необходимо проводить реакцию осаждения при взаимодействии двух растворов – СаСl2 и КОН. Для уменьшения содержания примесей К+ в конечном продукте необходимо проводить четырехкратную промывку образующегося осадка.
Теоретический выход продукта (сухого гидроксида кальция) по реакции (5.6) составляет 13,3 г, фактический выход продукта составлял в среднем 11,2 г, таким образом потери при фильтровании и промывке осадка составили 16 %.
Промытый осадок влажностью 41 - 45 % сушили в лабораторном сушильном шкафу при различных температурах (105 ± 5), (120 ± 5) и (155 ± 5) оС в течение 0,5; 1; 1,25; 1,5 ч. При этом от параметров сушки зависела влажность конечного продукта (таблица 5.6).
Физико-химические свойства гидроксида кальция как вторичного сырья для получения композиционного поглотителя
Для использования в повторном производстве композиционного поглотителя с высокими сорбционными свойствами необходимо исследовать физико-химические свойства гидроксида кальция, полученного из карбонизованных хе-мосорбентов, и сравнить с промышленным Са(ОН)2: химический состав, удельную поверхность и пористость, насыпную плотность, дисперсность. Удельную поверхность (SБЭТ) и объем пор (Vпор) образцов гидроксида кальция определяли методом БЭТ, насыпную плотность (нас) - методом ручного уплотнения по ГОСТ 28512.1 – 90. Дисперсионный состав порошка Са(ОН)2 определяли на лазерном анализаторе частиц «Микросайзер» модели 201С. В приложении П1 (рисунок 2 – 4) представлены гистограммы распределения диаметров частиц Са(ОН)2. Результаты приведены в таблице 5.7.