Склад твердого адсорбента для зневоднення слабополярних рідин

Реферат: Склад твердого адсорбенту для зневоднення слабополярних рідин на основі неорганічної речовини, що може утворювати кристалогідрат. Як таку речовину використовують гідрофосфат натрію (Na2HPO4), до якої додають (дигідрофосфат натрію) NaH2PO4. UA 95807 U (12) UA 95807 U UA 95807 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі нафтопереробки та нафтохімії, а саме до складів неорганічних адсорбентів, і може бути використана для зневоднення слабополярних рідин: етанолу, діетилового ефіру, оцтового альдегіду, етилацетату, біопалива тощо. Відомий склад неорганічного адсорбенту, який включає кальцій оксид, що адсорбує воду [1]. Одним із недоліків вказаного неорганічного адсорбенту є його здатність хімічно взаємодіяти з водою з утворенням кальцію гідроксиду. У зв'язку з цим, в процесі роботи двигуна на паливі, яке було оброблене за допомогою вказаного адсорбенту, має місце відкладання кальцію гідроксиду, що здатний розчинятися в етанолі і разом з ним потрапляти до паливної композиції, що призводить до підвищення зносу циліндро-поршневої групи. Іншим недоліком відпрацьованого адсорбенту є його висока температура регенерації, яка в середньому складає 550 °C. Також відомий інший твердий неорганічний адсорбент, який включає CuSO4 [2]. Недоліком вказаного неорганічного адсорбенту є здатність при взаємодії з водою утворювати сульфатну кислоту, у відповідності до рівняння реакції: 2CuSO4+2Н2О→H2SO4+Cu2(OH)2SO4, (1) з утворенням ще більш агресивного середовища, наприклад, у паливній системі автомобіля, у разі використання адсорбенту для зневоднення паливних композицій на основі етанолу. Найбільш близьким за технічною суттю та призначенням є твердий неорганічний адсорбент складу К2СО3 [3]. Однак, до недоліків наведеного твердого неорганічного адсорбенту можна віднести характерну низьку адсорбційну здатність, яка пов'язана з утворенням кристалогідрату складу К2СО3·1,5 Н2О, в яких на 1 моль адсорбенту припадає лише 1,5 моль Н2О відповідно, а також його здатність при взаємодії з водою зазнавати гідролізу з утворенням розчинного в слабополярних рідинах (зокрема - етанолу) калію гідроксиду. Задачею корисної моделі є вдосконалення складу твердого неорганічного адсорбенту шляхом зміни його кількісного та якісного складу, що забезпечить підвищення поглинальної здатності та неспроможності забруднювати продуктами гідролізу слабополярні рідини (зокрема - етанол). Поставлена задача вирішується тим, що склад твердого адсорбенту для зневоднення слабополярних рідин на основі неорганічної речовини, що може утворювати кристалогідрат, згідно з корисною моделлю, як така речовина використовується Na2HPO4, до якої додають NaH2PO4, при такому співвідношенні компонентів (для забезпечення нейтрального рН розчину суміші), % мас: - Na2HPO4 - основа; - NaH2PO4-10-14. Позитивний результат забезпечується тим, що взаємодія твердого неорганічного адсорбенту з водою, що входить до складу слабополярних рідин, відбувається з утворенням кристалогідратів, суміш яких більш ефективна, ніж на основі окремих зневоджувачів, тобто основана на явищі синергізму. Введення до складу твердого неорганічного адсорбенту натрію дигідрофосфату дозволяє нам досягнути нейтрального рН розчину у зв'язку з тим, що натрію гідроортофосфат внаслідок гідролізу утворює слаболужну реакцію. Поглинальна здатність Na2HPO4 щодо води базується на його спроможності утворювати кристалогідрати згідно з рівнянням реакції (2) та (3): Na2HPO4+12H2O→Na2HPO4·12H2O, (2) NaH2PO4+2H2O→NaH2PO4·2H2O, (3) з якого видно, що 1 моль Na2HPO4 може адсорбувати 12 моль Н2О. Це у 8 разів більше, ніж 1 моль К2СО3 і у 12 разів більше, ніж 1 моль СаО. Безумовно що Na2HPO4 також може вступати до реакції гідролізу згідно з рівнянням (4): Na2HPO4+Н2ОNaOH+NaH2PO4. (4) Утворений у відповідності до рівняння (4) натрій гідроксид, у випадку коли на 1 моль Na2HPO4 припадає більш ніж 12 моль Н2О, буде взаємодіяти далі з другим складовим компонентом твердого адсорбенту - NaH2PO4, згідно з рівнянням (5): 2NaOH+2NaH2PO4Na2HPO4·2Н2О. (5) Внаслідок цього нівелюється як поява у розчині небажаного продукту гідролізу, а саме NaOH, так і утвореної води за рахунок одночасного утворення дигідрату. З урахуванням констант гідролізу обох солей та їх розчинності у воді можна зробити висновок, що для підтримання нейтрального середовища в процесі зневоднення слабополярної рідини (етанолу) достатньо ввести у суміш стабілізуючу речовину - Na2HPO4 з масовою часткою 10-14 %. 1 UA 95807 U 5 Конкретні склади неорганічного адсорбенту та технологічні показники для зневоднення слабополярних рідини; зокрема етанолу з об'ємною часткою води 4,4 %, наведені в таблиці. Цій об'ємній частці відповідає азеотропна точка суміші води з етанолом, тобто лише простою перегонкою знизити об'ємну частку води при атмосферному тиску не можна. Склад твердого адсорбенту та його технологічні показники щодо зневоднення слабополярної рідини (етанолу) з об'ємною часткою води 4,4 %, наведено в таблиці. Таблиця Склад твердого адсорбенту та його технологічні показники Запропонований склад 2 3 Поза межою 1 Неорганічна речовина, що може утворювати кристалогідрат, % Na2HPO4, 91 Na2HPO4, 90 Na2HPO4, 88 Добавка, % NaH2PO4, 19 NaH2PO4, 10 0,794 Густина зневодненої слабополярної рідини (етанолу), 3 г/см Об'ємна частка води в етанолі після обробки адсорбентом, % Маса використаного адсорбенту на 1000 3 см вихідного етанолу, г Маса твердих домішок речовин на 3 1000 см зневодненого твердим адсорбентом етанолу 10 15 20 25 Поза межою Прототип Na2HPO4, 86 Na2HPO4, 84 K2CO3, 100 NaH2PO4, 12 NaH2PO4, 14 NaH2PO4, 16 0 0,795 0,795 0,795 0,798 0,803 0,190 0,200 0,200 0,200 0,210 2,30 34 34 34 34 34 204 0,012 0 0 0 0,066 0,18 Згідно з даними таблиці, найкращі дані щодо залишкової об'ємної частки води в слабополярній рідині (етанолу) після обробки його 2-х компонентним твердим адсорбентом і 3 маси твердих речовин у 1000 дм зневодненої слабополярної рідини (етанолу), а також витрат твердого 2-х компонентого адсорбенту має склад № 2. 3 Приклад 1. Для зневоднення 1000 см слабополярної рідини (етанолу з об'ємною часткою води 4,4 %) брали 31 г Na2HPO4 і 3 г NaH2PO4 і змішували у центрифузі впродовж 20 хвилин. 3 Виготовлений вказаним способом твердий адсорбент висипали у ємність з 1000 см етанолу з об'ємною часткою води 4,4 %, з попередньо включеною мішалкою і витримували у такому стані впродовж 30 хвилин, тобто часу, достатнього для утворення Na2HPO4·12Н2О. Відстоювали зневоднену слабополярну рідину до повного просвітлення, а потім перепускали через фарфорову лійку з фільтром, вставлену в колбу для відсапування повітря. Перевірку на вміст води проводили кулонометричним методом, а перевірку на вміст твердих речовин у зневодненій слабополярній речовині (етанолу) за рахунок його повного випарювання. Потім за різницею мас колби до і після випарювання визначали масову частку залишкових речовин на підставі трьох паралельних дослідів. Зазначений склад неорганічного адсорбенту невідомий із джерел вітчизняної та іноземної інформації, встановлено авторами вперше, що свідчить про доцільність заявленого рішення. У порівнянні з відомими аналогічними рішеннями запропонований винахід має такі переваги: - дозволяє значно зменшити масу витраченого адсорбенту відносно до кількості води в слабополярній рідині; 2 UA 95807 U 5 10 15 - практично уникнути попадання негорючих речовин у пальне, наприклад, при приготуванні біопалива і, таким чином, нівелювати утворення нагару, тобто уникати підвищеного спрацювання циліндрово-поршневої групи; - проводити регенерацію відпрацьованого адсорбенту за температури на 25 °C нижчої, ніж прототипу, і без застосування вакууму, бо масові частки компонентів розраховані таким чином, що поглинання води з слабополярної рідини (етанолу) відбувається тільки за рахунок Na2HPO4, а присутність NaH2PO4 обумовлена лише його здатністю нейтралізувати натрій гідроксид, якщо останній буде утвориться внаслідок можливого гідролізу Na2HPO4. Джерела інформації: 1. Даниленко Т.В // Разработка топливных композиций бензинов с добавлением алифатических спиртов. // Диссертация на соискание степени кандидата технических наук. Москва, Российский государственный университет им Губкина, 2005 г. 2. Карпов С.В // Особенности применения оксигентантов в автомобильном топливе // Диссертация на соискание степени доктора технических наук. Москва, Российский государственный университет им Губкина, 2012 г. 3. Черепов Е.В // Обоснование и разработка технологии совместного производства абсолютизированного спирта и биоэтанола // Диссертация на соискание степени кандидата технических наук. Краснодар, Майкопский государственный технологический университет, 2011 г. 20 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 Склад твердого адсорбенту для зневоднення слабополярних рідин на основі неорганічної речовини, що може утворювати кристалогідрат, який відрізняється тим, що як таку речовину використовують гідрофосфат натрію (Na2HPO4), до якої додають дигідрофосфат натрію (NaH2PO4) при такому співвідношенні компонентів (для забезпечення нейтрального рН розчину суміші), % мас: Na2HPO4 - основа NaH2PO4 - 10-14. 30 Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3