Адсорбция

Размещено на http://www.allbest.ru/

Адсорбция

Адсорбция - процесс поглощения газов, паров или жидкостей поверхностью твёрдого тела, называемого адсорбентом.

Эффективными адсорбентами обычно являются вещества с высокоразвитой поверхностью. На практике в качестве адсорбентов применяются активированные угли, силикагель, отбеливающие земли, глины. Большое количество мельчайших пор образует значительную внутреннюю поглотительную поверхность адсорбента.

Так, на пример, поглотительная поверхность 1 грамма активированных углей доходит до 1000 м², а одного грамма отбеливающих глин - до 150 - 450 м², средний радиус пор от 2 - 3 до 100 А⁰. Адсорбенты применяются в виде шариков диаметром от 2 до 6 мм, порошка (20 - 500 мкм).

Адсорбция является одним из эффективных методов разделения газообразных или жидких смесей компонентов, отличающихся по химической структуре. Этот процесс широко распространён в промышленной и лабораторной практике, так как даёт достаточно высокую степень разделения.

С помощью метода адсорбции можно эффективно использовать для аналитических целей при определении количественного состава газообразных и жидких смесей.

Адсорбцию можно применять как для очистки смесей от нежелательных компонентов, так и наоборот, для извлечения из смеси желательных компонентов. Так, при очистке масел в качестве адсорбента используются отбеливающие земли - глины, они служат для удаления смол и некоторых нежелательных веществ (нафтеновых кислот, остатков кислого гудрона, растворителей и т. д.). С другой стороны, на угле адсорбционных газобензиновых заводов активированный уголь служит для улавливания из нефтяных газов газового бензина, который является целевым продуктом.

Адсорбция применяется для определения состава газа, углеводородного состава различных нефтепродуктов в жидком виде, потенциального содержания масел в нефти. Используется в промышленности для отбензинования природных и попутных углеводородных газов, разделения газов нефтепереработки с целью получения водорода, этилена и др. компонентов, для осушки газов и жидкости, выделения низкомолекулярных ароматических углеводородов (бензола, толуола, ксилолов), из соответствующих бензиновых фракций, для очистки парафина и др.

На использовании принципа адсорбции основана работа противогаза (создателем его является Н.Д. Зелинский).

Сравнительно недавно появился новый вид высокоэффективных адсорбентов - цеолиты или так называемые молекулярные сита, представляющие собой алюмосиликаты натрия или кальция с регулирующими размерами пор, сечение которых соизмеримо с размерами молекул. Отличительной особенностью этих адсорбентов является однородность пор по их размерам, поэтому они адсорбируют только те молекулы, которые могут проникнуть в эти поры (адсорбируют н-бутан и не поглощают изобутан).

Молекулярные сита производятся нескольких классов - диаметром пор от 4,5 до 12 А⁰. Для них характерна высокая адсорбционная ёмкость при повышенных температурах и низких концентрациях извлекаемых компонентов.

Молекулярные сита применяются:

- для разделения смесей газов или жидкостей по размерам молекул (отделение нормальных углеводородов от их изомеров);

- для осушки газов и жидкостей;

- для очистки газов и жидкостей от примесей при низкой их концентрации.

Весьма важной характеристикой адсорбентов является их активность, характеризующая поглотительную способность адсорбента по отношению к различным веществам.

Явление адсорбции, т.е. поглощение вещества поверхностью, объясняется наличием сил притяжения между молекулами адсорбента и молекулами адсорбируемого вещества.

Молекулы адсорбента находящиеся внутри его объёма, не обладают поглощающей способностью, так как силы притяжения между такими молекулами взаимно уравновешиваются.

Различают два вида адсорбции

- физическая;

- хемосорбция.

При физической адсорбции молекулы поглощаемого вещества удерживаются на поверхности абсорбента, не вступая с ними в химическую реакцию.

Связь молекул адсорбата (поглощаемого вещества) с адсорбентом не очень прочная. Процесс этот чаще всего эндотермический.

При хемосорбции молекулы адсорбата химически взаимодействуют с адсорбентом, связь между ними значительно прочнее, чем в первом случае.

Различные вещества по отношению к данному адсорбенту обладают различной способностью адсорбироваться (различной энергией адсорбции), поэтому при вводе в слои адсорбента смеси веществ преимущественно адсорбируются компоненты смеси, обладающие наибольшей адсорбируемостью. Это свойство называется избирательностью и является основой адсорбционного разделения.

Процесс адсорбции прекращается, когда активная поверхность адсорбента будет заполнена слоем молекул адсорбата.

Если в слой адсорбента ввести ввести сравнительно небольшое количество разделяемой смеси, то в этом случае адсорбируются все компоненты. Это происходит до тех пор, пока вся поверхность адсорбента не будет заполнена. Если продолжать подачу исходной смеси, то молекулы с более высокой адсорбируемостью будут вытеснять частично с поверхности адсорбента молекулы вещества с меньшей адсорбируемостью и установиться равновесие между адсорбированной и не адсорбированной средами.

Так, в случае адсорбции газовых компонентов в момент наступления равновесия количество адсорбированного газа определяется следующим выражением:

;(1)

где М - количество поглощённого адсорбентом компонента (в условиях равновесия);

L_a - количество адсорбента;

Р - парциальное давление поглощаемого компонента в смеси, находящейся над адсорбентом в момент равновесия;

m и ц - коэффициенты (определяются экспериментально), зависящие от температуры, природы адсорбента и извлекаемого компонента.

Величина б = M/L_a показывающая количество поглощаемого компонента на единицу количества адсорбента (в условиях равновесия) называется активностью адсорбента по отношению к данному компоненту.

Активность можно измерять в разных единицах (% масс на адсорбент, в граммах на кг. адсорбента и т. д.)

Если исходная смесь проходит через определённый слой адсорбента, то процесс также протекает послойно в направлении движения исходной разделяемой смеси. Адсорбционное разделение в данном слое адсорбента будет завершено, когда в потоке, выходящем из этого слоя, появится компонент, подлежащий извлечению из исходной смеси, т.е. когда поверхность адсорбента в соответствии с состоянием равновесия заполнится извлекаемым компонентом и наблюдается «проскок» этого компонента с уходящим потоком.

Количество вещества, адсорбируемого поверхностью, определяется состоянием равновесия и зависит от природы адсорбента и адсорбируемого вещества, концентрации вещества в исходной смеси, температуры процесса и, если адсорбция происходит в газовой фазе, то от давления.

По мере прохождения через слой адсорбента концентрация адсорбируемого вещества уменьшается, поэтому и количество адсорбируемого вещества по высоте слоя также изменяется. Максимальное значение соответствует состоянию равновесия с потоком, отходящим от слоя адсорбента. Изменение количества адсорбируемого вещества происходит на небольшой высоте слоя адсорбента. Если для процесса взят достаточно большой слой адсорбента, то большая часть его окажется полностью отработанной, т.е. насыщенной до состояния равновесия с исходной смесью.

Адсорбируемость вещества зависит от их природы, от структуры и природы адсорбента. Адсорбируемость углеводородов обычно возрастает с увеличением их молекулярного веса. Однако в большей степени она зависит от структуры их молекул (для ароматических углеводородов адсорбируемость возрастает с увеличением числа циклов).

Сернистые соединения имеют такую же и даже более высокую адсорбируемость, чем парафиновые и нафтеновые углеводороды, поэтому их адсорбцией не разделяют. Кислородные, смолистые и азотистые органические соединения имеют повышенную адсорбируемость по сравнению с компонентами углеводородной смеси, поэтому разделение их легко осуществить.

Адсорбируемость высокомолекулярных непредельных углеводородов изучена мало.

Изотерма адсорбции. Скорость адсорбции

Адсорбционное равновесие характеризуется определённой зависимостью между концентрацией или парциальным давлением вещества в растворе и на поверхности адсорбента. Количественно адсорбцию принято характеризовать изотермой адсорбции, которая связывает при данной температуре количество адсорбированного единицей веса адсорбента вещества (весовых, молекулярных или объёмных единицах) с составом или парциальным давлением (для газовой среды) разделяемой смеси.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1 - Изотермы адсрбции

Строятся изотермы на основе экспериментальных данных. Количество адсорбированного вещества возрастает с увеличением его концентрации (или парциального давления) и с понижением температуры адсорбции (сам процесс сопровождается выделением тепла). Наибольшее распространение имеют следующие уравнения адсорбции

а) Ленгмюра:

; (2)

б) Фрейндлиха:

;(3)

а - количество адсорбированного вещества на единицу веса адсорбента (его активность);

с - концентрация адсорбируемого вещества (для газовой смеси эту величину заменяют парциальным давлением Р);

к, в, п - константы, зависящие от природы адсорбента, адсорбата и температуры.

Одним из важных показателей, характеризующих процесс адсорбции является скорость адсорбции (от её значения зависят размеры аппарата).

В общем случае скорость адсорбции слагается из следующих скоростей:

- скорости подвода вещества к внешней поверхности зёрен адсорбента внешняя диффузия;

- скорости перемещения вещества внутри зёрен адсорбента по его порам внутренняя диффузия;

- скорость собственно адсорбции, которая протекает мгновенно и поэтому не лимитирует скорость процесса в целом.

- скорость процесса адсорбции будет лимитироваться только скоростью внешней диффузии, только скоростью внутренней диффузии или зависит одновременно от обеих стадий.

В зависимости от стадии, лимитирующей адсорбцию, скорость подразделяется на внешнедиффузионную, внутреннедиффузионную, смешанную. Внешнедиффузионная скорость зависит от гидродинамического режима (скорости потока), температуры, диаметра зёрен адсорбента, коэффициента диффузии в среде между зёрнами, вязкости и плотности среды. Внутреннедиффузионная скорость процесса определяется сложным явлением внутренней диффузии как в объёме пор, так и на их поверхности. Перемещение молекул в объёме пор зависит от диаметра пор, размера гранулы, размеров адсорбционных молекул, температуры и других факторов.

Наряду с перемещением молекул в объёме пор происходит перемещение их по поверхности адсорбента от одного активного центра к другому (фольмеровская или поверхностная диффузия). (При низкой температуре молекулы вещества адсорбируются на наиболее активных центрах, совершая при этом колебания. С увеличением температуры амплитуда колебаний увеличивается и молекула перескакивает на соседние не занятые центры. Для этого требуется определённая энергия активации, скорость растёт с увеличением температуры).

В общем случае твёрдое вещество имеет поры различной величины и формы, => перенос вещества внутри гранул адсорбента (в объёме пор и на поверхности) может происходить различными путями. Так как явления внешней и внутренней диффузии чрезвычайно сложны, то описать их математически трудно. Часто скорость адсорбции описывается уравнением Ленгмюра:

,

где а - величина (активность) адсорбции в момент ф;

а_? - величина равновесной адсорбции;

к - константа скорости адсорбции, зависящая от температуры и концентрации адсорбента.

На рисунке 2 представлены кинетические кривые адсорбции бензола из раствора в н-гептане мелкопористым силикагелем. Концентрация бензола составляет 120 ммоль/л раствора. Из рисунка видно, что скорость адсорбции сильно возрастает с повышением температуры от 20 до 40^оС из кривых следует, что данная система приближается к равновесию примерно на 95% за 20 минут при 40⁰С; за 35 минут при температуре 30⁰C и за 120 минут при температуре 20⁰С.



Рисунок 2 - Критические кривые адсорбции

Десорбция адсорбентов

Если в газовом потоке или в растворе, проходящем через слой адсорбента, концентрация (парциальное давление) адсорбируемого компонента ниже равновесной, то данные компоненты десорбируются с поверхности и переходят в газовый поток или раствор до тех пор, пока не установиться новое состояние равновесия.

На промышленных установках, предназначенных для разделения смесей, вслед за стадией адсорбции протекает десорбция поглощаемых компонентов с поверхности адсорбента, при этом происходит восстановление его адсорбционных свойств.

Процесс десорбции - регенерации адсорбента может быть осуществлён следующими основными способами.

Поглощённые компоненты с поверхности адсорбента вытесняются другим веществом, обладающим более высокой адсорбируемостью, затем это вещество отделяют от адсорбента. Так, при адсорбции углеводородных газов в качестве десорбирующего агента можно использовать водяной пар, который вытесняет углеводороды и занимает их место, т.к. обладает большей адсорбируемостью. При этом происходит конденсация водяного пара. Когда десорбция углеводородов закончена, для полного восстановления первоначальной активности адсорбент нужно высушить и охладить до температуры адсорбции. Десорбция в этом случае сопровождается разогревом адсорбента за счёт тепла конденсации водяного пара, что облегчает десорбцию. При адсорбции жидких углеводородных смесей в качестве десорбирующего агента можно использовать органические жидкости, обладающие более высокой адсорбционной способностью, чем поглощаемые компоненты, например, низкомолекулярные ароматические углеводороды (бензол, ксилол) или их смеси с полярными растворителями (спирты, кетоны).

Адсорбированные компоненты могут вытесняться веществом с меньшей адсорбируемостью (неполярные растворители), когда процесс десорбции происходит за счёт нарушения состояния равновесия между адсорбированной фазой и протекающим через слой адсорбента раствором из-за меньшей концентрации данных компонентов в растворе, чем это нужно по условию равновесия с адсорбированной средой. Так, при адсорбции нефтепродуктов десорбирующим агентом может быть бензиновая фракция, отличающаяся по температурным пределам кипения от пределов кипения исходной смеси, что позволяет затем отделить эту бензиновую фракцию обычной перегонкой.

Испарением адсорбированных компонентов при нагреве адсорбента или понижении общего или парциального давления в системе. Такой метод применяют при разделении смесей сравнительно летучих компонентов,

Окислительной регенерацией, когда адсорбированное вещество выжигают с поверхности адсорбента. Этот метод применяют, когда адсорбированные вещества отличаются весьма высокой адсорбируемостью и удалить их с поверхности адсорбента ранее рассмотренными методами трудно. К окислительной регенерации прибегают, если выжигаемые компоненты не являются целевыми и их потеря в виде продуктов сгорания допустима (при удалении с поверхности адсорбента смолистых веществ).

Процесс регенерации адсорбента можно осуществить комбинированным методом (из рассмотренных выше). Метод десорбции выбирают в зависимости от конкретных условий, свойств разделяемой смеси, масштаба производства и экономики процесса.

Дессорбция облегчается с повышением температуры (равновесие смещается) и расхода десорбирующего агента. Десорбция газообразных и легколетучих компонентов облегчается с повышением давления в системе.

Экономичность процесса адсорбционного разделения зависит в основном от режима десорбции - регенерации, т.к. значительная часть энергозатрат относится к стадии десорбции - регенерации (расход тепла на отгонку растворителя, нагрев адсорбента до температуры, соответствующей оптимальным условиям десорбции, расход водяного пара или газа для удаления растворителя из слоя адсорбента после десорбции (расход энергии на подачу воздуха в случае окислительной регенерации, расход воды на конденсацию и охлаждение растворителя и др.).

Расход десорбирующего агента - вод. пара или растворителя - зависит от адсорбируемости десорбируемых компонентов и растворителей, температуры десорбции и полноты извлечения десорбируемых компонентов.

Например, при разделении смесей газообразных углеводородов на активированном угле расход вод. пара на десорбцию составляет около 2,5 кг на 1 кг десорбируемого вещества. Этот пар при десорбции не конденсируется.

Кроме того, водяной пар расходуется на нагрев адсорбента, изоляции адсорбера и других элементов системы, а так dice на компенсацию, теплоты смачивания угля водой. Этот пар конденсируется и 80- 90% образующего конденсата остаётся в угле. При использовании неполярных растворителей температура десорбции равна 80 - 150^еС, а расход растворителя 100 -- 400% от веса адсорбента.

При работе с полярными растворителями десорбция протекает при температурах 40 - 80⁰С, а расход растворителя 50 - 200%.

Время, необходимое для процесса десорбции, значительно меньше, чем время адсорбции из-за более высокой температуры и меньшей вязкости среды.

При десорбции (регенерации) адсорбционная способность адсорбента может восстанавливаться полностью или частично в зависимости от адсорбируемости десорбирующих веществ, выбранного места десорбции, режима процесса (температуры, расхода десорбирующего агента и т д.). В ряде случаев оправданно частичное (неполное) восстановление адсорбционной способности адсорбента, т.к. при этом сокращаются эксплуатационные затраты.

Наибольшее снижение адсорбционной способности часто наблюдается после первой регенерации, в дальнейшем она снижается значительно меньше. Это объясняется тем, что с части поверхности адсорбента адсорбированные компоненты не удаляются и эта часть поверхности в дальнейшем процессе не участвует.

При использовании в качестве десорбирующего агента полярных растворителей обычно более полно восстанавливается адсорбционная способность адсорбента.

Многократно повторяющаяся окислительная регенерация приводит к полному восстановлению свойств адсорбента.

Температурный режим окислительной регенерации: 300 - 350⁰C для силикагелей и 600 - 650⁰С для алюмосиликатов катализатора крекинга. Перегрев адсорбента недопустим, так как он приводит к снижению адсорбционной способности.

Расчет адсорбера - десорбера

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3 - К расчету адсорбера

Уравнение материального баланса адсорбции по извлекаемому компоненту:

;(4)

,(5)

где М - массовый расход извлекаемого компонента, кг/ч;

L_a -- масса адсорбента;

а_и и а_к- относительные концентрации извлекаемого компонента в исходном и отработанном адсорбенте в кг/кг адсорбента;

G₀ - массовый расход исходной смеси, кг/ч

G - массовый расход отходящего из адсорбера потока, кг/ч;

Х_и и Х_к - массовые концентрации извлекаемого компонента соответственно в исходной смеси и потоке, выходящем из адсорбера.

Уравнения (4) и (5) можно привести к общему виду

(6)

Если G₀?G, или при условии, что концентрация компонента в отходящем потоке Х_к будет измеряться в кг/на кг исходного сырья. Уравнение (4), (5) и (6) используются для определения массы адсорбента L_а, загруженного в периодически действующий адсорбер, или для определения удельного расхода адсорбента L_а/G₀ (кратность циркуляции адсорбента) на непрерывно действующих установках с движущимся адсорбентом, а также для определения количества вещества М, извлекаемого в процессе адсорбции. В случае периодически действующего адсорбера со стационарным слоем адсорбента количество извлекаемого компонента М из исходной смеси G₀ соответствует продолжительности цикла адсорбции за время ф.

Из уравнений следует, что чем больше емкость адсорбента по извлекаемому компоненту (a_к), т.е. чем полнее отработан адсорбент и чем меньше величина а_и (т.е. чем полнее осуществляется регенерация адсорбента), тем меньше удельный расход адсорбента L_а/G₀. Расход адсорбента больше с увеличением концентрации извлекаемого компонента в сырье Х_и и с уменьшением концентрации этого компонента Х_к в отходящем потоке. Процесс адсорбции более экономичен при сравнительно невысоком содержании извлекаемых компонентов. Так, при разделении газовой смеси адсорбция экономически более выгодна, чем абсорбция для сравнительно сухих газов и не экономична для жирных газов.

При разделении жидких смесей адсорбция предпочтительнее экстракции для сырья, отличающегося сравнительно невысоким содержанием извлекаемых компонентов.

При расчёте адсорбера обычно известны количество исходной смеси G₀ и начальная концентрация извлекаемого компонента Х_и; величины а_к и Х_к можно найти при помощи изотермы адсорбции; концентрация а_и определяется полнотой десорбции (регенерации). При достижении состояния равновесия в адсорберах адсорбат с концентрацией извлекаемого компонента а_к в отходящем адсорбенте будет находиться в равновесии с исходным сырьём, т.е. в этом случае а_к = а_кр, а поток, отходящий из адсорбера, будет в равновесии с исходным адсорбентом, т.е. Х_к=Х_кр

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 4 - К определению концентраций в потоках отходящих из адсорбера

В действительности система не достигает состояния равновесия и степень приближения к равновесному состоянию зависит от таких факторов, как скорость протекания процесса (кинетика адсорбции), продолжительность и поверхность контакта. Во многих случаях система при сравнительно небольшой продолжительности контакта в значительной степени приближается к состоянию равновесия и поэтому для практических расчётов часть применяют:

а_к = (0,85-0,95)а_кр

Х_к = (0,85-0,95)Х_кр

Если адсорбер имеет стационарный слой адсорбента, то здесь выбор а_к и Х_к более сложен из-за неполноты отработки слоя адсорбента. В таких аппаратах отработка адсорбента происходит послойно в направлении движения потока разделяемой смеси, при этом только часть адсорбента отрабатывается полностью.

На рисунке 5 схематично показано распределение концентраций извлекаемого компонента по высоте слоя при условии приближения системы к состоянию равновесия. На высоте h, последний полностью отработан до концентрации а_кр, соответствующей состоянию равновесия с исходным газом. По высоте слоя h₂ концентрация извлекаемого компонента меняется от а_кр до а_и. Для расчёта материального баланса в адсорбере со стационарным слоем адсорбента величина а_к соответствует среднему содержанию извлекаемого компонента во всей массе адсорбента.

Рисунок 5- Распределение концентрации извлекаемого компонента по высоте слоя адсорбента

Адсорберы

Адсорберы с неподвижным слоем адсорбента. Наибольшее распространение в промышленности находят вертикальные и горизонтальные адсорбционные аппараты с неподвижным слоем (рис. 7.6).

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. 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 производятся через люки 4 и 3.

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.

а-вертикальный; б-горизонтальный; 1 - корпус; 2 - опорно-распределительная решетка; 3 - люки для выгрузки адсорбента; 4 - люки для загрузки адсорбента

Рисунок 6- Адсорберы с неподвижным слоем адсорбента

Несмотря на периодичность работы аппаратов с неподвижным слоем, адсорбционные аппараты работают непрерывно, в них включают несколько адсорберов, причём их число определяется в соответствии с продолжительностью адсорбционно-десорбционного цикла.

Схема рекуперационной установки представлена на рисунке 7.

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 паром.

Рисунок 7. Схема рекуперационной адсорбционной установки: 1, 2 - адсорберы; 3 - конденсатор водяного пара и паров десорбированного вещества; 4 - калорифер; 5 - конденсатоотводчик

Несмотря на периодичность работы аппаратов с неподвижным слоем, адсорбционные установки работают непрерывно, в них включают несколько адсорберов, причем их число определяется в соответствии с продолжительностью адсорбционно-десорбционного цикла.

Схема рекуперационной установки представлена на рисунке 7.

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

Число стадий цикла работы адсорбционной установки мо» составить четыре (адсорбция, десорбция, сушка, охлаждение), три (адсорбция, десорбция, сушка или охлаждение) или две (адсорбция, десорбция). Двухстадийными являются короткоцикловые безнагревные адсорбционные установки, служащие для очистки и разделения газов (рис. 8).

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

Рисунок 20-8. Схема короткоцикловой безнагревной адсорбционной установки (1, 2 - адсорберы)

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 плотно движущимся слоем адсорбента. Периодичность работы каждого адсорбера в установках, включающих аппараты с неподвижным слоем, делает их громоздкими (за 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 из-за недостаточной прочности адсорбентов, подвергающихся в псевдоожиженном и движущемся слоях интенсивному измельчению.

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

Многоступенчатый адсорбер с псевдоожиженным слоем (рис. 20-9) состоит из ряда секций, расположенных в цилиндрическом корпусе 1. Секции разделены распределительными решетками 2. Адсорбент входит в аппарат через верхнюю трубу и далее по преточным трубам 3 движется противотоком по отношению к сплошной фазе подаваемой снизу и отводимой сверху. Отвод твердой фазы из аппарата изводится с помощью затвора-регулятора 4.

Адсорбционный аппарат с плотно движущимся слоем, служащий для разделения газовых смесей, представлен на рис. 20-10.

Аппарат включает в себя адсорбционную I и ректификационную II зоны, где происходит разделение подаваемой газовой смеси, и десорбционную зону III, служащую для регенерации адсорбента. Зоны разделены распределительными решетками 1. Адсорбент непрерывно циркулирует в аппарате: сначала охлаждается в холодильнике 2, затем проходит адсорбционную зону 1, где он преимущественно поглощает тяжелые компоненты, обогащая газ легкой фракцией, которую отбирают зоны. При прохождении адсорбентом ректификационной зоны II частично поглощенная легкая фракция вытесняется парами тяжелой, выходящими из десорбционной зоны III. Тяжелую фракцию отбирают на выходе из десорбционной зоны II. Регенерированный в зоне III горячий адсорбент пневмотранспортом, с помощью газодувки 5, направляют в бункер 3, откуда он снова поступает в холодильник.

Рисунок 20-9. Многоступенчатый адсорбер с псевдоожиженным слоем: 1-корпус; 2-распределительные решетки; 3-переточная труба; 4-затвор-регулятор

Рисунок 20-10. Адсорбер с плотным движущимся слоем адсорбента: I-зона адсорбции; II-зона ректификации; III -зона десорбции; 1-распределительные решетки; 2-холодильник; 3-бункер для подачи адсорбента; 4- затвор-регулятор; 5-газодувка

Размещено на Allbest.ru

...