المهندس عباس فاضل عبدي
– السليكا جل Silica Gel
السليكا جل هي السليكا الغير المتبلور (Amorphous) الصناعي والذي تتكون من شبكة محكمة ومتراصة من جسيمات السليكا الغروية الكروية ( SiO2) .
تتراوح مساحتها السطحية من (300-850 m²/g) قطر السام هو في مدى ( 22-150 Aº) ويتم تصنيعها بتفاعل سليكات الصوديوم مع حامض الكبريتيك . ويجهز المنتج على شكل حبيبات أو أشكال كروية ويستعمل بشكل اساسي في أزالة الماء والعضويات على الرغم من ان الماء مفضل .
بالإضافة إلى ما سبق ذكره هناك مواد صلبة مازة أخرى مستعملة ومنها :
الاطيان المعدلة عضويا Organically Modified Clays:
وهي خليط من طين البنتونايت او الانثراسايت , ينشط سطح الطين بعد معاملته مع امين رباعي . هذه اأآطيان تستعمل في تنقية الغاز.
المواد المازة الراتنجية Polymeric Resin Adsorbents:
واشهرها هي :
أ- راتنجات التبادل الايوني الكاربونية Carbonized Ion-Exchange Resins
ب- المواد المازة من نوع ثنائي فنيل بنزين DivinylBenzene (DV)Adsorbents
وأدناه جدول يبين الخواص الرئيسية للمواد الصلبة المازة الشائعة .
| المادة المازة | هايدرو فيليك | هايدرو فوبيك | غير متبلور Amorphous | ذو شكل منتظم Structured |
| الكاربون الفعال | √ | √ | ||
| البوليمرات | √ | √ | ||
| السيلكا جل | √ | √ | ||
| الألومينا الفعال | √ | √ | ||
| المناخل الجزيئية من نوع الكاربون |
√ | √ | ||
| السيلكا لايت | √ | √ | ||
| الزيولايت 3A – 4A – 5A – 13X |
√ | √ |
الاستعمالات والتطبيقات الصناعية Uses & Industrial Applications:
أولاً:الزيولايت
1-فصل الاوكسجين من الهواء
2-تجفيف الغازات
3-ازالة الماء من المحاليل الآيزوتروبية
4-تحلية الغازات والسوائل الحامضية
5-تنقية الهايدروجين
6-فصل الامونيا والهايدروجين
7-أزالة ثنائي اوكسيد الهايدروجين
8-فصل الاوكسجين والآركون
9-فصل الاستيلين والبروبان والبيوتان من الهواء
10-فصل الزايلين واثيل بنزين
11-فصل الاوليفينات والمواد الاروماتية عن البارافينات
12-فصل البارافينات الاعتيادية عن المتفرعة
13-فصل أول أوكسيد الكاربون عن الميثان والهايدروجين
14-السيطرة على التلوث بأزالة Hg ,NOx ,SOx من الغازات
15-تجفيف السوائل العضوية
ثانياً:الكاربون الفعال
1-فصل النايتروجين عن الهواء
2-فصل الآيثين عن الميثان والهايدروجين
3-أزالة الروائح من الغازات
4-أزالة أبخرة المذيبات
5-أزالة NOx ,SOx
6-تنقية غاز الهليوم
7-تنقية المياه
8-أزالة الآلوان
ثالثاً:الالومينا الفعال
1- تجفيف الغازات
2- تجفيف المذيبات العضوية
3- تجفيف زيت المحولات
4- أزالة HCL من الهايدروجين
5- أزالة الفلورين ومركبات الفلورين والبورون في عمليات الالكلة
رابعاً:السليكا جل
1-تجفيف الغازات , وسوائل التبريد والمذيبات العضوية وزيت المحولات
2-كمجففات في حفظ المواد للخزن
3-السيطرة على نقطة الندى للغاز الطبيعي
خامساً:الاطيان
1-أزالة بولي كلورو باي فنيل (PCB)
2-تصفية الزيوت المعدنية
3-معالجة زيوت الآيديبل edible oils
سادساً:البوليمرات والراتنجات
1-تنقية المياه من الفينول والكيتون والكحولات والانيلين
2-فصل المواد الاروماتية عن المواد الاليفاتية
3-أستخلاص البروتينات والانزيمات
4-أزالة الالوان من العصائر
5-أزالة العضويات عن بيروكسيد الهايدروجين
أجهزة الامتزاز Adsorption Equipments
تستعمل المواد الصلبة في أجهزة الآمتزاز الثابتة مع جريان متقطع للمادة الصلبة أو جريان مستمر للمادة الصلبة. والشائع أكثر هو أستعمال غرفة ثابتة (fixed bed) تعمل بوحدات متقطعة (batch) أو غرف للمواد الصلبة حيث تمر المواد المائعة من خلالها وبأعادة تنشيط دورية.
يتكون النظام الكلي من وعاء ضغط أو خزان مفتوح مع أنابيب مرافقة وصمامات وأجهزة سيطرة وأجهزة مساعدة لآتمام عملية التنشيط للمادة الصلبة . وتحوي أجهزة معالجة الغاز على نافخات (blowers) أو كابسات (compressors) . وتحوي أجهزة معالجة السوائل على مضخات مع اوعية حقن لآتمام العملية المستمرة.
وعاء الآمتزاز Adsorber Vessel
تكون الطريقة المستعملة لعمليات أمتزاز (مائع – صلب) في اوعية عمودية اسطوانية مع وضع المادة الصلبة بشكل ثابت وبترتيب عشوائي للحشوات random packing .
يجب أن تصمم اجهزة الامتزاز بالاخذ بنظر الاعتبار أنخفاض الضغط , أن فرق الضغط يؤثر او يحدد تصميم وعاء الامتزاز حيث عندما ينجز الامتزاز واعادة التنشيط تحت ضغط اعلى من الضغط الجوي فان وعاء الامتزاز يجب ان يصمم كوعاء ضغط (لاحظ الشكل أ ) ,وفي الجانب الآخر يكون الاختيار في تصنيع أوعية افقية حيث الجريان يكون قطريا (radial) عوضا عن ان يكون محوريا (axial) (لاحظ الشكل ب ).
ويجب أن يحوي جهاز الامتزاز على وسائل لاسناد المواد الصلبة المازة ووسائل للتأكد من التوزيع الجيد للمائع المراد معاملتها خلال الغرفة . ويمكن ان تكون مسند المادة الصلبة على شكل شبكة معدنية أو على شكل كرات سيراميكية خاملة .
عندما يتم توزيع الجريان مباشرة على طول غرفة المادة الصلبة فسوف تكون هنالك عدد قليل من التسهيلات الكبيرة للمادة الصلبة خلال الامتزاز ولمائع اعادة التنشيط خلال اعادة التنشيط . أن المائع الداخل خلال الغرفة من الفتحات (nozzles) يكون في سرعة كبيرة جدا من المعدل ويمكن ان يملك مكونات عزم غير متناسقة بسبب مجمع الصمامات للانابيب (manifold) . ان الوسائل البسيطة للسماح لاعادة توزيع الجريان عبر واجهة الغرفة هو بتطبيق او استعمال فراغ واسع فوق وتحت الغرفة الثابتة , والطريقة المكلفة هي نصب حاجز صفيحي مع وضعها بتناسق مع فتحات الدخول والخروج .
ان الحاجز المثقب أو الصلب مصمم لكسر العزم القادم من المائع واعادة توزيعها لمنع ارتطامها المباشر بالمادة الصلبة , يجب تغطية الحواجز بعوارض لحجز الدقائق وذلك عند نصب مسند الغرفة المدرجة عند القعر , أو يمكن استعمال معدن فيه شق . الغرف المسطحة الافقية غالبا ماتملك مساحة جريان كبيرة والذي يحتاج الى فتحات (nozzles) دخول وخروج مضاعفة . يجب تصميم هذه الفتحات الجامعة في مجمع واحد (headers) بعناية لضمان الجريان المتوازن لكل فتحة (nozzles) . هنالك مدخل واحد في نظام السوائل الى الوعاء ويتفرع الى عدة انابيب وغالبا ماتكون مثقبة على طول الانبوب ( الشكل أ ) . غالبا ماتملك هذه الشبكة العنكبوتية وشجرة الميلاد ثقوبا ليست موضوعة على نحو منتظم ولكن موزعة لتجهيز جريان متساوي لمساحة الغرفة .
على الرغم من كون فقدان الضغط المسموح مع نظام السوائل ليست بعامل مقيد , فان هنالك اعتبارات خاصة لنظام معالجة السوائل , ان اجهزة الامتزاز من نوع الكاربو ن الفعال والمستعملة في معالجة الماء وماء الفضلات مصممة ومبنية مستعملا نفس الاعتبارات المستعملة لازالة العكورة بالرمل والمرشحات المتعددة الطبقات , والغرفة النموذجية للكاربون موضحة في ( الشكل د ) , أن مثل اجهزة التلامس هذه للسوائل والتي تعمل في الضغوط العادية هي مجرد خزانات مفتوحة او احواض كونكريتية بتوزيع فائض بسيط للجريان (overflow weir) .
و( الشكل هـ ) يوصف مخطط جريان لنظام تجفيف بغرفتين وأعادة تنشيط من نوع TSA (سيتم شرحها لاحقا ) , مبينا فيها المعدات المساعدة المقترنة باعادة التنشيط . يتم تسخين بعض من الغاز الجاف الناتج خارجيا وستعمل بشكل جريان عكسي لتسخين وطرد الماء من جهاز الامتزاز التي لايقوم بتجفيف المادة المغذية . يتم تبريد غاز اعادة التنشيط الرطبة المستنفذة , وتكثيف الماء الى الخارج , ثم يتم اعادة تدوير الغاز الى مادة التغذية للاستخلاص .
إعادة التنشيط Regeneration
هنالك طريقتان رئيسيتان لآعادة تنشيط المادة الصلبة :-
- الترجيح الحراري او بتغيير درجة الحرارة Thermal Swing Adsorption TSA
وتشمل غرفة المادة المازة بواسطة غاز حار . يستعمل في حالة المناخل الجزيئية درجة حرارة 200-300°C وحسب مكونات غاز التنشيط ونوع المناخل الجزيئية المستعملة , ويتم تجهيز الحرارة الى الغرفة بواسطة البخار أو الفرن . ويتطلب بعد ذلك غاز تطهير لحمل الجزيئات الممتزة .
- الترجيح بالضغط أو بتغيير الضغط النسبي Pressure Swing Adsorption PSA
تحدث عملية أعادة التنشيط في هذه الطريقة عند ضغط أقل بكثير من ضغط الامتزاز , فبتقليل الضغط الجزئي للمادة الممتزة تتم عكس عملية الامتزاز وبالتالي أعادة التنشيط وتحدث هذه العملية بثبوت درجة الحرارة .
أنتهى البحث
المصادر العربية
1.انتقال المادة في التطبيقات الهندسية / ترجمة د.فاخر فالح حسن ومصطفى محمد رضا الفائز / كلية الهندسة / جامعة البصرة / 1991 .
2. ملزمة الوحدات التشغيلية لاختصاص تقنية الغاز / السنة الثانية / أعداد : سوسن عزيز ,غالب محسن , رجاء يوسف / معهد التدريب النفطي / بغداد .
English References
- Adsorption, Ion Exchange & Catalysis, V.J.Inglezakis & S.G.Poulopoulos, 2007.
2. Chemical Engineering, Volume (2) by Coulson & Richardson s, Fifth edition, 2002.
3. Chemical Engineers Handbook .by Robert H.Perry.Don W.Green, 7 th edition McGraw Hill Companies, 1999.
4. Encyclopedia of Chemical Technology, by KIRK-OTHMER, Volume 1,4 th edition ,1998.
5. Principles of Unit Operation .By A.S.Foust, L.A.WENZEL.
6. Introduction to Adsorption, Prof.Dr.-Ing.U.Nieken Institut fur chemische verfahrenstechnik, University Stuttgart, 2006.
7. RHONE-POULENC CHIMIE FINE MOLECULAR SIEVES.
8. Molecular Sieves, union carbide company.
9. Natural Gas Dehydration by molecular sieve, FICRAT SHAWKAT, production department, north Gas Company, ministry of oil.
10. Fixed Bed Plant for the Adsorption in the Gaseous Phase, User Manual, Didacta Company, Italia, Torino.
11. Natural Gas Production Processing Transport, Robert N.Maddox, 1997, Institut François du Petrde Publications.
