Адсорберы

Адсорберы - это аппараты, в которых происходит разделение газовых, паровых или жидких смесей путем избирательного поглощения одного или нескольких компонентов исходной смеси поверхностью пористого твердого тела - адсорбента.

Наиболее часто адсорберы используют для разделения газовых или паровых смесей, очистки и осушки газа, улавливания из парогазовых смесей ценных органических веществ.

Процесс адсорбции является избирательным и обратимым. Это означает, что каждый адсорбент способен поглощать лишь определенные вещества и не поглощать другие вещества, содержащиеся в газовой смеси. Поглощенное вещество может быть выделено из адсорбента путем десорбции - процесса, обратного адсорбции.

В качестве адсорбентов используются твердые вещества в виде зерен размером 2 - 8 мм или пыли с размером частиц 50 - 200 мкм, обладающих большой пористостью (например, 1 г. активированного угля имеет поверхность пор от 200 до 1000 м², поверхность пор 1 г. силикагеля составляет до 500 м²).

Адсорберы подразделяют не следующие типы:

1) с неподвижным зернистым адсорбентом; 2) с движущимся зернистым адсорбентом; 3) c псевдоожиженным (“кипящим”) слоем пылевидного адсорбента.

Адсорберы с неподвижным слоем зернистого адсорбента представляют собой полые вертикальные или горизонтальные аппараты (рис. 5.9), в которых размещен адсорбент. Паровоздушная или газовая смесь, подлежащая разделению, подается внутрь корпуса 1 адсорбера через специальный штуцер. Внутри адсорбера смесь проходит через слой зернистого адсорбента, уложенного на решетке 2. Зерна адсорбента поглощают из смеси определенный компонент. После этого газовая смесь удаляется из адсорбера через выхлопной патрубок.

Рис.5.9. Адсорберы с неподвижным слоем зернистого адсорбента:

а- вертикальный; б- горизонтальный; 1- корпус; 2- решетка; 3,5- штуцера

Адсорбент может поглощать извлекаемый компонент до некоторого предела насыщения, после которого проводят процесс десорбции. С этой целью прекращают подачу паровоздушной смеси в адсорбер, а затем в аппарат подают перегретый водяной пар (или другой вытесняющий агент), который движется в направлении, обратном движению паровоздушной смеси. Паровая смесь (смесь паров воды и извлекаемого компонента) удаляется из адсорбера и поступает на разделение в ректификационную колонну или отстойник.

После десорбции, длящейся приблизительно одинаковое с процессом адсорбции время, через слой адсорбента пропускают горячий воздух, которым адсорбент подсушивается. Воздух входит в аппарат через паровой штуцер, а удаляется через штуцер для паровой смеси. Высушенный адсорбент затем охлаждается холодным воздухом до необходимой температуры.

Современный адсорбер оснащен системой приборов, которые в нужное время автоматически переключают потоки с адсорбции на десорбцию, затем на сушку и охлаждение. Чтобы установка непрерывно разделяла газовую смесь, ее комплектуют из двух или более адсорберов, которые включаются на поглощение и другие операции поочередно.

Адсорберы с движущимся слоем зернистого адсорбента представляют собой вертикальные цилиндрические колонны. Внутри этих колонн сверху вниз самотеком движется зернистый адсорбент. Типичная схема адсорбционной установки с подобным адсорбентом дана на рис. 5.10. Установка состоит из вертикальной колонны, разделенной перегородками на несколько зон, транспортных трубопроводов и теплообменников. Исходная газовая смесь подается под распределительную решетку 3, пройдя которую, она поднимается в опускающемся слое зернистого материала в зоне I. Здесь адсорбируются тяжелые компоненты газовой смеси, а легкая фракция удаляется из верхней части зоны I. Адсорбент, поглотивший тяжелую фракцию, опускается, проходит промежуточную зону II и десорбционную зону III. В десорбционной зоне III зерна адсорбента движутся по трубам теплообменника 4. В межтрубное пространство теплообменника подается конденсирующийся пар, который частично нагревает адсорбент. В нижнюю часть трубок теплообменника подается острый перегретый пар, который отдувает из адсорбента поглощенные тяжелые компоненты газовой смеси.

Наиболее тяжелая фракция удаляется вместе с паром из верхней части зоны III; часть же десорбированных, более легких компонентов в виде парогазовой смеси проходит в промежуточную зону II. Здесь парогазовая смесь вытесняет из адсорбента компоненты более легкие, чем десорбирующиеся в зоне III. Парогазовая смесь, называемая промежуточной фракцией, удаляется из средней части промежуточной зоны.

Регенерированный адсорбент, пройдя разгрузочное устройство 5 и гидравлический затвор 6, поступает к регулирующему клапану 7. Клапан перепускает зернистый адсорбент в необходимом количестве в сборник 8. Здесь зерна адсорбента подхватываются транспортирующим газом (например, газами легкой фракции) и по трубе 10 забрасываются в бункер 1. Из бункера адсорбент ссыпается в трубки водяного холодильника 2. Опускаясь по трубам холодильника, адсорбент охлаждается и поступает снова на адсорбцию в зону I. Для полного восстановления активности адсорбента некоторая часть его непрерывно ссыпается в теплообменник-реактиватор 11 и подвергается в его трубах высокому нагреву топочными газами, подаваемыми в межтрубное пространство теплообменника. Для отдувки из адсорбента поглощенных продуктов в трубы теплообменника снизу подается острый перегретый пар.

Адсорберы с псевдоожиженным слоем пылевидного адсорбента делят на одноступенчатые и многоступенчатые.

Одноступенчатый адсорбер этого типа (рис. 5.11) имеет полый цилиндрический сосуд 1, в нижней части которого закреплена газораспределительная решетка 2. Псевдоожижающий газ, он же и исходная смесь, подается под решетку. Пройдя отверстия решетки, газ входит в псевдоожиженный слой пылевидного адсорбента 3, где протекает процесс адсорбции. Газ по выходе из слоя очищается от пыли в циклоне и удаляется из аппарата. Адсорбент непрерывно вводится сверху в псевдоожиженный слой и удаляется через трубу. Регенерация адсорбента производится в другом аппарате, аналогичном по конструкции первому.

Многоступенчатый адсорбер представляет собой вертикальную колонну с колосниковыми или ситчатыми тарелками. Над каждой тарелкой создается небольшой псевдоожиженный слой адсорбента. Зерна адсорбента перетекают вниз с тарелки на тарелку по переточным трубам. Газовая смесь подается в колонну снизу. В колонне эта смесь, пройдя через отверстия в тарелках, движется противотоком к адсорбенту. Отработавший адсорбент выгружается внизу колонны через специальный затвор. Десорбция поглощенных продуктов из адсорбента производится в такой же колонне. Переброска адсорбента с колонны на колонну производится пневмотранспортом.