5. Основные блоки и аппараты вру

5.1. Блок очистки и осушки воздуха

5.1.1. Методы очистки и осушки воздуха

Для надежной работы машин и аппаратов ВРУ очистка и осушка перерабатываемого воздуха имеет первостепенное значение. В первую очередь, необходимо очистить воздух от механических примесей и всех других примесей, которые могут затвердеть при низких температурах и выпасть на поверхность машин и аппаратов, и вывести их из работы. К таким примесям в воздухе можно отнести пары воды, двуокись углерода, окись углерода и углеводороды, такие как ацетилен и др. в отдельных процессах наличие ряда примесей недопустимо из-за условий безопасности (например, ацетилен, различные углеводороды, остатки масла в кислороде, кристаллы углеводородов в водороде, которые могут привести к взрыву), что требует создания надежных систем очистки и осушки воздуха.

В низкотемпературной технике существует несколько способов очистки газов от примесей, которые по принципу действия можно подразделить на два: химический и физический.

Химический метод очистки воздуха основан на свойствах ряда веществ при определенных условиях вступать в химическую реакцию с химически активными примесями. Например, химическая очистка воздуха от осуществляется путем его взаимодействия с водными растворами NaOH или КОН. Очистка аргона и водорода от производится методом каталитического гидрирования, для очистки криптона и ксенона применяется целый ряд твердых поглотителей, которые при высоких температурах образуют прочные химические соединения с химически активными примесями и др.

К физическим методам очистки воздуха и газов от примесей относятся вымораживание и адсорбция. Метод вымораживания примесей из воздуха широко применяется во ВРУ с регенераторами, в которых на поверхности охлажденной базальтовой насадки вымораживались влага и углекислота, а затем при обратном потоке газов выбрасывались в атмосферу.

Адсорбционный метод очистки воздуха широко применялся ранее в установках высокого и среднего давления, а с недавних пор начал применяться и в установках низкого давления как наиболее эффективный. Поэтому данный метод рассмотрим более подробно, так как все последние ВРУ комплектуются блоками с адсорбционным методом очистки.

Адсорбционный метод очистки и осушки воздуха.

Любой адсорбционный процесс состоит из следующих стадий:

1. Регенерация слоя адсорбента, т.е. удаление внутрикристаллической воды. Как правило, методом нагревания слоя адсорбента газом-азотом до определенной температуры.

2. Охлаждение слоя адсорбента до рабочей температуры.

3. Процесс непосредственно адсорбции примесей из потока очищаемого газа - воздуха.

4. Десорбция адсорбируемых примесей (или снова регенерация в случае осушки) при определенных условиях.

При этом для обеспечения непрерывности процесса адсорбции необходимо, чтобы соблюдался следующий баланс времени

.

(5.1)

Осушка воздуха методом адсорбции от влаги.

Сравнительные данные различных методов осушки воздуха приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Зависимость точки росы осушенного воздуха от способа осушки

Способ осушки	Точка росы, оС	Способ осушки	Точка росы, оС
1. Поглощение: хлористым кальцием	- 14	3. Вымораживание: предварительным аммиачным охлаждением	- 40
едким натром	- 19
едким калием	- 58
2. Адсорбция: силикагелем	- 52
активным глиноземом	- 64
цеолитами	- 70

Как видно из табл. 5.1 наиболее эффективным способом осушки является осушка с помощью адсорбентов на цеолитах.

В системе осушки адсорбцией нашли широкое применение активная окись алюминия, активный глинозем и синтетические цеолиты.

Силикагель в системе осушки воздуха за последнее время применяется крайне редко, несмотря на несколько большую величину динамической емкости по парам воды, из-за более низкой степени осушки и склонности к растрескиванию при попадании на него капельной влаги. Для целей осушки воздуха могут применяются цеолиты NaA, CaA, CaX, NaX и др., но наиболее широкое применение нашел цеолит NaX, который обладает несколько большей динамической емкостью по парам воды и лучше регенерируется, поскольку имеет диаметр входных пор во внутренней полости (в то время как цеолиты – NaA-4 , СаА - 5 ).

Процесс осушки методом адсорбции проводится при положительных температурах. Максимальная температура адсорбции, при которой не происходит резкого понижения статической и динамической емкости сорбентов, находится в пределах 293К. Но поскольку в процессе адсорбции выделяется теплота адсорбции, равная в первом приближении скрытой теплоте испарения, то возможен разогрев слоя сорбента выше допустимой температуры, что отрицательно скажется на динамических характеристиках процесса адсорбции. В связи с этим целесообразно понижать температуру перед адсорбентом до 278-283 К. при этом воздух, поступающий на осушку, будет содержать значительно меньше влаги, что увеличит время работы адсорбера до проскока паров воды и улучшит сорбционные свойства сорбента.

Для расчета основных габаритов адсорберов и времени защитного действия необходимо знать динамическую емкость сорбента по парам воды. В табл. 5.2. приведена динамическая емкость сорбентов при температуре 293 К и скорости газового потока 1,2 л/(мин см²).

Таблица 5.2

Динамическая емкость сорбентов при температуре 293 К

и скорости газового потока 1,2 л/(мин см²)

Тип сорбента	Динамическая емкость в % вес
Алюмогель	9
Цеолиты:
NaA	14
CaA	12
CaX	15
NaX	16

Из табл. 5.2 видно, что динамическая емкость цеолитов даже при столь высокой скорости (1,2 л/(мин см²)) составляет в среднем 15 % к весу сорбентов. при наличии изотермы адсорбции величину динамической емкости в первом приближении можно определить из соотношения , величину которого для активного глинозема можно принять  = 0,5, а для цеолитов  = 0,850,9. Для ведения нормального процесса адсорбции и определения геометрических размеров адсорберов скорость газового потока, отнесенная ко всему сечению адсорбера при условиях адсорбции следует принимать равной 0,150,5 л/(мин см²).