Сорбционные процессы

 
Циклические процессы с прямой регенерацией адсорбента паром 
предназначены для очистки газов с одновременным извлечением из них 
концентрата адсорбируемой фазы. 
Процесс очистки газа в этом методе 
осуществляется так же, как в процессе, в котором в качестве теплоносителя 
применяется газ. Отличия между процессами начинаются со второй стадии. 
В рассматриваемом процессе в ходе нее в адсорбер с насыщенным 
адсорбентом, вместо нагретого газа, противоточно вводят водяной пар. Его 
температура составляет 100 -120 º С. Контактирование пара с холодным 
адсорбентом сопровождается нагревом адсорбента, охлаждением и 
конденсацией пара. Десорбция поглощенных веществ идет в результате 
повышения температуры и смачивания адсорбента водой. Десорбат в виде 
паро-жидкостной смеси движется к холодному концу адсорбера и выводится 
из него. Он находится в концентрированном состоянии – в форме конденсата 
и легко утилизируется. 
Для того, чтобы описанные выше процессы протекали успешно, 
необходимо, чтобы нормальная температура кипения (Тн) вещества, которое 
является десорбатом, лежала в интервале температур 20 < Tн < 190 ºС. 
Верхний из пределов был обоснован в предыдущем разделе: это нормальная 
температура кипения, выше которой осуществление процессов регенерации 
невозможно и они заменяются процессами реактивации. Нижний предел – 
это температура окружающей среды (в том числе, охлаждающей воды), 
которую приобретает адсорбат, выходящий из адсорбера. Если его 
нормальная температура кипения ниже 20 º С, то, значит, адсорбат при 
атмосферном давлении и комнатных температурах не перейдет в 
конденсированное состояние и желаемый эффект концентрирования не будет 
достигнут. 
Для паровой десорбции пригоден только один адсорбент – активный 
уголь. Он стабилен в присутствии водяного пара и гидрофобен, т.е. теплота 
адсорбции воды на нем ниже теплоты ее конденсации. Эта особенность угля 
важна в завершающих стадиях адсорбционного цикла – при сушке угля и его 
охлаждении. На сухом и холодном адсорбенте вновь проводят очистку 
потока. Таким образом, традиционный процесс с паровой регенерацией 
адсорбента состоит из четырех стадий: очистка потока, паровая регенерация 
адсорбента, сушка адсорбента, охлаждение адсорбента. Циклограмма его 
приведена на рис.2.13 для случая, когда длительности всех стадий 
одинаковы. 

---

101 
Очистка
потока
Очистка
потока
Паровая
десорбция
Сушка
угля
Охлаждение
угля
Очистка
потока
Очистка
потока
Паровая
десорбция
Паровая
десорбция
Паровая
десорбция
Сушка
угля
Сушка
угля
Сушка
угля
Охлаждение
угля
Охлаждение
угля
Охлаждение
угля
A1
A2
A3
A4
Рис.2.13. Циклограмма четырехстадийного процесса с паровой 
регенерацией адсорбента 
Вещества, отвечающие температурным условиям осуществимости 
процесса, - это, как правило, углеводороды разных классов, широко 
используемые в промышленности в качестве летучих растворителей, и 
бензины. К растворителям относятся бензол, толуол, ксилол, ацетон, 
бутилацетат, трихлорэтилен, тетрахлоруглерод, метил- и этилацетаты, этанол
и прочие спирты и многие другие вещества. Их применяют в ряде отраслей 
промышленности (машиностроение, производство искусственных волокон, 
производство кино-фотоматериалов и др.) и, ни будь адсорбции, многие 
сотни тысяч тонн этих веществ были бы подвергнуты уничтожению. В
адсорбционном же процессе, в котором очистка газового потока сменяется 
паровой десорбцией, углеводороды переходят в форму конденсата и могут 
быть возвращены в основное производство и использованы повторно. 
Извлечение, целью которого является повторное использование, называют 
рекуперацией. 
Поэтому процессы рассматриваемого типа часто называют 
углепаровыми процессами рекуперации летучих растворителей. 
Область 
применимости 
этих 
процессов 
ограничена 
также
концентрационными пределами. Наличие нижнего предела связано с 
экономическими соображениями. Считают, что затраты на рекуперацию 
растворителя не должны превышать затраты на его синтез. Если это 
требование не соблюдается, то растворитель выгоднее сжечь, чем 
рекуперировать. Верхнее ограничение связано с пожаробезопасностью 
процесса рекуперации. Горючий уголь, угольная пыль, взрывоопасный 
углеводород, воздух – источник кислорода – в этом процессе присутствуют 
все составляющие, грозящие взрывом и пожаром. Требование безопасности, 
определяющее верхний предел, формулируется так: концентрация 
углеводорода в потоке не должна превышать 50 % от нижнего предела 
взрываемости (НПВ) углеводорода. Как видно из определений, оба 
ограничения на область применимости метода специфичны, т.е. зависят от 
типа углеволорода. Для грубой их оценки можно принять 2 < Cо < 20 г/м³., 
где Со – исходная концентрация извлекаемого вещества в воздухе, 
поступающем на очистку.

---

102 
Ограничение по коэффициенту разделения (К), столь существенное в 
процессе с теплоносителем – газом, в данном случае смысла не имеет. Все 
потоки, используемые в процессе рекуперации, независимы друг от друга. 
2.5.2. Технология процесса рекуперации