Seminarski -aktivni ugalj.docx

8/11/2019 Seminarski -aktivni ugalj.docx

1/22

UNIVERZITET U KRAGUJEVCU

FAKULTET INENJERSKIH NAUKA

Prvi projektni zadatak iz predmeta Tehnologije ipostrojenja za tretman voda

Primena aktivnog uglja u tretmanu voda

Studenti:

1. usi Jelena 359/2012

2. Koovi Vladimir 363/2012

3. Radosavljevi Ivan 364/2012

4. Aleksi Aleksandar 365/2012

Profesor:

Prof dr Vanja uteri

Kragujevac, 2013


2/22

Sadraj

1. UVOD ......................................................................................................................................................... 1

2. Aktivni ugalj ............................................................................................................................................... 2

2.1 Osnovna svojstva aktivnog uglja ......................................................................................................... 3

2.2 Istorijski aspekt upotrebe aktivnih ugljeva ......................................................................................... 4

2.3 Vrste aktivnih ugljeva .......................................................................................................................... 5

2.3.1 Prakasti aktivni ugljevi ................................................................................................................ 6

2.3.2 Granulisani aktivni ugljevi ............................................................................................................ 7

2.4 Sirovine za dobijanje aktivnih ugljeva ................................................................................................. 8

2.5 Proizvodnja aktivnih ugljeva u svetu ................................................................................................... 9

3.Adsorpcija ................................................................................................................................................ 104. ienje filtara koji koriste aktivni ugalj .................................................................................................. 14


3/22

1

1. UVODZagaenje ovekove okoline, a naroito vodnih resursa je esto rezulta

nekontrolisanog i neracionalnog isputanja toksinih materija iz raznih industrijskih

postrojenja u neposrednu okolinu. Politika elita dananjice tei da u okvirumeunarodnih projekata u saradnji sa istaknutim strunjacima iz oblasti zatite ivotnsredine pomogne u pron alaenju reenja za zatitu i ouvanje planete. Neposrednikontakt sa samim problemom imaju istraivai koji, suoeni sa velikim izazovom oveku obezbede istiji vazduh, vodu i hranu, rade na novim takozvanim zelenimtehnologijama baziranim na ekolokiprihvatljivim standardima u svim granamaprivrede. Uveliko se radi na menjanju starih i uvoenju novih tehnolokih principa preiavanju voda. Savremeni nauni trendovi u domenu separacionih tehnologijstavljaju akcenat na ekonomsku isplativost rada po strojenja za preiavanje vode, asamim tim i na cenu korienih tehnika.U spektru razvijenih metoda za uklanjanjetekih metala, pesticida, boja i organskih jedinjenja adsorpcijom, aktivni ugalj je jedod najefikasnijih i najisplatljivijih sredstava d a se doe do eljenog cilja.


4/22

2

2. Aktivni ugalj

Aktivni ugalj adsorbuje veliki broj organskih i neorganskih supstanci iz vode,uklanja neprijatan miris i ukus, smanjuje mutnou i tvrdou vode, vezuje

mikroorganizme i produkte njihove aktivnosti, kao i ostatke nastale nakon njihovograzlaganja drugim tehnikama. Ovakva adsorpciona sposobnost aktivnog uglja se ogledau njegovoj visoko razvijenoj poroznosti I hemijskoj reaktivnosti njihove povrine.

Aktivni ugalj se dobija iz prirodnih sirovina bogatih ugljenikom organskogporekla. Najee se koriste drvo, kokosova ljuska, treset i kameni ugalj. Meutimpostoji globaln a tenja da se aktivni ugalj proizvede i iz mnogobrojnih poljoprivrednihizvora biomase. Naime, u procesu gajenja nekih biljnih kultura kao to su kukuruz,penica, kotiavo voe i slino, javlja se velika koliina sporednih otpadnih proizvokoji nemaju praktian znaaj. Stvorena je ideja o termohemijskoj konverziji ovakvotpada u aktivni ugalj. Slian sluaj se javlja i kod komunalnog otpada biljnog poreklagde se ubrajaju plodvi, seme i lie nerodnog dekorativnog drvea koje raste ngradskim zelenim povrinama. Poseban znaaj ima injenica da vrsta polazne siroviutie na strukturu dobijenog aktivnog uglja. Ovo saznanje je u poslednje dve decenijeiniciralo proizvodnju aktivnih ugljeva iz raznih otpadnih sirovina, karakterizacijudobijenih proizvoda i ispitivanje adsorpcije raznih polutanta iz vodene sredine. U tesvrhe, vrena su ispitivanja raznih lignoceluloznih prekursora poput korenova, kore,lia, iplodova mnogih biljaka. Dobijenim okarakterisanim ugljevima su uklanjanimnogi tetni sastojci koji se mogu javiti u pijaoj ili otpadnoj industrijskoj vodi. Najesu u pitanju prakasti aktivni ugljevi specifine povrine koja neretko prelazi 1000 m2 g-1 , izraene mikroporoznosti (vie od 80%), dimenzija estica od nekolikodesetinamikrometara, sa mnotvom kiselo-baznih centara na povrini koji uglavnom potiu odkiseoninih funkcionalnih grupa, niskog sadraja vlage itd.

Kod tehnologije preiavanja vode, aktivni ugalj se uglavnom koristi zpreiavanje vode sa niskim sadrajem supstanci koje e se adsorbovati, primer za tosu organska jedinjenja. Ova tehnika se moe koristiti u kombinaciji sa drugimtehnologijama, kao to je otklanjanje neistoa poput jedinjenja hlora koja su rezuhemijske dezinfekcije.

Vremenom, ugalj e se zasititi adsorbovanim materijalom. Ad sorpciona momoe se povratiti regeneracijom uglja pogodnim medijumom kao to je para podniskim pritiskom. Takoe upotrebom pare ubijaju se bakterije koje imaju sklononagomilavanja na ulazu u filter. Nakon dueg vremena, neophodno je odstraniti ugazbog reaktivacije i sortiranja od strane ovlaenog dobavljaa ili kompani specijalizovane za taj posao. Slika 1. daje prikaz tipinog filtera sa aktivnim ugljem.


5/22

3

Slika 1. Filter sa aktivnim ugljem

2.1 Osnovna svojstva aktivnog uglja

Termin aktivni ugalj obuhvata iroku grupu amorfnih ugljeninih materijala koimaju visok stepen poroznosti, velike vrednosti specifinih povrina i sposobnost dneselektivno uklanjaju veliki broj razliitih polutanata iz zagaenih sredinaFunkcionalne grupe na njihovoj povrini im pruaju amfotermni karakter, pa uzavisnosti od pH vrednosti rastvora i prirode adsorbata, mehanizam adsorpcije se moe bazirati na dipol- dipol interakcijama, vodoninom ilikovalentnom vezivanju, ili jonskojizmeni.

Dobijaju se termikim razlaganjem u inertnoj atmosferi raznih vrstih sirovin

koje imaju viso k sadraj ugljenika. Osnovna podela aktivnih ugljeva je prema njihovogranulaciji. U skladu sa tim, razlikuju se prakasti i granulisani aktivni ugljevi (Slika2).Osim ovih formi, aktivni ugljevi se prave u sferinom i vlaknastom obliku, kao i uobliku t kanine kako bi se izalo u susret nekim zahtevima koji se nameu pri njihovojsvakodnevnoj upotrebi.


6/22

4

Slika 2. Izgled tipinog granulisanog i prakastog aktivnog uglja

Aktivni ugljevi se intenzivno koriste za uklanjanje mirisa, obojenja, neprijatnogukusa i raznih neorganskih i organskih neistoa prisutnih u vodama namenjenimdomainstvima ili industrijskoj upotrebi. Takoe, znaajna je njihova primena zpreiavanjevazduha u objektima gde se procesuira hrana, u hemijskoj industriji, priuklanjanju boja iz sirupa i farmaceutskih proizvoda, u kontroli zagaenja vazduha unaseljenim i industrijskim zonama, u hidrometalurgiji, za regeneraciju zlata, srebra idrugih metal a koji su korieni kao katalizatori ili nosai katalizatora i sli no.

Tokom 2006. godine prosena cena aktivnog uglja po cenovniku vodeih svetsk proizvoaa (Calgon, Filtrasorb) je iznosila 2500 $ po toni . Zakljuno,aktivni ugalj sesmatra skupim ali preko potrebnim proizvodom to opravdava veliki napor naunezajednice da se on sintetie u jeftinijoj verziji a da pritom ima iste ili jo boadsorpcione osobine.

2.2 Istorijski aspekt upotrebe aktivnih ugljeva

Upotreba aktivnih ugljeva je verovatno stara koliko i sama ljudska civilizacija. I prekorienja onoga to danas nazivamo aktivnim ugljevima , pepeo ugljenisanog drveta,kamenog uglja ili delimino devolatilizovani materijali sa visokim sadrajem ugl jenikasu od davnina bili korieni kao veoma efikasni adsorbensi.

Prvi zapisi o upotrebi aktivnih ugljeva datiraju 3750 godina pre nove ere kada suEgipanii Sumerci koristili ugljenisani prah drveta za redukciju bakra, cinka i kalaja upostupku proizvodnje bronze. Ugljenisano drvo se u to vreme koristilo za grejanje uzatvorenim prostorima jer ne daje dim pri sagorevanju. Papirus pronaen u Tebi uGrkoj 1550 godina pre nove eresvedo i o upotrebi pretea aktivnih ugljeva umedicinske svrhe. Hipok rat je oko 400 godina pre nove ere preporuivao da se vodanamenjena za pie pre konzumiranja tretira ugljenisanimdrvetom kako bi se eliminisli


7/22

5

neprijatan miris i ukus i kako bi se vrila prevencija pojedinih zaraznih bolesti. U vezi satim je i skoranja studija o tome da su Feniani jo 450 godina pre nove ere vodu za pina brodovima uvali u buriima sa ugljenisanim drvetom. Ova praksa se ouvala sve dXVIII veka kao sredstvo za uvanje pijae vode na prekookeanskim putovanjima.

Prva upotreba aktivnih ugljeva u industrijskom sektoru se desila u proizvodnjieera 1794.godine u Engleskoj. Masovna primena za adsorpciju iz gasne faze se vezujeza 1854. godinu kada je gradonaelnik Londona naredio postavljanje filtera odugljenisanog drveta u sistem za ventilaciju kanalizacije kako bi se uklonio jakoneprijatan miris. Godine 1872. su gas maske sa filterima od aktivnog uglja koriene uhemijskoj industr iji radi prevencije trovanja parama ive.

Aktivni ugalj, u formi u kojoj nam je poznat i danas, je 1881. godine otkrio vanOstrejko koji se i smatra pronalazaem savremene forme aktivnog uglja. Prvkomercijalni aktivni ugalj pod nazivom Karborafin j e proizveden u Ausigu u ekoj1914. godine korienjem piljevine drveta kao prekursora i cink hlorida kaoaktivirajueg sredstva. Prvi svetski rat je dodatno stimulisao njihovu proizvodnju primenu s obzirom da je nemaka armija u bitkama koristilaotrovne gasove, pa su sesaveznici susreli sa hitnom potrebom da razviju gas maske u ijekanistere su pakovaliaktivni ugalj po ideji moskovskog profesora N. Zelinskog.

Brzi industrijski razvoj drutva tokom XX veka je iao u korak sa razvojem aktivnihugljeva i njihovim mnogobrojnim primenama. Tako su sve stroije zakonske regulatiu domenu zatite vodnih resursa, primene izuzetno istih gasova i regeneracijskupocenih hemikalija samo neke od onih koje diktiraju potrebu za razvojem novih iusavravanje postojeih ugljeninih materijala. Tako su nastale nano cevi, ugljenina

vlakna, granulisani aktivni ugljevi, ugljenini nano kompoziti itd.

2.3 Vrste aktivnih ugljeva

Aktivni ugljevi se prema granulaciji dele na prakaste i granulisane aktivneugljeve. Vrsta aktivnih ugljeva je od izuzetnog znaaja za specifine primene kao to jto sluaj sa kolonskim ispunama. Pri odabiru vrste aktivnog uglja u ovom sluaju,hemijske ili adsorpcione osobine adsorbensa nisu od primarnog zn aaja, imajui u viduda bi upotreba prakastog aktivnog uglja u kolonama zahtevala izuzetno veliki pritisak.

Sa druge strane, granulisani aktivni ugalj je u ovom sluaju mnogo bolje reenje sobzirom da ima vii stepen tvrdoe i da ima manji abrazioni indeks.Aktivni ugljevi koji su aktivirani na niim temperaturama (200-400 C) spadaju u L-

tip aktivnih ugljeva koji uglavnom ima razvijenu kiselu povrinsku strukturu i kosniava pH vrednost neutralnih ili baznih rastvora. Oni dobro adsorbuju bazeizrastvora, hidrofilni su i imaju negativni zeta potencijal. Aktivni ugljevi koji su aktiviranina viim temperaturama (800-1000 C) spadaju u H -tip aktivnih ugljeva, imaju razvijenu


8/22

6

baznu povrinsku strukturu i podiu pH vrednost neutralnih ili kiselih rastvora. Oniuglavnom dobro adsorbuju kiseline iz rastvora i imaju pozitivni zeta potencijal.Meutim, hlaenjem aktivnih ugljevaH -tipa u kontaktu sa vazduhom menja se njihovzeta potencijal ka negativnim vrednostima, verovatno usled formiranja kiselihpo

vrinskih oksida. Komercijalni aktivni ugljevi koji se najee koriste u rutinsktretmanima za preiavanje vode za pie su dobijeni na temperaturama od 500 do 90C i imaju amfotermni karakter.

2.3.1 Prakasti aktivni ugljevi

Prakasti aktivni ugljevi (PAU) imaju veliinu estica manju od 0,1 mm, a u praksi najee sree opseg estica dimenzija od 0,015 do 0,1 mm. Zvanini podaci govorepolovina od ukupne svetske proizvodnje aktivnih ugljeva otpada na njih. Glavni razlozi

upotrebe prakastih aktivnih ugljeva imaju u osnovi izbegavanje moguih problema difuziji fluida od transportnih pora do mikropora. Njihova upotreba se opravdava i usvim sluajevima kada biupotreba granulisanih aktivnih ugljeva zahtevala punovremena za postizanje ravnotee.

Prakasti aktivni ugljevi se upotrebljavaju u reaktorima velikih zapremina gdpostoji mehaniko meanje. Tip i koliina aktivnog uglja kao i vreme kontaktiranjzavise od toga koji se stepen preienja eli. Efikasnost tretmana se moe poboljatuvoenjem posebnog vida kontaktiranja koji podrazumeva kontinualno strujanjeug ljenine suspenzije u smeru suprotnom od smera strujanja fluida. Pomoni filter oddijatomejske zemlje se ponekad koristi radi poboljanja procesa. Za sluaj preiavanjagasova, prakasti aktivni ugalj se dodaje brzoj struji gasa koji se pneumatskitrans portuje do mesta gde se odvaja uz pomou posebne okvirne opreme ili upotrebomelektrostatikih talonika.

Primena prakastih aktivnih ugljeva je tipina kod preiavanja industrijskih komunalnih otpadnih voda, u industriji eera za obezbojavanje,u industriji hrane ilekova, kao i za uklanjanje ive i dioksina iz struje gasa u dimnjacima. Napominje se dsu visoka gustina, tvrdoa i abrazioni indeks faktori koji ne utiu na primenljivost PAU

Primarne prednosti PAU su niski investicioni trokovi i mogunost menjanja doze zavisnosti od polaznog kvaliteta sirove vode to je posebno znaajno za postrojenja k

ga ne trebaju to kom cele godine. Nedostatak je to je regeneracija esto ekonomskneisplativa, nizak je procenat uklanjanja ukupnog or ganskog ugljenika, mogui suproblemi sa odlaganjem nakon upotrebe, a ponekad se javljaju i tekoe sa njegovimpotpunim uklanjanjem iz tretirane vode. PAU se dodaje u vrstoj ili suspendovanojformi, doza je u proseku oko 10-15 mg dm -3 i nakon 5-45 min se izdvaja filtracijom ilispontanim taloenjem.


9/22

7

2.3.2 Granulisani aktivni ugljevi

Granulisani aktivni ugljevi (GAU) imaju dimenzije estica od 1 do 5 mm. Uglavnse koriste kao ispuna u filterskim kolonama sa kontinualnim protokom i niskimpritiskom proboja. Podjednako se esto koriste za peiavanje tenosti i gasovaIzmeu ostalog, granulisani aktivni ugljevi se koriste za izradu gas maski i kao nosaikatalizatora. Osnovna prednost granulisanih nad prakastim aktivnim ugljevima lei uznatno niem pritisku proboja pri upotrebi u kolonskim protonim sistemima, mogunosti regeneracije i reaktivacije. Pored odgovarajue distribucije mikropora, GAUmoraju imati visoku gustinu, visoku tvrdou i nizak abrazioni indeks.

GAU se dele na neoblikovane (lomljene) i oblikovane granuslisane aktivne ugljevekoji imaju specifian oblik. Kod oblikovanog aktivnog uglja se vri posebn

precesuiranje polaznog materijala kao to je peletizacija ili ekstruzija prakastoaktivnog uglja sa odgovarajuim vezivnim sredstvima u cilju dobijanja eljenog obliLomljeni granuslisani aktivni ugalj se odlikuje nepravilnim esticama kojima jeprethodilo samo blago mrvljenje i sejanje. Osnovni razlog za proizvodnju GAU usluaju termalne aktivacijevodenom parom, je da se dobije aktivni ugalj sa relativnovisokom poroznou, veom gustinom i tvrdoom i niim abrazionim indeksomnegolomljeni GAU.

Tokom adsorpcionog procesa estice GAU znaajno poveavaju svoju gustinu.Gue granule koje su zasiene adsorbatom e tokom procesa migrirati ka dnu kolonNajei tipovikolona pritom su gravitacio ne kolone sa fiksiranim leitem, i kolone safiksiranim ili fluidnim leitem i smerom kretanja fluida pod pritiskom na gore.

Adsorpcija gasova na granulisanim aktivnim ugljevima zahteva hlaenje,odvlaivanje i redukciju volatilnih organskih jedinjenja. Hlaenjem sistema se uspefavorizuje adsorpcija volatilnih organskih jedinjenja. Kako se vlaga kompetitivnoadsorbuje zajedno sa organskim jedinjenjima na adsorpcionim centrima aktivnog uglja,koliina vodene pare u struji gasa se mora smanjiti hlaenjem ili njenomkondenzacijom.


10/22

8

2.4 Sirovine za dobijanje aktivnih ugljeva

Kako je aktivni ugalj negrafitni uglje nini materijal, pretpostavlja se da se bilokoji vrsti materijal koji ima visok sadraj ugljenika moe koristiti kao sirovin

(prekursor) za njegovo dobijanje. Kao mogui izvor se esto razmatraju drvo,lignocelulozna biomasa, treset, kokosova ljuska, lignit i kameni ugalj. Pirolizalignoceluloznog materijala je sloen proces u kome nastajeveliki broj produkata koji semogu klasifikovati kao katran, isparljive tenosti, gasovi i vrsti ugljenini ostatak.

Veliki broj naunih radova je publikovan u vodeim meunarodnim asopisimna temu ispitivanja raznih biljnih materijala od kojih se mogu dobiti aktivni ugljevikarakteristinestrukture i visoke adsorpcione efikasnosti. U ove materijale spadaju:sredinji deo klipa kukuruza, kotice urme, kotice kajsije, ljuska badema , ljuska orahkotica breskve, ljuske zrna ov sa, stabljika kukuruza, ljuska lenika, kotica vinje,kotica masline, ljuska zrna pirina, bambus, kotica ljive, vlakno jute, kora palmingdrveta, suncokret, morske alge, biomasa od raznih gljiva, paprat , i slino. Lignin imavisok sadraj ugljenika i molekulsku strukturu slinu bitumenskom uglju ime skrepanju na sebe kao teorijski idealan, jeftin i dostupan prekursor za masovnuproizvodnju aktivnog uglja.

Osobine dobijenog proizvoda u mnogome zavise od vrste polazne sirovine, kao i vrste istepena aktivacije. Odabir odgovarajue sirovine se bazira na sledeim kriterijumima:

da se iz date sirovine moe dobiti aktivni ugalj velike gustine, tvrdoe i visokog adsorpcionog kapaciteta;

da sirovina ima nizak sadraj neorganske materije. Soli alkalnih metala, kvarpraina i silikati prisutni u prekursoru smanjuju adsorpcioni kapacitet dobijenog aktivnog

uglja; da sirovina bude jeftina i lako dostupna; da prinos bude zadovoljavaju. Dobar prinos je onaj preko 50%. polazna sirovina, prinos moe biti svega 5-10%.

Crni evropski bor ( Pinus nigra Arn .) i divlji kesten ( Aesculus hyppocastanum L.)spadaju u grupu drvea koja se esto sree u gradskim parkovima i na ulicama. Njihovplodovi nemaju praktinu primenu i kada padnu na tlo moraju biti sakupljeni transportovani na deponiju, te se smatraju biljnim komunalnim otpadom. S obzirom dase veim delom sastoje iz lignina i celuloze, iarka bora i plod divljeg kestena su bogu organskom ugljeniku, na osnovu ega jeovde i stvorena ideja o njihovoj karbonizaciji.


11/22

9

Crni evropski bor je etinarsko drvo koje raste do visine od 40 m i raste prirodno uRepublici Srbiji. iarka opada sa drveta u toku jeseni, razlistava se, puca i oslobaseme. Na tlu moe opstati due vremena s obzirom da jeotporna na biorazgradnjuusled z adranja specifinihsmola.

Divlji kesten je listopadno drvo koje prirodno raste jedino na teritoriji Balkana.Poznat je po svom tvrdom mrkom plodu koji se u jesen moe nai u gradskimparkovima. Sr ploda je svetlo ute boje i sastoji se uglavnom iz vode i ugljenih hidra

2.5 Proizvodnja aktivnih ugljeva u svetu

Na osnovu procene svetske proizvodnje aktivnog uglja iz 1993. godine, tada jeproizvedeno oko 350 000 tona. Isti izvori navode da se tada kao sirovina najvikoristila ljuska kokosa (34%), a da je sledio ugalj (31%) i drvo (24%). U Evropi se za

proi zvodnju aktivnih ugljeva najvie koristio treset (36 000 tona godinje, to jest, 3ukupne proizvodnje u Evropi), a proizvodnja iz kokosove ljuske je bila tek na etvrtommestu sa 12%. Kokosova ljuska se mnogo vie koristila za proizvodnju u Aziji, gde jeak 60% ukupne koliine aktivnog uglja dobijano iz kokosove ljuske. Severna Amerika je u to vreme skoro u istom procentu koristila ugalj, kokosove ljuske i drvo zaproizvodnju aktivnih ugljeva.

Na osnovu podataka prikupljenih 2002. godine, svetska proizvodnja aktivnihugljeva se poveala na 750 000 tona godinje, to ini vie nego dvostruko povean obiproizvodnje u vremenskom periodu manjem od 10 godina. Ovakav skok u proizvodnjiaktivnih ugljeva ide ukorak sa prenosom teita njihove proizvodnjesa zapadnihzemalja na Kinu i jugoistonu Aziju gde su sirovine, elektrina energija i radna snamnogo jeftiniji. Gledano prema regijama sveta, Azija je postala vodei nosilacproizvodnje sa 54% od ukupne svetske proizvodnje, a prate je Amerika sa 32% i Evropasa 14%.

Skoro 80% svetske proizvodnje aktivnih ugljeva je usmereno na preiavanje ten medijuma, dok je 20% na menjeno za preiavanje gasova.


12/22

10

3.AdsorpcijaU procesnoj tehnici pod procesom adsorpcije podrazumeva se izdvajanje jedne

kompon ente iz gasne smee (ili rastvora) vrstim poroznim telom adsorbentom. Gaskoji prelazi iz gasovite faze u vrstu fazu naziva se adsorptiv. Procesi adsorbcije uglavnom selektivni i reverzibilni, to znai da svaki adsorbent ima sposobnost dadsorbuje samo odreene materija iz gaovite faze, dok ostale ne adsorbuje (ili iadsorbuje samo u minimalnim koliinama). Adsorbovana materija moe se izdojiti rastvora adsorbenata desorpcijom procesom koji je suprotan adsorpciji.

Adsorbenti su obino veoma porozne strukture usled ega je njihova specifinpovrina (povrina jedinice koliine ili povrina jedinice zapremine), povrinkontakata sa gasovitom fazom, jako velika. Kao adsorbent, u procesnoj tehnici, najese koristi aktivni ugalj, pri emu povrina jednog grama aktivnog uglja varira od 200 1000 m2 i silikagel (gel silicijumske kiseline) kod koga povrina jednog grama moe diznese i do 500 m 2. Adsorbenti se u tehnike svrhe koriste ili u vidu zrna veliine 2 do 8mm ili u vidu praine ije su estice dimenzija 50 do 200 m.

Procesi adsorpcije mogu se vriti u nepokretnom ili u pokretnom sloju zrnastoadsorbenta, a u zadnje vreme sve ee u fluidiziranom sloju. Adsorpcija u pokretnomsloju, a naroito u fluidiziranom sloju vri se znatno intezivnije nego u nepokretnomsloju, pa su odgovarajui aparati (adsorberi) znatno kompaktniji i efikasniji.

Osnovna karakteristika adsorbenata, sa gledita njegove primene u procesnotehnici, je njegova aktivnost, tj. koliina materije koja se adsorbuje jedinicom koliin jedinicom zapremine odgovarajueg adsorbenta. Razlikuju se statika i dinamiaktivnost. Statika aktivnost definie se koliinom adsorbovane materije u jedinkoliine ili jedinici zapremine adsorbenta do postizanja ravnotee gasovite i vrste fa(s obzirom na posmatranu komponentu) pri zadatoj temperaturi i koncentraciji gasovitefaze. Dinamia aktivnost je karakteristika adsorbenta prilikom strujanja gasne smekroz sloj adsorbenta do trenutka kada adsorbovani gas (adsor ptiv ) pone da prolazikroz sloj vrste faze. Prilikom strujanja gasne smee kroz sloj adsorbenta u prvoj fprocesa adsorbovani gas se potpuno izdvaja (adsorbuje) iz gasne smee. Posle izvesnvremena u izlaznom gasu pojavljuju se sve vee koliine adsorptiva, a na kraju procesa(zasieni adsorbent) koncentracija izlazne smee postaje jednaka koncentraciji ulazsmee (proces adsorpcije se vie ne vri) . U izvedenim adsorberima sa aktivni uglje


13/22

11

dinamika dinamika aktivnost ini od 85 do 95 % statie aktivnosti, a u adsorberima sasilikagelom od 60 do 70 % statie aktivnosti.

Nezavisno od vrsta i karaktera sila, koje izazivaju proces adsorpcije, pri

dovoljno dugom vremenu odstranjivanja kontakta faza, dolazi do uspostavljanjaadsorpcione ravnotee, pri emu se moe definisati odreena zavisnost izmekoncentracije adsorbovane materije u vrstoj fazi X (kmol adsorbovane materije/ kmoladsorbenata) i koncentracije te iste materije u gasovitoj fazi Y (koml adsorbovanematerije/kmol inertnog gasa), koja je u kontaktu sa adsorbentom. Najee se tazavisnost za odreenu temperaturu moe obuhvatiti izrazom :

X=AYr1/n ,

gde su A i n konstante, koje se odreuju eksperimentalnim putem. Ova zavisnopredstavlja ustvari ravnotenu krivu za sistem vrsta faza gas, odnosno izotermuadsorpcije.

Cela analiza materijalnog bilansa, odreivanje radne linije, minimalnog protokadsorbenta , teorijskog broja stupnjeva kontakta itd. moe se sprovesti na identianain kao i kod procesa adsorpcije.

Definisanje pr ocesa razmene materije u procesu adsorpcije moe se izvriti naosnovu osnovnih zakona o transportu materije. Tako, smatrajui da se ukupni otpoprolaza materije sastoji iz otpora prelaza materije u gasovitoj fazi i otpora prelazamaterije u vrstoj fazi moe se pisati :

Ky=

gde je A XYkonstanta fazne ravnotee za odgovarajui sistem gas- vrstu faza.

O znaaju uticaja pojedinih otpora na ukupni otpor prolaza materije mogu seizvesti neki zakljuci na osnovu izvedenih eksperimenata .Tako se na osnovu difuznogkriterijuma B i (D) (Bitov broj za difuziju) :

Bi (D)=g 1/Dun ,

gde su

1-karakteristika veliina zrna adsorbenta


14/22

12

g- koeficijent prelaza materije u gasovitoj fazi

Dun - koeficijent unutranje difuzije adsorbenata

moe rei :

a) za Bi (D) 0,1 odluujuu ulogu ima prelaz materije u gasovitoj fazi, b) za Bi (D) 30 odluujuu ulogu ima prelaz materije u vrstoj fazi, c) za 0,1 < Bi (D) < 30 uticaji otpora u gasovitoj fazi i u vrstoj fazi su veliine isto

reda.

Na koeficijent prelaza materije u gasovitoj fazi g od najbitnijeg uticaja je

hidromehaniki reim strujanja gasa (brzinsko polje). Analogija prelaza toplote i prelamaterije je i ovde u potpunosti zastupljena. Vrednost koeficijenata g znatno raste saprelaskom od laminarnog ka turbolentnom reimu strujanja. Rezultatieksperimentalnih istraivanja zavisnosti koeficijenata g od brzine strujanja, dimenzijazrna adsorbenata i ostalih faktora dosta se dobro mogu uoptiti jednim kriterijalnimizrazom

NU(D) = ARen ,

gde su

NU(D)= g 1/Dun - Nusseltov broj difuzije

Re= w1/ Reynoldsov broj

A i n za razne sluajeve eksperimentalno odreene konstante.

Proces prelaza materije u vrstoj fazi ( odreivanje vrednosti koeficijenta ) jeznatno sloeniji i u sutini se o tome malo danas zna, ak i u eksperimentalnompogledu.

Za odreivanje koliine razmenjene materije, slino kao i kod procesa adsorpciee se koriste, umesto klasinog izraza

M= ky YsrF (kmol/h)

izrazi sa zapreminskim koeficijentima prolaza materije :


15/22

13

M= ky(V) YsrVo= ky(V) YsrFap lap (kmol/h)

gde su

Fap (m2) popreni presek aparata

lap (m) visina aparata,

ky(V) (kmol/ m 3h ) zapreminski koeficijent prolaza materije.

Oigledno je, da se i zapreminski koeficijent prolaza materije moe izraziti prekzapreminskih koeficijenata prelaza materije u vrstoj i gasovitoj fazi :

Ky=


16/22

14

4. ienje filtara koji koriste aktivni ugalj

Kuni sistemi zatretman vode aktivnim ugljem su veoma jednostavni. Ativni ugalj se

pakuje u filter ketridze koji su ubaeni u ureaj za preiavanje. Vodu koju elimo oistimo prolazi kroz ketridz i pri tome dolazi u kontakt sa aktivnim ugljem i dalnastavlja prema slavini. Filteri od aktivnog uglja vremenom postaju zaprljani i gubesvoju sposobnost da adsorbuju neistoe. Tada je potrebno zameniti filtere.

Praksa je da se filteri u kunim sistemima posebno postavljaju za pijau vodu a posebza vodu koja nam slui za pripremu hrane. Takav sistem nazivamo POU (point of use).Filteri se mogu postavljati na kraju slavine, na plou kuhinjskog stola ili isposudopere. Testovi su pokazali da instalacija filtera ispod sudopere ima veu efikasnostodnosu na druga dva po menuta sistema. Filteri imaju ugraen by-pass, koji omugaavada direktno koristimo vodu iz sistema bez prethodnog tretmana. Na ovaj nainproduava se ivotni vek filtera.

Slika 3. Izgled filtera sa aktivnim ugljem montiranog na kraju slavine


17/22

15

Slika 4. Izgled filtera sa aktivnim ugljem montiranog ispod sudopere

Drugi nain ugradnje filtera u kune sisteme nazivamo POE (point of entry). On se razliku od prvog naina ugrauje na glavnu dovodnu cev vode i preiava vodu kojukoristimo za sve na mene u domainstvu. POE sistem se koristi u sluajevima kadazagaivai koji se nalaze u vodi mogu dospeti u organizam ne samo konzumiranjemvode koja ih sadri ve i putemisparavanja prilikom pranja ili tuiranja.

Slika 5. Prikaz POE sistema ugradnje filtera

Koliina aktivnog uglja koja se nalazi u filteru je jedna od najbitnijih stavki. Od tozavisi kolika e biti efikasnost pri preiavanju zagaivaa. Vie uglja u ketridpodrazumeva veu efikasnost, to rezultuje duim ivotnim vekom filtera. Veliin

estica takoe utie na efikasnost, to u sutini znai da kada su manje estice boljaadsorpcija. Fizike i hemijske karakteristike vode takoe utiu na rad filtera. Kiselostemperatura vode su od vanosti. Vea kiselost i nia temperatura tee da unapredeefikasnost filtera.


18/22

16

Filteri imaju ogranien ivotni vek. Vremenom povrina aktivnog uglja postapopunjena adsorbovanim zagaivaima i gubi svoju funkciju. Kada filter izgubi svoadsorbciona svojstva, koliina zagaivaa tretirane vode moe biti vea ak i od vokoja nije tretirana. Onda je neophodno zameniti ketride. Veoma je teko tano odredkada e doi do zasienja filtera i kada je neophodno zameniti filtere.

Slika 6. Prikaz postrojenja za tretman vode sa aktivnim ugljem

Naalost nema jasnih naznaka koje bi nam rekle kada je dolo do zasienja filte jedino moemo primetiti preko mirisa, ako se zagaivai oseaju. U veini sluajezasienje filtera se moze otkriti samo hemijskim testiranjem. esta testiranja filteranepraktina i skupa. Meutim povremeno uzimanje uzoraka moe biti od koristi d bismo predvideli kada e doi do zasienja, i da bi na vreme zamenili filter pre nego do njega doe.

Za pojedine filter znamo koliki je ivotni vek kada ih kupujemo. Ovo suuglavnomsamo grube procene, jer one ne uzimaju u obzir neke bitne stavke kao to je koliizagaivaa u vodi koju tretiramo. U sutini ivotni vek zavisi od koliine vode ko

tretiramo i njene zagaenosti. Protok vode moemo proceniti ili izmeriti sa meraem protok koji ugraujemo u blizini filtera. Na osnovu ovoga moe se izraunati kolikkoliina vode moe proi kroz filter pre njegovog zasienja. Tako moemo otpriliznati kada treba da zamenimo filter. Treba zapamtiti da bilo kakvo predvianjeivotnog veka filtera mora biti zasnovano na pravom stanju koliine zagaivaa u vod


19/22


20/22

18

peenjem se moe doprineti odstranjivanju organskih estica. Institut koji se baviprouavanjem organskih estica je objavio studiju o aktivnom uglju koja uopteno kada aktivni ugalj moe uvek iznova biti korien ukoliko uklonimo sveadsorbovaneestice. Ovaj proces poznat je kao regeneracija. Jednostavnim zagrevanjem korienuglja na zadatu temperaturu u toku odreenog vremenskog perioda moe regenerisataktivni ugalj do nivoa kada moe biti ponovo korien.Ovo se naziva termalnomregeneracijom. Termalna regeneracija neminovno rezultuje gubitkom odreene koliiuglja. Takoe, ova metoda moda nije najefikasnija , najjeftinija i najpouzdanija tako da je potrebno ukljuiti rastvore i kiseline kako bi otklonili rastvorene estice. Ovi rastvorisu ugljenik- hlorid, hlorovodonina kiselina, vodonik-peroksid, kalijum-hidroksid,natrijum-hidroksid. Optimizacija regenerativnog procesa zavisi od ad sorbovanih esticakao i od strukture aktivnog uglja. Potrebano je imati odreeni nivo znanja da bi se izv

procesi koji su navedeni. Hemikalije zahtevaju poznavanje i paljivo rukovanje daaktivni ugalj ne bi ostao kontaminiran kiselinama ili drugim hemikalijama koje sekoriste u procesu ienja.


21/22

19

5.0 Zakljuak

Filtracija je operacija razdvajanja heterogene smee tenosti i vrstih estica pomo

filter medijuma koji je propusan samo za tenost. vrste estice se zadravaju nmedijumu formirajui filtersku pogau kroz koju tena faza struji ili se adsorbuje elementima filterskog medijuma. U ovom radu je govoreno o aktivnom uglju i filterimakoji ga koriste. Prikazane su sirovine od kojih se dobija aktivni ugalj, gde se vidi da sesirovinama koje se smatraju komunalnim otpadom (plodovi bora i divljeg kestena)moe nai primena. Poveana potranja za aktivnim ugljem je u najveoj meri povezasa poveanjem brige o smanjenju zagaenja i poboljanju kvaliteta ivota. Porast triaktivnog uglja za poslednje dve decenije u industrijski najrazvijenijim regionima e nastaviti u b liskoj budunosti zbog toga to razvijene regije svet shvataju vanoskontrole zagaenja vazduha i vode. Pored korienja aktivnog uglja u preiavanvoda, u budunosti se oekuje da nau primenu i u drugim oblastima, kao to je nprimer medicina, pr oiavanje izduvni gasova motornih vozila, separacija gasova, itdMeutim, istraivai i proizvoavai moraju biti svesni ovih novih potreba i shodntome posebna panja se mora posvetiti razvoju novih vrsta aktivnih ugljevaZagaenost voda ljudskim delovanjem je sve vea. Takoe porastom broja stanovnikiz godine u godinu, javlja se problem nedostatka pijae vode. Iz tog razloga primenaktivnog uglja, odnosno filtera koji ga koriste e u budunosti imati sve veu ulogu.


22/22

Documents

Seminarski -aktivni ugalj.docx