6.7. Устройство и принципы действия адсорбционных аппаратов.
Аппараты, в которых осуществляется процесс адсорбции, называются адсорберами. По состоянию слоя адсорбента в аппарате адсорберы можно разделить на три группы: 1 - адсорберы с неподвижным слоем адсорбента (аппараты периодического действия); 2 - адсорберы с псевдоожиженным слоем адсорбента; 3 - адсорберы с движущимся плотным слоем адсорбента. Последние две группы относятся к аппаратам непрерывного действия.
Адсорбер периодического действия с неподвижным слоем адсорбента. На рис.6.7 представлена схема адсорбера с неподвижным слоем адсорбента. Периодические процессы часто осуществляют в четыре стадии.
Рис. 6.7.Адсорбер с неподвижным слоем адсорбента: 1 - корпус; 2 - штуцер для подачи исходной газовой смеси (при адсорбции) и воздуха (при сушке и охлаждении); 3 - штуцер для отвода очищенного газа (при адсорбции) и воздуха
(при сушке и охлаждении); 4 - барботер при подаче острого водяного пара при десорбции; 5 - штуцер для отвода водяного пара при десорбции;
6 - штуцер для отвода конденсата водяного пара; 7 - люк для загрузки адсорбента;
8 - люки для выгрузки адсорбента; 9 - слой адсорбента; 10 - колосниковая решетка, на которую насыпан адсорбент.
Первая стадия - собственно адсорбция, т.е. насыщение адсорбента поглощаемым компонентом. Исходная газовая смесь подается в корпус 1 аппарата через штуцер 2, проходит через слой адсорбента 9 и очищенные газы выходят через штуцер 3.
Вторая стадия - десорбция поглощенного компонента из адсорбента. Подача исходной смеси газов прекращается, и в аппарат подается водяной пар через барботер 4. Смесь паров десорбированного компонента и воды удаляется через штуцер 5. Конденсат водяного пара отводится из аппарата после десорбции через штуцер 6.
Третья стадия - сушка адсорбента. Перекрывается вход и выход водяного пара, после чего влажный адсорбент сушится горячим воздухом, поступающим в аппарат через штуцер 2 и выходящим из аппарата через штуцер 3.
Четвертая стадия - охлаждение адсорбента. Прекращается подача горячего воздуха, после чего адсорбент охлаждается холодным воздухом, поступающим в аппарат через штуцер 2 и выходящим через штуцер 3.
По окончании четвертой стадии цикл работы аппарата начинается снова со стадии адсорбции. Загрузку и выгрузку адсорбента производят периодически через люки 7 и 8.
На рис.9.8 показан по стадийный график работы двух адсорберов периодического действия в схеме установки непрерывного действия.
Рис.6.8.График работы двух адсорберов.
В данном случае время собственно адсорбции tа равно сумме времени стадий десорбции tд, сушки tc и охлаждения t0, т.е.
Если продолжительность стадий десорбции, сушки и охлаждения превышает продолжительность стадии адсорбции, то непрерывность работы установки достигается применением большего числа адсорберов.
Адсорбер с псевдоожиженным слоем адсорбента. На рис.6.9 показана схема адсорбера непрерывного действия с псевдоожиженным слоем адсорбента.
Рис. 6.9.Адсорбер с псевдоожиженным слоем адсорбента:
1 - корпус; 2 –газораспределительная решетка; 3 - сепаратор;
4 - штуцер для отвода очищенных газов; 5 - штуцер для подвода
исходной газовой смеси; 6 - труба для подвода свежего адсорбента;
7 - труба для отвода отработанного адсорбента; 8 – псевдоожиженный
слой адсорбента.
Работает адсорбер следующим образом. Исходная газовая смесь поступает в аппарат через штуцер 5, проходит через газораспределительную решетку 2 и псевдоожиженный слой адсорбента 8.
Адсорбент поглощает из газовой смеси адсорбтив, а очищенные газы входят в сепаратор 3, где очищаются от уносимых потоком газа частиц адсорбента, далее очищенные газы выходят из аппарата через штуцер 4. В аппарат непрерывно подается свежий адсорбент по трубе 6 и непрерывно из него отводится отработанный адсорбент по трубе 7. В случае, если заданной степени очистки в одном аппарате достигнуть нельзя, то устанавливается последовательно несколько аппаратов. В самом адсорбере (аппарате) протекает только стадия адсорбции, а регенерация отработанного адсорбента проводится в других аппаратах, которые на приведенной схеме не показаны.
Адсорбер непрерывного действия с движущимся плотным слоем адсорбента. На рис.6.10 приведена схема адсорбера непрерывного действия с движущимся плотным слоем зернистого адсорбента. Адсорбер представляет собою колонну, в которую встроены холодильник 1, подогреватель 7 и распределительные тарелки 2. Зернистый адсорбент, вводимый в аппарат, движется сверху вниз, скорость движения его регулируется внизу затвором-отводником 8.
Распределительные тарелки в адсорбере служат для равномерного распределения адсорбента по поперечному сечению аппарата и препятствуют переходу газовой фазы из одной зоны в другую. Холодильник 1 служит для охлаждения нагретого регенерированного адсорбента, который движется по трубкам, а в межтрубном пространстве движется холодная вода.
Рис. 6.10.Адсорбер с движущимся плотным слоем адсорбента:
1 - холодильник; 2 – распределительные тарелки; 3 - адсорбционная секция;
4 – распределительное устройство для исходной газовой смеси; 5 - патрубок для исходной газовой смеси; 6,10 - патрубки для входа и выхода горячего теплоносителя; 7 - подогреватель десорбционной секции; 8 – затвор-отводник адсорбента; 9 – распределительное устройство для острого водяного пара;
11 - патрубок для отвода водяного пара с продуктами десорбции;
12 - патрубок для отвода очищенных газов; 13, 14 - патрубки для ввода и вывода охлаждающей воды; 15 - патрубок для ввода острого водяного пара;
16 - патрубок для ввода очищенного абсорбента;17-патрубок для отвода влажного очищенного адсорбента.
Подогревание десорбционной зоны 7 служит для нагревания адсорбента в процессе десорбции. Адсорбент движется по трубам, а в межтрубное пространство поступает горячий теплоноситель. При движении сверху вниз адсорбент вначале охлаждается до указанной температуры в трубах холодильника 1 и через распределительную тарелку поступает в адсорбционную секцию 3. Здесь он взаимодействует с исходной газовой смесью, которая поступает из распределительного устройства 4 и движется противотоком к направлению движения адсорбента, т.е. вверх.
Очищенные от поглощаемого компонента газы выходят через штуцер 12. Адсорбент же через распределительную тарелку 2 поступает в зону десорбции, проходит через трубки подогревателя 7, где нагревается. Противотоком по отношению к адсорбенту движется вытесняющее вещество (острый водяной пар), которое поступает в зону десорбции через распределительное устройство 9. Водяной пар с вытесненным из адсорбента компонентом выходит из зоны десорбции через патрубок 11. Регенерированный влажный адсорбент выходит из аппарата через патрубок 17 и при помощи пневмотранспорта направляется в патрубок 16 адсорбера. При движении в линии пневмотранспорта (на схеме пневмотранспортная линия не показана) адсорбент сушится в потоке нагретого воздуха.