Сорбционные процессы

Параметры и некоторые особенности процесса. 
Давление, с каким 
воздух поступает на продуцирование, как уже говорилось, составляет 0,2 – 
0,4 МПа. Давление при обратной продувке практически равно атмосферному. 
Оно отличается от него на величину гидравлических сопротивлений 
выводящих клапана и коммуникаций. Так как расход газа на обратную 
продувку, согласно уравнению (2.7), возрастает при увеличении Р
д
, то 
величину этих сопротивлений стараются предельно уменьшить, увеличивая 
диаметры прохода и сокращая длину коммуникаций. 

---

145 
Продолжительность стадий в кислородных установках обычно 
составляет 0,5 – 2 мин. Стадии более значительной продолжительности, чем 
2 мин, стараются не использовать, так как с их увеличением при заданной 
производительности возрастают габариты адсорберов. Длительность 
перепуска равна 20 – 40 с. При меньшей продолжительности количество 
перепускаемого газа слишком мало. При большой продолжительности 
перепуска приходится увеличивать объем ресивера. Но сам по себе перепуск 
в кислородных установках крайне важен. Расчеты показывают, что 
количество кислорода, вводимого в установку с разделяемым воздухом, и 
расход кислорода на собственные нужды (адсорбция и обратная продувка)
различаются друг от друга не сильно, практически на величину перепуска, и 
перепуск в известной степени и есть тот кислород, который будет выведен из 
адсорбера в виде продукции.
Ряд особенностей процесса связан со спецификой массообмена в нем. 
Гранула адсорбента находится в среде массово поглощаемого вещества – 
азота. Скорость его подвода к поверхности, т.е. внешняя диффузия, не может 
лимитировать общую скорость процесса. Внутренняя диффузия, как можно 
предполагать, благодаря высокой концентрации, то же протекает быстро. 
Массообмен, видимо, лимитируется продольной диффузией и эффективность 
процесса сильно зависит от конструктивных особенностей установки и 
адсорбера. 
Показателями качества кислородных установок, кроме концентрации 
кислорода в продукте (90 – 95 %), является отношение объема 
произведенного воздуха к количеству воздуха, поданного на разделение. В 
очень хороших установках оно составляет 1:15. В установках среднего 
класса равно 1 : 20. 
Адсорбционные генераторы кислорода применяют при сравнительно 
небольших потребностях в кислороде: и в области своего предпочтительного 
применения они не имеют конкурентов. Ими не являются даже мембранные 
процессы, так как содержание кислорода в обогащенном воздухе, 
произведенном мембранной установкой, не превышает 40 – 60 %.
2.7.6. Разделение воздуха – 2 
В безнагревных адсорбционных процессах целевым продуктом, как 
правило, является хуже адсорбирующийся компонент смеси, который 
выводится из установки в стадии адсорбции. Поэтому для выделения из 
воздуха азота применяют особый тип установок, в которых в качестве 
адсорбента применяют молекулярно-ситовой уголь с номинальным 
размером микропор 0,4 нм (МСУ- 4). Этот уголь имеет однородную 
пористую структуру, в которой представлены транспортные (макро- и 
мезопоры) и микропоры постоянного размера. Благодаря микропорам 
постоянного размера происходит ситовое разделение воздуха на 
адсорбирующийся кислород и не адсорбирующийся азот. На выходе из 
установки образуется продуктовый азотный поток. 

---

146 
В определенном смысле можно сказать, что адсорбционные установки 
для выделения азота из воздуха при комнатной температуре - это самые 
необычные адсорбционные установки. Действительно, разделение смеси 
(воздуха) в них происходит не в силу различной адсорбируемости 
компонентов, как имеет место при получении кислорода, а из-за различной 
скорости диффузии этих компонентов в структуре адсорбентов.
Промышленный процесс осуществляют в установках вакуумного типа, 
в напорных и напорно-вакуумных установках. Доминируют установки 
напорного типа, давление адсорбции в которых составляет 0,5 – 0,7 МПа. 
Азот чистотою 95 – 99,99 %, как правило, применяют в качестве защитных 
газов. Циклограмма работы и конструкция азотных установок не имеют 
принципиальных отличий от установок кислородных.
Специфика процесса заключается в особых свойствах адсорбента – 
угля. Необходимо отметить, что углеродный материал, имеющий 
однородные микропоры размером порядка 0,4 нм, сам по себе не 
используется в качестве адсорбента. Его рассматривают в качестве 
полупродукта и подвергают дополнительной обработке. Ее осуществляют 
путем адсорбции в транспортных порах угля бензола, который затем 
подвергают пиролизу. Образующаяся в ходе пиролиза кокс перекрывает 
устья микропор. Известно и второе направление получения молекулярно-
ситовых углей; оно заключается в отложении в объеме транспортных пор 
высокомолекулярных соединений, которые также перекрывают устья 
микропор.
Потребность в модифицировании устьев микропор для обеспечения 
молекулярно-ситового разделения воздуха, возможно, свидетельствуют о 
том, что эффект разделения достигается не столько при прохождении 
молекул через устья микропор, сколько из-за различий в скорости миграции 
молекул азота и кислорода через толщу отложений кокса или других веществ 
на входе в устья микропор. 
Азотные установки для разделения воздуха при комнатной температуре 
– промышленно освоенный тип адсорбционного оборудования. Лучшим 
адсорбентом для них являются ситовые угли, полученные в результате 
отложения кокса. 
2.7.7. Разделение углеводородов 
Короткоцикловые безнагревные процессы – это технология 
переработки газов. Для жидкостей она, естественно, непригодна. Но 
жидкость можно испарить, а пары переработать так, как перерабатывается 
газ. Такая схема применяется при переработке двух углеводородных потоков: 
бензинов и керосинов.