Десорбция.
Извлечение адсорбированного вещества из твердого поглотителя (десорбция) является необходимой составной частью всех технологических процессов адсорбции, проводимых в замкнутом цикле. Стоимость десорбции оказывает большое внимание на общую экономичность проведения процессов разделения и очистки веществ адсорбционными методами.
К числу основных методов десорбции (регенерации адсорбента) относятся:
Вытеснение из адсорбента поглощенных компонентов посредством агентов, обладающих более высокой адсорбционной способностью, чем поглощенные компоненты;
Испарение поглощенных компонентов, обладающих относительно высокой летучестью, путем нагрева слоя адсорбента.
В некоторых случаях для удаления из адсорбента смолообразных и других продуктов, образующихся в результате побочных процессов, окончательную очистку адсорбента осуществляют выжиганием этих компонентов (окислительная регенерация адсорбента).
Выбор того или иного способа десорбции производится на основе технико-экономических соображений, причем часто указанные выше способы применяются в комбинации друг с другом.
На практике процессы десорбции обычно осуществляют путем пропускания пара или газа, не содержащего адсорбтива, через слой адсорбента после завершения прямого процесса (адсорбции). Для повышения скорости извлечения десорбцию проводят наиболее часто при повышенных температурах, например, пропуская через слой адсорбента предварительно нагретый десорбирующий агент.
В качестве десорбирующих агентов используют острый насыщенный или перегретый водяной пар, пары органических веществ, а также инертные газы. После проведения процесса десорбции слой адсорбента обычно подвергают сушке и охлаждению.
Десорбцию острым водяным паром наиболее часто применяют в процессах рекуперации летучих растворителей на активном угле. При этом основная масса поглощенного вещества выделяется из поглотителя в начале десорбции. По мере приближения к концу процесса скорость его значительно снижается, а расход водяного пара на единицу десорбируемого продукта сильно возрастает. Поэтому из технико-экономических соображений адсорбируемое вещество извлекают из поглотителя не полностью, оставляя некоторое количество его в адсорбенте.
Для регенерации десорбцией используют перегретый пар при 200 – 300 С, а инертные газы – при 120 – 140 С.
Часть водяного пара, называемая греющим паром, расходуется при десорбции на нагревание всей системы, десорбцию поглощения веществ из угля и компенсацию тепловых потерь в окружающую среду. Греющий пар полностью конденсируется в адсорбере.
Десорбированные из угля вещества выдуваются из угольного слоя динамическим паром, который, не конденсируясь, выходит из адсорбера в смеси с парами десорбированных веществ. Процессы десорбции, подобно процессам собственно адсорбции, осуществляют не только в неподвижном, но также в движущемся и кипящем слоях адсорбента.
Устройство адсорберов адсорбционных установок. Адсорберы с неподвижным слоем поглотителя.
Процессы адсорбции могут проводиться периодически (в аппарате с неподвижным слоем адсорбента) и непрерывно – в аппаратах с движущимся или кипящим слоем адсорбции, а также в аппаратах с неподвижным слоем – в установке из двух или большего числа адсорберов, в которых отдельные стадии процесса протекают не одновременно.
Адсорберы с неподвижным слоем поглотителя. Наиболее часто применяются цилиндрические адсорберы вертикального (рис. XIV-5, а) горизонтального (рис. XIV-5, б) типов. Адсорберы со слоем поглотителей кольцевого сечения (рис. XIV-5,в) используются сравнительно редко.
Рис. XIV-5. Адсорберы периодического действия с неподвижным слоем поглотителя: а – вертикальный; б – горизонтальный; в – кольцевой; 14 – корпус; 2 – штуцер для подачи паро-газовой смеси (при адсорбции) и воздуха (при сушке, охлаждении); 3 – штуцер для отвода отработанного газа (при адсорбции) и воздуха (при сушке и охлаждении); 4 – барботер для подачи острого пара при десорбции; 8 – штуцер для отвода паров при десорбции; 6 – штуцер для отвода конденсата; 7 – люки для загрузки поглотителя; 8 – люки для выгрузки поглотителя; 9 и 10 – внутренняя и внешняя цилиндрические решетки; 11 – решетка
Периодические процессы адсорбции часто проводятся четырехфазным способом, при котором процесс проходит в четыре стадии.
Первая стадия – собственно адсорбция, т.е. насыщение поглотителя адсорбируемым компонентом. Паро-газовая смесь подается в корпус 1 аппарата (рис. XIV-5) через штуцер 2, проходит через слой поглотителя (на рис. 3 заштрихован) и выходит через штуцер.
Вторая стадия – десорбция поглощенного компонента из поглотителя. Подача паро-газовой смеси прекращается, и в аппарат подается водяной пар через барботер 4 (рис. XIV, а,б) или через штуцер (рис. XIV-5, в). Смесь паров десорбированного компонента и воды удаляется через штуцер 5. Конденсат пара отводится из аппарата после десорбции через штуцер 6 (рис. XIV-5,а, б) или 5 (рис. XIV-5,в).
Третья стадия – сушка поглотителя. Перекрывается вход и выход водяного пара, после чего влажный поглотитель сушится горячим воздухом, поступающим в аппарат через штуцер 2 и выходящим из аппарата через штуцер 3.
Четвертая стадия – охлаждение поглотителя. Прекращается подача горячего воздуха, после чего поглотитель охлаждается холодным воздухом, поступающим в аппарат также через штуцер 2; отработанный воздух удаляется через штуцер 3.
Существует также двухфазный метод, при котором в прошедший регенерацию водяным паром горячий и влажный уголь подаются последовательно горячая и холодная паро-воздушная смесь (первая стадия). При этом процессы сушки и охлаждения угля идут одновременно с процессом поглощения. По окончании первой стадии осуществляется десорбция поглощенных веществ водяным паром (вторая стадия).
Выбор метода работы производится на основании технико-экономических показателей.
Для уменьшения потерь тепла в окружающую среду (при десорбции и сушке поглотителя) адсорберы покрывают тепловой изоляцией.
По окончании четвертой стадии цикл работы аппарата начинается снова. Загрузку и выгрузку поглотителя производят периодически через люки 7 и 8.
В случае отсутствия одной из последних двух стадий (охлаждение угля или его осушка) метод проведения процесса будет называться трехфазным.