Адсорбция примесей из газов

Рис. 4.27. Схема адсорбционной установки периодического действия для очистки
газовых выбросов:
1 - адсорбер, 2,10,12 - вентиляторы, 3 - фильтры, 4 - огнепреградитель, 5,8 - холодильник, 6 - разделитель, 7 - конденсатор, 9 - сборник, 11 - калорифер, 13 - гидрозатвор
Рабочий цикл каждого аппарата-адсорбера для очистки газовых выбросов состоит из трех стадий:

• 
  1) насыщение адсорбента поглощаемым веществом;
  
• 
  2) десорбция поглощенного вещества;
  
• 
  3) охлаждение адсорбента.
  

Адсорберы периодического действия для очистки газовых выбросов представляют собой вертикальные (рис. 4.28, а) или горизонтальные (рис. 4.28, б) цилиндрические аппараты с опорно-распределительными решетками, на которых лежит слой адсорбента. Разделяемая парогазовая смесь проходит через слой адсорбента снизу вверх или сверху вниз.

Рис. 4.28. Конструктивные схемы адсорберов периодического действия:
а - кольцевой; б - горизонтальный; в - вертикальный;

• 
  1 - корпус; 2 - слой адсорбента; 3 - труба для подачи парогазовой смеси при адсорбции;
  
• 
  4 - барботер для подачи острого пара при десорбции;
  
• 
  5 - труба для выхода инертных газов при адсорбции; 6 - труба для выхода пара при десорбции
  

Для адсорбции веществ из разбавленных смесей применяют кольцевые адсорберы (рис. 4.28, в), где газовый поток проходит в радиальном направлении через кольцевой слой адсорбента.
При необходимости ускорения процессов теплообмена при адсорбции и десорбции, а также для получения высококонцентрированного адсорбата применяют кожухотрубные адсорберы (рис. 4.28, г), где адсорбент расположен внутри труб, а теплоносители циркулируют в межтрубном пространстве.
Основные недостатки адсорберов периодического действия заключаются в неполном использовании адсорбционной емкости адсорбента и низкая степень использования самих адсорберов из-за совмещения в одном рабочем объеме стадий адсорбции и регенерации.
Указанные недостатки отсутствуют в адсорберах непрерывного действия, где адсорбент непрерывно движется в замкнутом цикле, проходя последовательно через зоны или аппараты для адсорбции, нагревания, десорбции и охлаждения адсорбента.
В промышленности обычно применяются непрерывно действующие многокамерные адсорберы с кипящим или псевдоожиженным слоем. На рис. 4.29 приведена установка, в которой адсорбция и десорбция осуществляются в псевдоожиженном слое поглотителя.

Рис. 4.29. Схема установки для адсорбции и десорбции в псевдоожиженном слое поглотителя:

• 
  1 - адсорбер; 2 - десорбер; 3 - подача регенерированного адсорбента;
  
• 
  4 - сепаратор; 5 - циклон; 6 - подогреватель; 7 - подача отработанного поглотителя в десорбер;
  
• 
  8 - рубашка для обогрева; 9 - холодильник; 10 — отвод смеси паров в конденсатор
  

При адсорбции газовых примесей для построения рабочей линии процесса необходимо располагать величинами динамической адсорбционной емкости адсорбента я_д по извлекаемому компоненту для заданных концентраций адсорбента на входе в адсорбер и выходе из него:

где с₀ - концентрация примеси в очищаемом газе на входе в адсорбер; w₀ - приведенная к сечению аппарата скорость газа; т_пр - время защитного действия слоя адсорбента.
Необходимая высота (длина) Н слоя поглотителя может быть рассчитана по общему уравнению массопередачи:

откуда высота слоя равна

где h_n=w_Q/3₀ - высота единицы переноса; - число единиц переноса по газовой
фазе.
Число единиц переноса определяют по формуле

Здесь у_н, у_к - начальная и конечная концентрация адсорбтива в парогазовой смеси, кг/м³; у - текущая (рабочая) концентрация адсорбата в парогазовой фазе, кг/м³; у - равновесная концентрация адсорбата в парогазовой фазе при заданных значениях у (определяются по кривой равновесия).
Уравнение (4.35) обычно решают методом графического интегрирования. Задавшись рядом значений у в интервале (у_и -у_к), строят график в координатах /(у-у*), затем измеряют площадь криволинейной трапеции /, ограниченную кривой аЪ, осью абсцисс и прямыми, проведенными из точек у_н и у_к (рис. 4.30).