Аппаратурное устройство и схемы адсорбционных установок

Промышленные адсорбционные процессы чаще всего реализуются в неподвижном движущемся или псевдоожиженном слое адсорбента. Процесс адсорбции в неподвижном слое является периодическим, в движущемся или псевдоожиженном слое — непрерывным. Основное преимущество адсорбции в неподвижном слое заключается в минимальном механическом истирании адсорбента. В движущемся плотном слое истирание адсорбента значительно больше и возрастает в условиях псевдоожиженного слоя вследствие взаимодействия частиц адсорбента друг с другом и с внутренними поверхностями аппарата.

Адсорберы с неподвижным слоем адсорбента. Наибольшее распространение в промышленности находят вертикальные и горизонтальные адсорберы с неподвижным слоем адсорбента (рис. 30.1).

Адсорберы с неподвижным слоем адсорбента являются аппаратами периодического действия. Вертикальный и горизонтальный адсорберы имеют корпус 1 со слоем адсорбента, находящимся на опорно-распределительной решетке 2.

Рис. 30.1. Адсорберы с неподвижным слоем адсорбента: а — вертикальный; б — горизонтальный; 1 — корпус; 2 — опорно-распределительные решетки; 3 — люки для выгрузки адсорбента; 4 — люки для загрузки адсорбента; / - исходная смесь; 11 — конденсат; ///-отработанный газ; IV— пар на десорбцию; V- пар с адсорбтивом Исходная газовая смесь проходит через слой адсорбента сверху вниз. При десорбции водяным паром его подают через нижний штуцер, конденсат отводится через штуцер в днище, а пар вместе с десорбированным веществом уходит через штуцер в крышке. Загрузка и выгрузка адсорбента производится через люки 4 и 3.

Рис. 30.2. Схема рскупсрационной адсорбционной установки: 1, 2 — адсорберы; 3 — конденсатор водяного пара и паров десорбированного вещества; 4 — калорифер; 5 — конденсатоотводчик; I, II, III, V—(см. рис. 30.1); IV- воздух; VI- острый водяной пар; VII- вода Вертикальные адсорберы применяют для адсорбции газов в случае малой и средней производительности. Для обработки больших объемов газов (порядка 30 000 м³/ч и выше) используют горизонтальные и кольцевые (здесь не представлены) адсорберы, обладающие незначительным гидравлическим сопротивлением.

Несмотря на периодичность работы аппаратов с неподвижным слоем адсорбционные установки работают в циклично-непрерывном режиме, благодаря включению нескольких адсорберов Причем их число определяется продолжительностью адсорбционно-десорбционного цикла.

Схема рекуперационной установки представлена на рис 30.2.

Исходную газовую смесь подают в адсорбер 1, заполненный активным углем. После насыщения слоя в адсорбере 1, его переключают на стадию десорбции, а исходную смесь направляют в адсорбер 2. Адсорбент регенерируют острым водяным паром VI, подаваемым в нижнюю часть адсорбера. Острый водяной пар уносит пары адсорбата в конденсатор 3. Конденсат адсорбата в смеси с водой идет далее на разделение. Сушку адсорбента производят горячим воздухом ГУ, подаваемым в адсорбер через калорифер 4. Охлаждают адсорбент атмосферным воздухом, подаваемым по обводной линии.

Число стадий цикла работы адсорбционной установки может составить четыре (адсорбция, десорбция, сушка, охлаждение) или две (адсорбция, десорбция). Двухстадийными являются короткоцикловые безнагревные адсорбционные установки, служащие для очистки и разделения газов (рис. 30.4).

Газовая смесь поступает под небольшим давлением в адсорбер 1, где в течение нескольких минут происходит адсорбция одного из компонентов. После этого из адсорбера 1 под вакуумом десорбируют и откачивают поглощенный компонент, в то время как адсорбер 2 работает в режиме адсорбции.

Короткоцикловые адсорбционные установки отличаются компактностью и малой энергоемкостью, поскольку отсутствует подвод теплоты на стадии десорбции. Применение таких установок ограничено системами, в которых адсорбционное равновесие характеризуется пологими изотермами адсорбции.

Адсорберы с псевдоожиженным и плотным движущимся слоем адсорбента. Периодичность работы каждого адсорбера в установках, включающих аппараты с неподвижным слоем, делает их громоздкими (за.

Рис. 30.3. Схема короткоцикловой безнагревной адсорбционной установки: 1, 2 — адсорберы; I- исходная смесь; // -обедненный газ; ///-адсорбтив.

Рис. 30.4. Многоступенчатый адсорбер с псевдоожиженным слоем: 1 — корпус; 2 — распределительные решетки; 3 — переточная труба; 4 — затвор — регулятор; / — исходная смесь; II — адсорбент; ///-отработанная смесь.

Рис. 30.5. Адсорбер с плотным движущимся слоем адсорбента: / - зона адсорбции; II — зона ректификации; /// — зона десорбции; VIII- греющий пар; XI — конденсат; / - распределительные решетки; 2 — холодильник; 3 — бункер для подачи адсорбента; 4 — затвор — регулятор; 5 — газодувка; IV — исходная смесь, V, VI - легкая и тяжелая фракции; VII — вода; VIII - греющий пар; IX- конденсат исключением короткоцикловых) и создает трудности при их автоматизации. Этих недостатков лишены адсорберы непрерывного действия с псевдоожиженным и плотным движущимся слоем адсорбента. Внедрение этих установок в промышленность сдерживается недостаточной прочностью адсорбентов, подвергающихся в этом случае интенсивному измельчению.

Аппараты с псевдоожиженным слоем адсорбента в целях снижения продольного перемешивания секционируют по высоте. Их устройство аналогично тарельчатым барботажиым колоннам.

Многоступенчатый адсорбер с псевдоожиженным слоем (рис. 30.4) состоит из ряда секций, расположенных в цилиндрическом корпусе 1. Секции разделены распределительными решетками 2. Адсорбент II входит в аппарат через верхнюю трубу и далее по переточным трубам 3 движется противотоком по отношению к сплошной фазе, подаваемой снизу / и отводимой сверху — III. Отвод твердой фазы II адсорбента из аппарата производится с помощью затвора-регулятора 4.

Адсорбционный аппарат с плотным движущимся слоем служит для разделения газовых смесей (рис 30.5).

Аппарат состоит из адсорбционной I и ректификационной II зон, где происходит разделение газовой смеси, и десорбционной зоны III — для регенерации адсорбента. Зоны отделены распределительными решетками 1 Адсорбент непрерывно циркулирует в аппарате: сначала он охлаждается в холодильнике 2, затем проходит адсорбционную зону /, где поглощает преимущественно тяжелые компоненты VI, обогащая газ легкой фракцией К, которую отбирают из адсорбционной зоны.

При прохождении адсорбентом ректификационной зоны II частично поглощенная легкая фракция вытесняется парами тяжелой, выходящими из десорбционной зоны III. Тяжелую фракцию VI отбирают на выходе из десорбционной зоны III. Регенерированный горячий адсорбент в зоне III пневмотранспортом (с помощью газодувки 5) направляют в бункер 3, откуда он снова поступает в холодильник 2.