сорбує переважна більшість компонентів складних сумішей: всі типи вуглеводнів, органічні сірчисті, азотисті і кисневі сполуки (меркаптани, тіофен, фуран, хінолін піридин, діоксан і ін.), Галогензамещенние вуглеводні (хлороформ, чотирихлористий вуглеводень, фреони), пентаборан і декаборан.
. Цеоліт kа при звичайній температурі в значних кількостях поглинає лише воду. Ця властивість зумовило широке застосування його для осушування нестійких речовин, схильних до реакцій полімеризації.
. Цеоліт NaA адсорбує більшість компонентів промислових газів, критичний розмір молекул яких не перевищує 0,4 нм: сірководень, сірковуглець діоксид вуглецю, аміак, нижчі дієнові і ацетиленові вуглеводні, етан, етилен, пропилен, органічні сполуки з одного метильной групою в молекулі, а також метан, неон, аргон, криптон, ксенон, кисень, азот, оксид углероа. Остання група речовин в значних кількостях поглинається тільки при низьких температурах. Пропан і органічні сполуки з числом атомів вуглецю в молекулі більш 3 Не адсорбуються цеолітом NaA і таким чином при осушення і очищення не пригнічують адсорбцію зазначених вище домішок.
. Цеоліт Саа адсорбує вуглеводні і спирти тільки нормальної будови (незалежно від довжини ланцюга), у зв'язку з чим широко використовується у процесах поділу багатокомпонентних органічних речовин на молекулярно-ситової основі. Крім того, цеолітом Саа поглинаються метил-і етилмеркаптани, органічні сполуки з числом атомів вуглецю в молекулі, рівним двом, (етиловий спирт, етиламін, диборан та ін.). Цеоліт Саа, серед синтетичних цеолітів інших типів, відрізняється підвищеною стійкістю в слабокислою середовищі і, тому його використовують у процесах сіркоочищення і декарбонізації газів.
. Цеоліт Сах при повному заміщенні катіона натрію на кальцій, на відміну від цеоліту NаХ, що не адсорбує ароматичні вуглеводні або їх похідні з розгалуженими радикалами.
Малюнок 4 - Кисневі кільця в цеолітах
2.4 Фізико-хімічні аспекти поділу
Адсорбційні процеси очищення і поділу засновані на відмінностях у масі, розмірах і будову молекул, що утворюють суміш. Молекулярні маси макрокомпонентів повітря (азоту і кисню) близькі, складаючи 28 і 32 одиниці відповідно, і це розходження у властивостях зазначених речовин при їх адсорбционном поділі не використовується. Хоча саме цей фактор в кінцевому рахунку визначає ефективність низькотемпературного розділення повітря.
Молекули азоту і кисню мають різні розміри. Кінетичний або критичний діаметр молекули азоту становить 0,37-0,39, а кисню 0,32 нм. Тому в однорідно-пористому (так званому молекулярно-ситові) адсорбенті з порами порядку 0,4 нм швидше адсорбуються молекули кисню, і повітря, наведений у контакт з таким адсорбентом, збагачується азотом. На цій властивості засновано поділ повітря за допомогою вуглецевих молекулярних сит (УМС).
Малюнок 5 - Структура цеолітів
Молекули азоту на відміну від молекул кисню містять? - електрони. Отже, на периферії молекул азоту зосереджений більший негативний заряд. Його характеристикою служить квадрупольний момент, який для азоту становить 0,43 • 10 +15 Кл · м, а для кисню 0,14 • 10 +15 Кл · м. Завдяки високому квадрупольному моменту азот краще, ніж кисень адсорбується на адсорбентах, поверхня яких заряджена позитивно або має локальні позитивні заряди. Такими адсорбентами є цеоліти, і повітря в контакті з ними збагачується киснем. При нагріванні вони дегидратируются, але не руйнуються: видалення води призводить до утворення об'ємної пористої структури, яка утворена «вікнами» (каналами) і «порожнинами» - перетинами каналів. На поверхні цеолітів є розподілений негативний заряд, джерелом якого служать атоми кисню, у великій кількості присутні в молекулах всіх алюмосилікатів. Обмінні катіони нейтралізують негативний заряд каркаса. Вони утворюють сильні локальні центри позитивного заряду і є місцем кращою сорбції молекул азоту. Таким чином, адсорбційна здатність цеолітів по азоту, як правило істотно вище їх адсорбційної здатності по кисню.
Вміст у цеолітах обмінних катіонів або катионная щільність цеолітів, а значить і ефективність їх застосування в процесі воздухоразделенія визначаються хімічним складом і кристалографічним типом адсорбенту.
Малюнок 6 - Ізотерми адсорбції азоту (1) і кисню (2) на цеоліті CaA
Найкращу інформацію про рівноважної поглинальної здатності того чи іншого типу сорбентів, дають ізотерми адсорбції. Вони висловлюють залежність величини адсорбції від парціального тиску адсорбируемого компонента. На малюнку 6 представленни ізотерми адсорбції азоту і кисню на цеоліті CaA при P lt; 0,1 МПа.
Ізот...
