Нефт-газни қайта ишлаш жиҳозлари, ускуналари ва лойиҳалаш асослари

2. –расм. Ўзгарувчан қатламли узлуксиз ишлайдиган адсорбер
1 - ютилиш камераси;
2 - бункер;
3 - совуткич;
4 - десорбер.

Бу аппаратда адсорбент (кўмир) доимо циркуляция қилиниб турилади. Газдаги ютилувчи компонент адсорбентга ўтади.

Газ узлуксиз равишда ютилиш камерасининг пастки қисмига берилади. Кўмир бункерда совитувчи орқали ютилувчи камерага тушади. Сорбтив билан тўйинган кўмир десорберга тушади, у ерда ўта қиздирилган сув буғи ёрдамида иситилади ва қайта ишлатилади. Десорбердан сўнг кўмир узатиш трубасига ўтади ва пневматик усул билан ҳаво ёрдамида узатиш трубаси орқали бункерга узатилади. Қайта ишланган кўмирни узатиш учун ҳаво штуцер орқали чиқиб кетади. Кўмир эса қайтадан совуткич орқали ютилиш камерасига ўтади. Шундай қилиб адсорбент доимо харакатда бўлади.
Вакуум қайнаш қатламли адсорбентлар
Бу адсорберда адсорбент мавҳум қайнаш ҳолатида бўлади. Адсорбент узлуксиз равишда сеткани устига берилиб турилади. Газ аралашмаси маълум тезлик билан сетканинг остига берилади, сўнг сорбент қатламидан ўтиб уни мавхум қайнаш холатига келтиради. Тозаланган газ аппаратнинг юқори штуцеридан чиқиб кетади. Адсорбентнинг ортиқчаси тушириш трубаси орқали чиқиб кетади. Ўзида ютилувчи модданиг ушлаган бу адсорбент десорбция қилинади. Десорбция қилинган адсорбент қайтадан ишлатилади.

Бу хилдаги бир камерали аппаратларда қаттиқ заррачалар интенсив аралашиб, уларнинг қатламда бўлиш вақти ҳар хил. Натижада заррачаларнинг ютилаётган компонент билан тўйиниш даражаси ҳам турлича бўлади. Бундан ташқари бу аппарат- ларда фазаларнинг йўналиши бир томонлама бўлса, газ фазасида адсорбент қатламидаги ўртача концентрацияга мос келади.

Мувозанат ҳажмдаги концентрация-дан кам бўлган адсорбтивнинг концентрациясига эришиш қийин.
Суюқлик аралашмаларини тозалаш учун узлуксиз ишлайдиган штикли адсорберлар ишлатилади.
Аппаратнинг чап қисмидан адсорбент вертикал шнек воситасида вақтга қараб харакат қилади. Сўнгра горизонтал шнек воситасида аппаратнинг ўнг қисмига ўтиб, тўйинган адсорбент вертикал шнек ёрдамида юқорига кўтарилиб, аппаратдан штуцер орқали чиқиб кетади. Ютилиши лозим бўлган компонент билан аралашган суюқлик оқиши аппаратнинг ўнг қисмидан берилиб, адсорбентнинг оқимига қарама-қарши харакат қилиб тозаланган суюқлик аппаратниннг чап қисмидан штуцер орқали чиқиб кетади.
3. Юқори активликка эга бўлган адсорбентлар қимматбахо материаллар қаторига киради, шу сабабли улардан бир неча маротаба фойдаланиш мақсадга мувофиқдир. Бунинг учун адсорбция жараёнида суюқ адсорбент регенирация қилинади, яъни унда ютилган модда ажратиб чиқарилади. Адсорбцияга тескари усуллар билан регенирация килиниши мумкин:

1. 
   Адсорбентнинг ҳароратсини кўпайтириш ёки унинг устидаги босимни камайтириш.
   
2. 
   Адсорбент қатламидан исталган газ ва қиздирилган буғни хайдаш.
   
3. 
   Адсорбентда ютилган компонентларни адсорбцион хоссаси юқори бўлган бошқа модда ёрдамида сиқиб чиқариш.
   

Ҳарорат қанча юқори бўлса десобция жараёни шунча тез ва тўла боради. Ҳароратни тўғри танлаш катта аҳамиятга эга. Танланган ҳарорат ютилган компонентларни адсорбентдан тўла ажратиб чикаришни ва адсорбентнинг ўта қизиб парчаланиб кетмаслигини таъминлаши лозим. Регенерация пайтида адсорбентнинг активлиги бироз камаяди.
Юқори ҳароратларда осон парчаланиб кетадиган моддаларни десорбция қилишда сиқиб чиқариш усулини қўллаш мақсадга мувофиқ бўлади. Бундай усулда ҳарорат 40-80 С бўлганда, фойдаланиш яхши самара беради. Хар бир шароит учун тегишли ҳарорат чегералари қабул қилинади. Масалан, газларни цеолитлар ёрдамида қуритилгандан сўнг, десорбция жараёни (намликни адсорбентдан ажратиб чиқариш) ни амалга ошириш учун ҳарорат 300-400 С дан ортмаслиги керак. Адсорбентни тўла регенирация қилиш учун десорбциядан кейин адсорбентни қуритиш ва сўнгра совитиш зарур. Шундан сўнг адсорбциянинг янги усулини бошлаш мумкин. Десорбция жараёни адсорбцияга кўра анча юқори ҳароратларда олиб борилади, шу сабабли десорбциянинг вақти адсоробцияникига нисбатан кам бўлади.
4. Даврий ишлайдиган адсорберлар. Бундай қурилмалар ҳисобланилганда уларнинг диаметри ва баландлиги топилади. Ўзгармас қатламли адсорберларнинг диаметри қуйидаги тенглама орқали аниқланади:
D = V/(0,785w₀)
бу ерда V - адсорбент қатламидан ўтаётган газ аралашмаси ёки эритмасининг ҳажмий сарфи;
w₀ - газ аралшамси ёки эритманинг қурилманинг бўш қисмига нисбатан олинган фиктив ёки келтирилган тезлиги.
Газ арашмаси (ёки эритма) нинг фиктив тезлигини тўғри танлаш мухим аҳамиятга эга. Агар адсорбция жараёнининг интенсивлиги ташқи диффузиянинг тезлиги орқали белгиланса, w₀ ортиши билан адсорбция тезлиги кўпаяди, бироқ бир вактнинг ўзида оқимни адсорбент қатлами орқали ўтказиш учун зарур бўлган энергия сарфи ортади. Шу сабабли хар бир аниқ шароит учун w₀ нинг аник қиймати топилади. Саноат миқёсида w₀ нинг қиймати 0,3 м/сек дан ортмайди. Адсорбернинг баландлигини аниқлаш адсорбент қатламининг баландлиги Н ни аниқлаш билан боғлиқ. Қатламнинг баландлиги қуйидаги тенглама орқали топилади.
Н = U(_а + _о)
бу ерда U - қатламдаги бир хил концентрацияли адсорбция фронти (ёки модда ўтказиш зонаси) харакатининг тезлиги;
_а - қатламнинг адсорбцион харакати ёки химоя қилиш вақти;
_о - қатламнинг химоя қилиш вақтининг йўқотилиши.
Модда ўтказиш зонасининг ўзгармас тезлиги моддий баланс тенгламасига асосан қуйидаги ифода орқали аниқланади.
U = w₀ (C_б/(С_б-C_o^))
бу ерда C_б - адсорбтивнинг оқимдаги дастлабки ҳажмий концентрацияси;
 - адсорбент қатламидаги эркин хажмнинг улуши;
C_o^ - мувозанатда бўлган адсорбент қатламининг хажм бирлигидаги адсорбтивнинг концентрацияси.
Адсорбция жараёни эффективлиги адсорбент қатламига газ аралашамаси берилгандан тортиб то тегишли компонентнинг адсорбентда ютилмасдан қатламнинг ташқи четида пайдо бўлиш моментигача кетган вақт билан ҳам характерланади. Вақтнинг ушбу қиймати қатламда ютилаётган моддаган нисбатан адсорбцион химоя қилиш вақти деб юритилади. Қатламнинг химоя қилиш вақти _а ни Н.А. Шисов ва унинг ходимлари томонидан таклиф этилган тенглама орқали топиш мумкин

11.1.-расм. Қатламнинг химоя қилиш вақти _а ни топиш эгри чизиғи

_а = КН - _о
бу ерда К - қатламнинг химоя қилиш коэффициенти.
Кw = const
3-расмдан яққол кўриниб турибдики _а нинг Н дан боглиқлиги силлиқ эгри чизиқни ташкил этиб, адсорбция фронти параллел холатда силжиган пайтда тўғри чизиқ куринишини эгаллайди.
Ушбу тўғри чизиқ эгиш бурчагининг тангенси қатламининг химоя қилиш коэффициентига тенг бўлади, яъни tg = К.
Амалий ҳисоблашларда қатламнинг химоя қилиш вақтининг йўқотилиши _о нинг қиймати тажриба натижалари асосида олинган қуйидаги тахминий боғлиқликлар ёрдаида аниқлнади:
_o = 0,5(Н_о/U)
бу ерда Н_о - модда ўтказиш зонасининг баландлиги.
Модда ўтказиш зонасининг баландлиги қуйидаги тенглама орқали ҳисобланади: Н_о = Un_оу/К_у
бу ерда n_оу - газ (ёки суюқлик фазаси бўйича ҳисобланган умумий ўтказиш сони).


бу ерда К_уи - газ (ёки суюқлик) фазаси бўйича ҳисобланган модда ўтказишнинг ҳажмий коэфффициенти.
Қатламни ҳимоя қилиш вақтини йўқолиши _о ни камайтириш учун газ аралашмасини қатламга бир меъёрда берилишини таъминлаш ва унинг адсорбент заррачаларини айланиб ўтиш шарт шароитларини яхшилаш керак. Масалан, адсорбция жараёнининг мавхум қайнаш холатида олиб бориладиган шароитни шундай танлаш мумкинки бунда _о бўлади.
5. Узлуксиз ишлайдиган адсорберлр. Адсорбернинг диаметри худди даврий ишлайдиган адсорберларга ўхшаш аниқланади. Адсорбент катламининг керакли баландлиги (ёки ҳажми) бошқа алмашиниш жараёнлари (абсорбция, ректификация ва хоказо) га ўхшаш модда ўтказишнинг умумий тенгламасига асосан топилади. Бунинг учун модда ўткзишнинг умумий тенгламасини қуйидаги дифференциал шаклга келтириш мумкин:
G_o d_у = K_y(y - y ^ )dv
Ўзгарувчан катталикларни ажратиб ва уларни 0 дан v гача (бу ерда v - адсорбент қатламининг ҳажми) ва у_б дан у_о гача (бу ерда у_б ва у_о газ арашамасидан ажратиб олинаётган компонентнинг бошланғич ва охирги концентрациялари) чегараларида интеграллаб қуйидаги ифодага эришамиз:


бу ерда- ўтказиш бирлигининиг сонини ҳисобга олган ҳолда юқоридаги тенгламадан адсорбентнинг ҳажмини аниқлаймиз:
V = (G_o  n_oy)/K_y
бу ерда - газ аралашмасининг ҳажмий сарфи;
- модда ўтказишнинг ҳажмий коэффициенти.
Қатламнинг ҳажми V ва кўндаланг кесими S га асосан униннг баландлиги (ёки узунлиги ) топилади: H = V/S
Агар қурилма цилиндрсимон шаклга эга бўлса, Н қуйидагича аниқланади: Н = 4V/d²
Кўп камерали мавҳум қайнаш қатламли адсорберлар учун хар бир тарелкадаги қатламнинг баландлигини h_î деб қабул қилиб (тахминан h_î = 50 мм). Сўнгра аппаратдаги тарелкалар сони аниқланади: n = H/h_o
Адсорбентнинг сарфи моддий баланс тенгламасига асосан топилади. Қарама-қарши оқимли (қаттиқ фаза юқоридан пастга, газ аралашмаси эса пастдан юқорига қараб харакат қилади) узлуксиз ишлайдиган қурилмалар учун модий баланс тенгламаси қуйидаги кўринишга эга:
L(а - а_v) = G(c - с_б)
бу ерда L, G - адсорбент ва ташувчи агентнин сарфи;
а_v , а - қурилмага киришда ва хохлаган қисмидага олинган адсорбент таркибидаги адсорбтив-нинг концентрацияси;
с_б , с - адсорбентдан чиқаётган ва унинг хохлаган кесими бўйича олинган оқимдаги адсорбент-нинг концентрацияси.
Агар жараён бошлаши ва охиридаги адсорбтивнинг концентрациялари аниқ бўлса иш чизиғининг оғиш бурчагига асосан адсорбентнинг минимал сарфи L_мин ни аниқлаш мумкин.
L_мин/G = (с_б - c_о)/(а_м - а_v)
бу ерда а_м - адсорбент таркибидаги адсорбтивнинг мувозанат концентрацияси.
Адсорбернинг хақиқий сарфи L_мин дан 10-30% кўп булади. Ҳисоблашларда адсорбентнинг хақикий сарфи L = 1,2L_мин деб олинади.
Десорберларни ҳисоблашда жараённинг давомийлиги (даврий жараёнлар учун) ва десорбция қилувчи агентлар (сув буғи, ҳаво ва х.к.) нинг сарфи аниқланади. Кўпинча бу қийматлар тажриба натижалари асосида танлаб олинади ёки тегишли тенгламалар асосида ҳисоблаб топилади.