1.3. Расчет адсорбционной установки периодического действия с неподвижным слоем адсорбента

В схеме, приведенной на рисунке 1.4, адсорбер может работать по трем технологическим циклам: четырехфазному, трехфазному и двухфазному. При четырехфазном цикле последовательно проводятся адсорбция, десорбция, сушка и охлаждение адсорбента.

Три последние стадии представляют собой процесс регенерации адсорбента, то есть восстановления его способности поглощать целевые компоненты из исходной смеси.

В трехфазном цикле адсорбент после регенерации охлаждается исходной смесью в начале фазы адсорбции. При двухфазном цикле часть исходной смеси подается в адсорбере сначала с подогревом, а потом без него, или же в течение всей стадии адсорбции смесь подается при одной температуре. Этим достигается совмещение сушки и охлаждения со стадией адсорбции.

Непрерывность процесса по газовой фазе обеспечивается соединением нескольких одинаковых адсорберов в батарею.

Несомненным достоинством таких установок является их простота и надежность, что при современных возможностях автоматизации компенсирует недостатки, связанные с периодичностью действия отдельных аппаратов.

Для обеспечения непрерывной работы установки необходимо иметь в схеме не менее двух адсорберов. Обычно, учитывая разное время протекания стадий, в одной установке монтируют от трех до шести адсорберов.

Приведенная на рисунке 1.4 схема адсорбционной установки рекуперации летучих растворителей работает по четырехфазному циклу, причем принципиально она практически не отличается от схемы на рисунке 1.1.

Рис. 1.4. Схема адсорбционной установки периодического действия с неподвижным слоем адсорбента: 1 – адсорбер; 2, 10, 12 – вентиляторы; 3 – фильтры; 4 – огнепреградитель; 5, 8 – холодильники; 6 – разделитель; 7 – конденсатор; 9 – сборник; 11 – калорифер; 13 – гидрозатвор

Непрерывность процесса по газовой фазе обеспечивается соединением нескольких одинаковых адсорберов в батарею.

Несомненным достоинством таких установок является их простота и надежность, что при современных возможностях автоматизации компенсирует недостатки, связанные с периодичностью действия отдельных аппаратов.

Для обеспечения непрерывной работы установки необходимо иметь в схеме не менее двух адсорберов. Обычно, учитывая разное время протекания стадий, в одной установке монтируют от трех до шести адсорберов.

Исходная смесь подается в адсорбер (1) вентиляторами (2) через рукавные фильтры (3), огнепреградитель (4) с разрывными мембранами и холодильник (5). Число адсорберов определяется в соответствии с графиком работы установки, составляемым в зависимости от производительности одного аппарата и продолжительности отдельных фаз цикла.

Очищенный в результате адсорбции газ удаляется из адсорбера. По окончании фазы адсорбции линия подачи исходной смеси (вентилятор, фильтр, огнепреградитель, холодильник) переключаются на следующий адсорбер, в котором уже прошли стадии регенерации адсорбента (десорбция, сушка, охлаждение), а в первом аппарате начинается десорбция.

Острый пар давлением 0,3–0,5 МПа подается на десорбцию в адсорбер (1) (давление в адсорбере до 0,05 МПа) через штуцер. Смесь извлекаемого компонента с так называемым динамическим паром (пар, который не конденсируется в слое адсорбента) выходит из адсорбера через штуцер А и поступает через разделитель (6) в конденсатор (7), холодильник 8 и сборник (9). Из сборника смесь идет на разделение (отстаивание, ректификация и т. д.).

Образовавшийся в адсорбере конденсат греющего пара (часть пара, идущего на нагрев системы до температуры процесса, на десорбцию извлекаемого компонента, на компенсацию отрицательной теплоты смачивания адсорбента водой и на компенсацию потерь тепла) удаляется через гидрозатвор (13).

Воздух для сушки вентилятором 10 нагревается в калорифере (11) до 80–100 °С, подается в адсорбер через штуцер А и удаляется из адсорбера через штуцер Б. Вентилятор 12 через штуцер А подает на охлаждение адсорбента атмосферный воздух, который удаляется из адсорбера через штуцер Б (при наличии в схеме только двух адсорберов для этой цели может быть использован вентилятор 10). На этом цикл заканчивается, и адсорбер переключается на стадию адсорбции.

Продолжительность фаз процесса принято изображать в виде графиков или таблиц, называемых циклограммами. Ниже приводится циклограмма работы рекуперационной установки [1], состоящей из двух адсорберов и работающей по четырехфазному циклу (а – адсорбция, д – десорбция, с – сушка, о – охлаждение):

Время, ч 1 2 3 4 5 6 7

Адсорбер № 1 а а а а а д с о

Адсорбер № 2 д д с о - а а а

Время, ч 8 9 10 11 12 13 14 15

Адсорбер № 1 - - а а а а д с о

Адсорбер № 2 а а д с о - а а а

Выбор цикла (четырех-, трех- или двухфазный) определяется технико-экономическим расчетом [3, 6], проводимым в каждом конкретном случае в зависимости от назначения процесса (рекуперация, обезвреживание отходов производства, создание безопасных условий труда и т. п.).

Минимальные значения концентраций растворителей в паровоздушной смеси, при которых еще обеспечивается окупаемость рекуперационных установок [1], приведены ниже:

Растворитель , кг/м³

Бутилацетат 1,5

Трихлорэтилен 1,8

Этанол 1,8

Бензин 2,0

Бензол 2,0

Метиленхлорид 2,0

Толуол 2,0

Ксилол 2,1

Метилацетат 2,1

Этилацетат 2,1

Ацетон 3,0

Тетрахлорид углерода 4,5

Сероуглерод 6,0