3.6.3. Адсорбери з киплячим (псевдозрідженим) шаром дрібнозернистого адсорбенту

Під час адсорбції у киплячому (псевдозрідженому) шарі адсорбенту його гідравлічний опір є дуже малим, тому можна створювати швидкості газового потоку, які в декілька разів є більшими, ніж у разі з нерухомим шаром адсорбенту. Внаслідок поєднання високих швидкостей газу з дуже розвиненою поверхнею фазового контакту значно інтенсифікується процес адсорбції. Під час інтенсивного перемішування частинок у киплячому шарі в ньому відбувається швидке вирівнювання температури і запобігається небезпека перегрівання адсорбенту.

Проте, треба відзначити, що під час контакту газового потоку на виході з киплячого шару з відпрацьованими насиченими частинками адсорбенту може відбуватися часткова десорбція поглинутої речовини з адсорбенту. За інтенсивного перемішування у киплячому шарі відбувається сильне стирання твердих частинок адсорбенту, тому для здійснення описаного процесу необхідно застосовувати адсорбенти з великою механічною міцністю.

Адсорбери з киплячим шаром дрібнозернистого адсорбенту є одно- і багатокамерні. У промисловості зазвичай використовують безперервно діючі багатокамерні адсорбери з киплячим шаром.

У корпусі 1 одноступеневого адсорберу (рис 3.8 а) встановлена розподільча решітка, через яку знизу рухається газ і приводить дрібно зернистий адсорбент в стан кипіння. Газ відводиться через циклонний пристрій 2, призначений для вилучення з газу захоплених ним дрібних частинок адсорбенту.

В однокамерних апаратах такого типу інтенсивне перемішування твердих частинок спричиняє до значної нерівномірності часу перебування в шарі і, відповідно, до різниці ступеню їх насичення компонентом, що поглинається. В апаратах, що працюють за принципом прямотоку фаз, не вдається досягнути меншої концентрації адсорбтиву в газовій фазі ніж рівноважна, яка відповідає середній концентрації адсорбенту в шарі.

Вказані недоліки властиві й іншим одноступеневим масообмінним апаратам. Використання багатосекційних апаратів, в яких взаємодія фаз наближається до протитечійної, дає змогу уникнути вказаних недоліків.

а б в

Рис. 3.8. а - однокамерний адсорбер з киплячим шаром поглинача: 1 - корпус апарату; 2 - циклонний пристрій; б - багатокамерний адсорбер з киплячим шаром поглинача: 1 - перфоровані тарілки; 2 - перетічні труби; 3 - труба для надходження адсорбенту; 4 - штуцер для подачі паро-газової суміші; 5 - штуцер для відведення відпрацьованого газу; 6 - труба для транспортування відпрацьованого адсорбенту; в - схема установки для адсорбції і десорбції у псевдозрідженому шарі адсорбенту: 1 - адсорбер; 2 - десорбер; 3 - труба для подавання регенерованого адсорбенту; 4 - сепаратор; 5 - циклон; 6 - підігрівач; 7 - труба для транспортування відпрацьованого поглинача у десорбер; 8 - обігрівальна сорочка; 9 - холодильник; 10 - штуцер для відведення у конденсатор суміші парів

Багатоступеневий адсорбер з киплячим шаром (рис. 3.8 б) являє собою колону з тарілками у вигляді дірчастих або колосникових решіток 1 з перетічними трубами 2, якими тверді частинки адсорбенту "стікають" з тарілки на тарілку, протитоком до потоку газу. На кожній тарілці взаємодія фаз наближається до режиму ідеального перемішування, разом з тим для апарату загалом ця взаємодія є близькою до режиму ідеального витіснення. За таких умов газ рівномірніше розподіляється по площі поперечного перерізу апарату, "проскакування" газу без взаємодії з адсорбентом зменшується до мінімуму і суттєво збільшується час контакту фаз. Завдяки перерахованим чинникам досягають більш рівномірного і повного масообміну.

Схему установки, в якій і адсорбція і десорбція здійснюються у псевдозрідженому шарі адсорбенту представлено на рис. 3.8 в. Адсорбер 1 і десорбер 2 являють собою колони з конічним днищем. Регенерований поглинач, який виходить з десорберу, підхоплюється потоком паро газової суміші і подається в адсорбер трубою 3. Швидкість газу у адсорбері повинна забезпечувати перебування зернистого поглинача в псевдозрідженому стані.

Непоглинута частина газової суміші через сепаратор 4 і циклон 5 відводиться з апарату. Відпрацьований поглинач виводиться з нижньої частини адсорберу, нагрівається у теплообміннику 6 і надходить в трубу 7, в якій підхоплюється десорбуючим агентом (наприклад, перегрітою водяною парою) і подається в десорбер з паровою сорочкою 8. У десорбері швидкість десорбуючого агента повинна забезпечувати перебування поглинача у псевдозрідженому стані. Регенерований поглинач виходить з апарату в нижній його частині, охолоджується у теплообміннику 9, надходить в трубу 3, і цикл розпочинається спочатку. Суміш парів води і десорбованих речовин виходить з десорберу через сепаратор 4 і циклон 5, надходить як нагрівний агент у теплообмінник 6, і потім через штуцер 10 виходить в конденсатор.