4.2.2. Адсорберы непрерывного действия

Одним из путей интенсификации адсорбционного процесса является применение непрерывной адсорбции. Преимущества непрерывных адсорбционных процессов с движущимся плотным слоем сорбента следующие:

- высокая скорость парогазового потока в шихте (по сравнению со скоростями в стационарном слое);

- высокий коэффициент использования сорбента;

- отсутствие энергозатрат на периодическое нагревание и охлаждение в одном и том же аппарате;

- возможность полной автоматизации и простота обслуживания.

Недостатки непрерывных процессов:

- высокие требования к прочности зернистого сорбента (необходимо использовать высокопрочные адсорбенты сферической формы);

- необходимость применения дорогостоящего теплоносителя;

- эрозия аппаратуры;

- низкий коэффициент теплопередачи, что требует большие площади теплообменных поверхностей в колонне (холодильник, десорбер)

Непрерывность процесса может быть достигнута циркуляцией адсорбента в замкнутой системе и распределением в адсорбционной колонне локальных зон, в каждой из которых в оптимальных рабочих условиях осуществляется одна из основных стадий процесса: адсорбция, нагрев и десорбция, охлаждение и т.д.

Адсорбционные установки с движущимся слоем поглотителя относятся к установкам непрерывного действия. Адсорбент перемещается в аппарате плотным слоем под действием силы тяжести, что позволяет организовать непрерывную работу. Эти установки целесообразно применять для выделения целевого компонента из газа-носителя с использованием адсорбционной и десорбционной секций.

Схема адсорбера с движущимся слоем зернистого адсорбен­та показана на рис. 4.7, с псевдоожиженным слоем — на рис. 4.8.

Рис. 4.7. Адсорбер с движущимся слоем адсорбента: 1 – зона адсорбции; 2 – распределительные тарелки; 3 – холодильник; 4 – подогреватель;

5 – затвор.

Рис. 4.8. Схема многоступенчатого адсорбера с псевдоожиженным слоем: 1 – псевдоожиженный слой; 2 – решетка; 3 – переток; 4 – затвор.

Для перетока адсорбента с тарелки на тарелку используют различные переточные устройства (рис. 4.9). Переточное уст­ройство с дополнительным псевдоожиженным слоем адсорбента показано на рис. 4.10; с коническим запорным устройством — на рис. 4.11 и с автономным подводом газа — на рис. 4.12.

Рис. 4.9. Типы переточных трубок адсорбера:

а – цилиндрическая с коническим сужением; б – цилиндрическая с цилиндрическим сужением; в – коническая; г – цилиндрическая с подпорным диском; 1 – переточная трубка; 2 – тарелка; 3 – диск.

Рис. 4.10. Переточное устройство с дополнительным псевдоожиженным слоем адсорбента:

1 – основной псевдоожиженный слой; 2 – дополнительный слой; 3 – решетки.

Рис. 4.11. Переточное устройство с коническим запорным устройством:

1, 2 – патрубки; 3 – решетки; 4 – конус.

Рис. 4.12. Переточное устройство с автономным подводом газа:

1 – корпус перетока; 2 – щель; 3 – наклонная решетка; 4 – решетка.

Разработаны конструкции адсорберов с провальными та­релками и регулируемым свободным сечением (рис. 4.13). Пред­ложены также конструкции тарелок со спиралевидной щелью.

Рис. 4.13. Элементы двухслойных провальных тарелок:

а – угольные; б – квадратные; в - круглые.

Для непрерывной подачи в аппарат адсорбента применяют различные питатели (рис. 4.14). Расход адсорбента регулируется перемещением шибера или изменением числа оборотов звездочки или диска.

Рис. 4.14. Схемы типовых питателей:

а – шиберный; б – секторный; в – тарельчатый; 1 – шибер; 2 – звездочка; 3 – регулирующий патрубок; 4 – диск.

Преимуществом ожиженного слоя является высокая скорость теплопередачи при использовании охлаждающих трубок для отвода тепла адсорбции. Данный вариант также эффективен в тех случаях, когда требуется частая регенерация сорбента. Он может быть использован для адсорбции органических соединений из газов, имеющих очень высокую влажность, что требует частой регенерации используемого угля, при которой удаляется адсорбированная вода.

Одно из основных преимуществ, благодаря которому адсорберы с псевдоожиженным слоем находят применение – это возможность интенсивного теплоотвода из сорбционной зоны. Однако из-за быстрого насыщения адсорбента наиболее эффективной областью их использования является обработка газов с невысокой концентрацией загрязнителя.

Важной технологической проблемой, следствием которой является снижение экономической эффективности, нужно считать истирание сорбента, приводящее к его потерям. Желательно использовать очень твердые гранулы, устойчивые к истиранию.

Все преимущества и недостатки псевдоожиженного слоя характерны для фонтанирующего режима. Фонтанирование адсорбента особенно эффективно для осуществления процессов хемосорбции. Скорость процесса хемосорбции растет с увеличением дисперсности частиц, а тонкодисперсные частицы плохо поддаются псевдоожижению. Интенсифицировать процесс хемосорбции удобнее всего посредством организации фонтанирующего режима такого адсорбента.