3.5.3. Конструкции адсорбционных аппаратов и методы проведения адсорбционно-десорбционных процессов

Процессы адсорбции могут проводиться периодически (в аппаратах с неподвижным слоем адсорбента) и непрерывно (в аппаратах с движущимся или кипящим слоем). Адсорбция – один из немногих процессов, когда полунепрерывные режимы (неподвижный слой сорбента и дви­жение через него потока сплошной среды) вполне конкуренто­способны с непрерывными. Целикомпериодические процессы в промышленности используются нечасто (преимущественно при сорбции распределяемого компонента из отдельных порций жидкости). В полунепре­рывных и периодических процессах стадии адсорбции, десорб­ции и активации обычно проводят поэтапно в одном и том же аппарате.

Следует отметить, что десорбция является важной стадией всего адсорбционно-десорбционного цикла, в значительной мере определяет экономику разделения и очистки газовых или жидких смесей (примерно 6070 % всех энергозатрат приходится на стадию десорбции).

К числу основных методов проведения процесса десорбции можно отнести высокотемпературную и вытеснительную (так называемую холодную) десорбции.

Первая осуществляется путем нагревания слоя адсорбента при пропускании через него десорбирующего агента (горячий воздух, инертный газ) или контактным нагревом (через стенку аппарата), в результате чего происходит выделение поглощенного компонента; вторая – путем вытеснения из адсорбента поглощенного вещества другим компонентом (например, водой).

Применение того или иного метода определяется спецификой адсорбционно-десорбционного процесса. Если поглощаемый адсорбентом компонент не является пожаро- и взрывоопасным, а также не разлагается и не полимеризуется при повышенных температурах, то наиболее рациональным методом является высокотемпературная десорбция. Если адсорбент, наоборот, пожаро- и взрывоопасен и т.д., вследствие чего происходит быстрое отравление адсорбционного производства и засорение целевого компонента продуктами распада, то применяется вытеснительная десорбция, проводимая при температуре 3080 °С.

В качестве десорбирующих агентов в промышленной практике используют острый насыщенный или перегретый водяной пар, пары органических веществ, а также инертные в данных условиях газы (например, N₂). При этом десорбция может проводиться с наружным обогревом аппарата или без него, при атмосферном или повышенном давлениях.

При высокотемпературной десорбции цеолитов и силикагеля от водяных паров через них пропускают воздух с температурой примерно равной 200 °С для силикагеля, 300400 °С – для цеолитов.

Химическую регенерацию проводят обработкой адсорбента жидкими или газообразными реагентами при умеренных температурах (t<100 °C). В качестве реагентов используют кислоты, щелочи, различные окислители.

После проведения процесса десорбции следующей стадией восстановления адсорбционной способности (регенерации) адсорбентов является стадия охлаждения.

Адсорбционные процессы в аппаратах периодического действияс неподвижным слоем адсорбента могут проводиться четырех-, трех-, и двухстадийными способами.

Четырехстадийный способ: адсорбция, десорбция, сушка адсорбента, охлаждение.

При трехстадийном способеотсутствует охлаждение, например, при этом способе адсорбент охлаждается от работ, воздухом, поступает из аппарата, который находится на стадии адсорбции.

Двухстадийный способ осуществляется без обособления стадией сушки и охлаждения адсорбента. При этом различают способ с совмещением сушки и охлаждения со стадией адсорбции.

Из конструкций абсорбционных аппаратов с неподвижным слоем абсорбента наибольшее распространение получили цилиндрические адсорберы вертикального (рис. 3.55б) и горизонтального типов (рис. 3.55в). Абсорберы со слоем поглотителя кольцевого сечения (рис. 3.55а) используются сравнительно реже.

Установкам с неподвижным слоем адсорбента присущи следующие недостатки: большие энергетические затраты на преодоление гидравлического сопротивления адсорбента в аппарате и на проведение стадии десорбции; малая производительность установки по газу и жидкости, определяемая небольшими допустимыми скоростями потоков в адсорберах (w_г=0,10,5 м/с,w_ж= = 0,0010,005 м/с); неполная степень отработки адсорбционной емкости адсорбента в слое и низкое использование объема аппарата; значительные производственные площади, занимаемые рядом адсорберов и многочисленным вспомогательным оборудованием; сложность автоматизации, проводимых процессов.

Адсорбционные процессы в аппаратах непрерывного действия разрабатываются по пути создания установок с движущимся и взвешенными слоями адсорбента. Внедрение их в промышленность сдерживается из-за недостаточной прочности адсорбентов, подвергающихся в псевдоожиженном и движущемся слоях интенсивному измельчению.

а) б)

в)

Рис. 3.55. Адсорберы периодического действия с неподвижным слоем поглотителя:

а – кольцевой; б – вертикальный; в – горизонтальный; 1 – гравийная засыпка;

2 – люк для выгрузки поглотителя; 3 – штуцер для отвода паров при десорбции;

4 – штуцер для подачи парогазовой смеси (при адсорбции) и воздуха (при сушке и охлаждении); 5 – люки для загрузки поглотителя; 6 – корпус; 7 – адсорбент; 8 – опорная колосниковая плита; 9 – штуцер для отвода отработанного газа (при адсорбции) и воздуха (при сушке и охлаждении); 10 – штуцер для отвода конденсата; 11 – барботер;

12, 13 – внутренняя и внешняя цилиндрические решетки