Оглавление (стр. 17 )

Рис. 3.1.Схема экспериментальной установки по исследованию растворимости и осуществлению процесса пропитки.

Сорастворитель помещается в ёмкость (5) и подаётся в систему с помощью насоса (6).

Рабочее давление в системе измеряется образцовым манометром (9) класса точности 0.15. Расход газа задаётся с помощью компьютерной программы, измерение расхода осуществляется встроенным в насос расходомером класса точности 0.1.

Система регулирования и поддержания температуры представляет собой воздушный термостат (7) фирмы Thar, входящий в состав сверхкритического флюидного хроматографа, в котором расположены ячейки и трубки с протекающим по ним газом. Измерение температуры в термостате осуществляется с помощью термопар. Регулирование температуры в камере термостата происходит по ПИ-закону включением и отключением вентиляторов, подающих в рабочую камеру горячий воздух. Точность поддержания температуры составляет + 0.1 К, точность измерения температуры + 0,05 К. Термостат снабжён системой автоматической компенсации нуля. Управление термостатом осуществляется через компьютерную программу.

Рис. 3.2. Общий вид экспериментальной установки.

Рис. 3.3. Принципиальная схема работы
регулятора давления «до себя»

3.1.1 Сосуд равновесия

Основной частью экспериментальной установки является сосуд равновесия, представляющий собой ячейку высокого давления, в котором происходит процесс растворения компоненты вещества в сверхкритическом диоксиде углерода. Для исследования растворимости веществ в сверхкритическом диоксиде углерода, а также для проведения процесса пропитки были изготовлены две ячейки объёмом 0,53 мл. Ячейки представляют собой трубки (рис. 3.4) с внутренними резьбами на концах, в которые ввинчиваются крепления капиллярных трубок. Уплотнение осуществляется по системе «конус-конус». Ячейки изготовлены из нержавеющей стали 12Х18Н10Т.

Размеры ячеек (мм):

¾  Наружный диаметр 10

¾  Внутренний диаметр 3

¾  Длина 75

Рис. 3.4 Ячейки для измерения растворимости.

3.2 Методика проведения эксперимента

Исследуемое вещество помещается в ячейку (6), после чего ячейка с веществом взвешивается, и устанавливается в воздушный термостат (5) параллельно с пустой ячейкой (7). Газ из баллона (1) через фильтр-осуши, заполненный силикагелем, поступает насос (4), где охлаждается хладагентом из холодильника (1) до температуры +50С и переходит в жидкую фазу. Насос закачивает жидкий СО2 в систему с постоянным расходом. Давление в системе поддерживает регулятор давления «до себя» (8), точность поддержания давления + 0,025 МПа. Из насоса газ поступает в воздушный термостат. До достижения заданных термодинамических параметров (температуры и давления), газ идёт по пустой ячейке. После достижения заданных температуры и давления поток переключается на ячейку с исследуемым веществом. Продолжительность прокачивания сверхкритического флюида через ячейку с исследуемым веществом составляет полторы минуты. По истечении этого времени давление в системе стравливается до атмосферного, ячейка (6) извлекается из термостата и вновь взвешивается. Разница в массе показывает, сколько вещества растворилось во флюиде. Расход сверхкритического диоксида углерода, позволяющий корректно реализовывать методику изменения растворимости, устанавливается на основе предварительного изучения зависимости концентрации растворяемого вещества от расхода растворителя. В качестве режимного значения расхода диоксида углерода выбирается значение, которому отвечает максимально возможная (равновесная) концентрация растворяемого вещества.

3.3Результаты пробных измерений

Корректность методики измерения растворимости и работоспособность экспериментальных установок были подтверждены результатами пробных измерений растворимости антрацена в сверхкритическом диоксиде углерода на изотермах Т = 313,15 К и Т = 323,15 К в диапа -

Рис. 3.5. Исследование растворимости антрацена в сверхкритическом диоксиде углерода, 1 – [106], 2 – настоящая работа

зоне давлений от 110 до 350 бар. Результаты исследований, а также литературные данные [106] представлены на рис. 3.5.

Из графика видно, что значения растворимости, полученные в настоящей работе, несколько ниже значений, полученных авторами работы [106]. Это объясняется тем, что в настоящей работе исследования

проводились в динамическом режиме, тогда как в работе [106] был применён статический режим, который позволяет получить истинную растворимость вещества во флюиде. Массовый расход сверхкритического диоксида углерода составлял 0,5 грамм в минуту.

Выводы

1.  Приведено описание, созданной в рамках выполнения диссертационного исследования, оригинальной экспериментальной установки для исследования растворимости и для осуществления процесса пропитки носителей.

2.  Описана оригинальная методика проведения экспериментов.

3.  Приведены результаты пробных измерений.

Глава IV Экспериментальная установка и методика осуществления процесса регенерации катализаторов с использованием сверхкритического флюидного процесса

4.1. Описание экспериментальной установки реализующей сверхкритический экстракционный процесс и методика исследования

Экспериментальная установка (рис. 4.1) для регенерации катализаторов и адсорбентов состоит из следующих узлов

·  баллона 7 с экстрагентом (СО2, пропан и др.);

·  фильтра осушителя 2 для очистки экстрагента от воды;

·  термокомпрессора 3 для создания необходимого давления экстрагента;

·  термостата 4 оборудованного холодоагрегатом 12 и электрическим ТЭНом 16 и заправленного охлаждающей жидкостью ТОСОЛОМ ОЖ-40;

·  узла экстракции 1 состоящей из экстрактора 1, куда в кассете помещается катализаторы или адсорбенты для регенерации и вакуумной рубашки, выполняющей роль термостатирующей ванны;

·  сорастворитель объемом 1 дм3

·  термостата 11 марки UTU-2 для поддержания необходимой температуры в экстракторе;

·  трубки 13 с размещенным на конце дросселирующим устройством для отделения загрязнителей катализаторов и адсорбентов от экстрагента;

·  двух манометров, технического и образцового для измерения давления в термокомпрессоре и экстракторе;

·  ртутных термометров с ценой деления 0,1 0С для контроля температуры в термостате термокомпрессора и экстрактора, а также в термостатирующей ванне экстрактора;

·  контактного термометра 15 для задания необходимой температуры в экстракторе;

·  хромель - алюмелевой термопары с вторичным прибором 9 для точного измерения температуры экстракта, спай которой установлен непосредственно в потоке внутри экстрактора;

Термокомпрессор представляет собой толстостенный сосуд, изготовленный из стали 40Х13.

Рис. 4.1. Экспериментальная установка для регенерации катализатора.

1 – экстрактор, 2 – фильтр осушитель, 3 – термокомпрессор,

4, 11 – термостаты, 5,8 –вентили, 6, 13 – трубки, 7 – баллон с газом, 9 – компоратор напряжения

10 – манометры, 12 – холодоагрегат, 14, 15 – ртутные термометры, 16 – ТЭН.

Выбор термокомпрессора для сжатия экстрагента вызван необходимостью обеспечения высокой чистоты последнего. Отсутствие в термокомпрессоре трущихся пар, что имеет место при работе обычных компрессоров, не требует смазывающих материалов. Поэтому сжатый в термокомпрессоре экстрагент не загрязняется маслами и продуктами износа трущихся пар.

Рис. 4.2. Общий вид экспериментальной установки.

4.1.1 Система создания и измерения давления

Система создания и измерения давления состоит из термокомпрессора, холодоагрегата, электрического ТЭНа, баллона с исследуемым газом, вентилей высокого давления, двух манометров и соединительных трубопроводов.

При повышении температуры (40oС) в термостатирующей ванне давление в термокомпрессоре растет до необходимого значения, после чего ТЭН выключается и происходит подача флюида под давлением в экстрактор.

4.1.2 Система измерения и регулирования температуры

Температура опыта в экстракторе поддерживается с помощью термостата марки UTU-2. Температура измеряется хромель-алюмелевой термопарой, предварительно откалиброванной по образцовому платиновому термометру сопротивления марки ПТС-10. Температура измеряется с точностью 0,05К.

Измерительные провода от абсолютной термопары подсоединялись через безтермоточный переключатель системы МАИ к блоку измерения полуавтоматического потенциометра марки 363-1 класса точности 0,001 с усилителем марки Ф305-1. Питание блока измерения потенциометра осуществлялось с помощью стабилизатора постоянного тока марки П36-1. Некомпенсированная ЭДС уравновешивалась автоматически с помощью блока АКА.

Холодные спаи абсолютной термопары находятся в сосуде Дьюара при 273,15 К. Показания абсолютной термопары через переключатель выведены на цифровой ампервольтметр марки Ф 30.

4.1.3 Узел экстракции

Узел экстракции состоит из экстрактора и вакуумной рубашки. Наличие рубашки обусловлено необходимостью поддержания заданной температуры в зоне экстракции. Рубашка имеет вакуумную прослойку, для уменьшения тепловых потерь.

4.1.4 Подача сорастворителя

Сорастворитель находится в сосуде объемом 1дм3 заполненном кольцами Рашига. Через верхний трехходовой вентиль в сосуд заливается необходимое для эксперимента количество сорастворителя. Узел экстракции и сосуд сорастворителя соединены последовательно. Это позволяет добиться необходимого количества сорастворителя при входе в экстрактор.