4.5.3. Конструкции адсорбционных аппаратов и методы проведения адсорбционно-десорбционных процессов
Процессы адсорбции могут проводиться периодически (в аппаратах с неподвижным слоем адсорбента) и непрерывно (в аппаратах с движущимся или кипящим слоем). Адсорбция – один из немногих процессов, когда полунепрерывные режимы (неподвижный слой сорбента и движение через него потока сплошной среды) вполне конкурентоспособны с непрерывными. Целикомпериодические процессы в промышленности используются нечасто (преимущественно при сорбции распределяемого компонента из отдельных порций жидкости). В полунепрерывных и периодических процессах стадии адсорбции, десорбции и активации обычно проводят поэтапно в одном и том же аппарате.
Следует отметить, что десорбция является важной стадией всего адсорбционно-десорбционного цикла, в значительной мере определяет экономику разделения и очистки газовых или жидких смесей (примерно 6070 % всех энергозатрат приходится на стадию десорбции).
К числу основных методов проведения процесса десорбции можно отнести высокотемпературную и вытеснительную (так называемую холодную) десорбции.
Первая осуществляется путем нагревания слоя адсорбента при пропускании через него десорбирующего агента (горячий воздух, инертный газ) или контактным нагревом (через стенку аппарата), в результате чего происходит выделение поглощенного компонента; вторая – путем вытеснения из адсорбента поглощенного вещества другим компонентом (например, водой).
Применение того или иного метода определяется спецификой адсорбционно-десорбционного процесса. Если поглощаемый адсорбентом компонент не является пожаро- и взрывоопасным, а также не разлагается и не полимеризуется при повышенных температурах, то наиболее рациональным методом является высокотемпературная десорбция. Если адсорбент, наоборот, пожаро- и взрывоопасен и т.д., вследствие чего происходит быстрое отравление адсорбционного производства и засорение целевого компонента продуктами распада, то применяется вытеснительная десорбция, проводимая при температуре 3080 °С.
В качестве десорбирующих агентов в промышленной практике используют острый насыщенный или перегретый водяной пар, пары органических веществ, а также инертные в данных условиях газы (например, N2). При этом десорбция может проводиться с наружным обогревом аппарата или без него, при атмосферном или повышенном давлениях.
При высокотемпературной десорбции цеолитов и силикагеля от водяных паров через них пропускают воздух с температурой примерно равной 200 °С для силикагеля, 300400 °С – для цеолитов.
Химическую регенерацию проводят обработкой адсорбента жидкими или газообразными реагентами при умеренных температурах (t<100 °C). В качестве реагентов используют кислоты, щелочи, различные окислители.
После проведения процесса десорбции следующей стадией восстановления адсорбционной способности (регенерации) адсорбентов является стадия охлаждения.
Адсорбционные процессы в аппаратах периодического действияс неподвижным слоем адсорбента могут проводиться четырех-, трех-, и двухстадийными способами.
Четырехстадийный способ: адсорбция, десорбция, сушка адсорбента, охлаждение.
При трехстадийном способеотсутствует охлаждение, например, при этом способе адсорбент охлаждается от работ, воздухом, поступает из аппарата, который находится на стадии адсорбции.
Двухстадийный способ осуществляется без обособления стадией сушки и охлаждения адсорбента. При этом различают способ с совмещением сушки и охлаждения со стадией адсорбции.
Из конструкций абсорбционных аппаратов с неподвижным слоем абсорбента наибольшее распространение получили цилиндрические адсорберы вертикального (рис. 4.55б) и горизонтального типов (рис. 4.55в). Абсорберы со слоем поглотителя кольцевого сечения (рис. 4.55а) используются сравнительно реже.
Установкам с неподвижным слоем адсорбента присущи следующие недостатки: большие энергетические затраты на преодоление гидравлического сопротивления адсорбента в аппарате и на проведение стадии десорбции; малая производительность установки по газу и жидкости, определяемая небольшими допустимыми скоростями потоков в адсорберах (wг=0,10,5 м/с,wж= = 0,0010,005 м/с); неполная степень отработки адсорбционной емкости адсорбента в слое и низкое использование объема аппарата; значительные производственные площади, занимаемые рядом адсорберов и многочисленным вспомогательным оборудованием; сложность автоматизации, проводимых процессов.
Адсорбционные процессы в аппаратах непрерывного действия разрабатываются по пути создания установок с движущимся и взвешенными слоями адсорбента. Внедрение их в промышленность сдерживается из-за недостаточной прочности адсорбентов, подвергающихся в псевдоожиженном и движущемся слоях интенсивному измельчению.
а) б)
в)
Рис. 4.55. Адсорберы периодического действия с неподвижным слоем поглотителя:
а – кольцевой; б – вертикальный; в – горизонтальный; 1 – гравийная засыпка;
2 – люк для выгрузки поглотителя; 3 – штуцер для отвода паров при десорбции;
4 – штуцер для подачи парогазовой смеси (при адсорбции) и воздуха (при сушке и охлаждении); 5 – люки для загрузки поглотителя; 6 – корпус; 7 – адсорбент; 8 – опорная колосниковая плита; 9 – штуцер для отвода отработанного газа (при адсорбции) и воздуха (при сушке и охлаждении); 10 – штуцер для отвода конденсата; 11 – барботер;
12, 13 – внутренняя и внешняя цилиндрические решетки
- Гидравлика и теплотехника
- Оглавление
- 1. Общие положения изучаемой дисциплины 10
- 2. Гидродинамика и ГиДродинамические процессы 22
- 3. Тепловые процессы и аппараты 118
- 4. Массообменные процессы и аппараты 162
- 5. Мембранные процессы 283
- Условные обозначения
- Введение
- 1. Общие положения изучаемой дисциплины
- 1.1. Классификация основных процессов и аппаратов
- 1.2. Кинетические закономерности основных процессов
- 1.3. Общие принципы расчёта химических машин и аппаратов
- 1.4. Применение метода моделирования для исследования и расчета процессов и аппаратов
- 2. Гидродинамика и ГиДродинамические процессы
- 2.1. Физические свойства жидкостей и газов
- 2.2. Основные уравнения покоя и движения жидкостей
- 2.2.1. Дифференциальные уравнения равновесия Эйлера для покоящейся жидкости
- 2.2.2. Практическое приложение уравнений гидростатики
- 2.2.3. Основные характеристики движения жидкостей
- 2.2.4. Уравнение неразрывности (сплошности) потока
- 2.2.5. Режимы движения жидкостей
- 2.2.6. Турбулентный режим
- 2.2.7. Дифференциальные уравнения движения жидкости
- 2.2.8. Дифференциальные уравнения движения Навье-Стокса
- 2.2.9. Уравнение Бернулли
- 2.2.10. Гидродинамическое подобие
- 2.2.11. Гидравлические сопротивления в трубопроводах и каналах
- 2.2.12. Движение тел в жидкостях
- 2.2.13. Движение жидкостей через неподвижные пористые слои
- 2.2.14. Гидродинамика псевдоожиженных слоев
- 2.3. Перемещение жидкостей (насосы)
- 2.3.1. Классификация и области применения насосов
- 2.3.2. Параметры насосов
- 2.3.3. Насосная установка
- 2.3.4. Основное уравнение лопастных машин (уравнение Эйлера)
- 2.3.5. Характеристики центробежных насосов
- 2.4. Сжатие и перемещение газов (компрессоры)
- 2.4.1. Классификация компрессоров
- 2.4.2. Поршневые компрессоры
- 2.4.3. Теоретический и рабочий процесс в поршневом компрессоре
- 2.4.4. Производительность действительного поршневого компрессора
- 2.4.5. Роторные компрессоры
- 2.4.6. Принцип действия, классификация и устройство турбокомпрессоров
- 2.5. Процессы разделения неоднородных смесей
- 2.5.1. Классификация неоднородных систем и способов их разделения
- 2.5.2. Материальные балансы процессов разделения
- 2.6. Осаждение
- 2.7. Фильтрование
- 2.8. Перемешивание в жидких средах
- 3. Тепловые процессы и аппараты
- 3.1. Способы передачи теплоты
- 3.2. Тепловые балансы
- 3.3. Температурное поле и температурный градиент
- 3.4. Передача тепла теплопроводностью
- 3.5. Тепловое излучение
- 3.6. Конвективный теплообмен
- 3.6.1. Теплоотдача
- 3.6.2. Дифференциальное уравнение конвективного теплообмена
- 3.6.3. Подобие процессов теплообмена
- 3.6.4. Теплоотдача при свободном и вынужденном движении жидкости
- 3.6.5. Теплоотдача при изменении агрегатного состояния
- 3.7. Сложный теплообмен
- 3.8. Процессы нагревания, охлаждения и конденсации
- 3.9. Теплообменные аппараты
- 3.9.1. Классификация и типы теплообменных аппаратов
- 3.9.2. Расчет теплообменных аппаратов
- 3.9.3. Выбор и проектирование поверхностных теплообменников
- 4. Массообменные процессы и аппараты
- 4.1. Основы массопередачи
- 4.1.1. Общие сведения о массообменных процессах
- 4.1.2. Основные расчетные зависимости массообменных процессов
- 4.1.3. Материальный баланс массообменных процессов
- 4.1.4. Движущая сила массообменных процессов
- 4.1.5. Модифицированные уравнения массопередачи
- 4.1.6. Основные законы массопередачи
- 4.1.7. Подобие процессов переноса массы
- 4.1.8. Связь коэффициентов массопередачи и массоотдачи
- 4.1.9. Массопередача с твердой фазой
- 4.2. Абсорбция
- 4.2.1. Равновесие при абсорбции
- 4.2.2. Материальный, тепловой балансы и кинетические закономерности абсорбции
- 4.2.3. Принципиальные схемы абсорбции
- 4.2.4. Конструкции колонных абсорбционных аппаратов
- 4.2.5. Десорбция
- 4.3. Перегонка жидкостей
- 4.3.1. Идеальные и неидеальные смеси
- 4.3.2. Простая перегонка
- 4.3.3. Ректификация
- 4.3.4. Ректификация многокомпонентных смесей
- 4.3.5. Тепловой баланс процесса ректификации
- 4.3.6. Специальные виды перегонки
- 4.3.7. Устройство ректификационных аппаратов
- 4.4. Экстракция
- 4.4.1. Жидкостная экстракция
- 4.4.2. Равновесие при экстракции
- 4.4.3. Материальный баланс экстракции
- 4.4.4. Кинетические закономерности процесса экстракции
- 4.4.5. Принципиальные схемы процесса экстракции
- 4.4.6. Конструкции экстракторов
- 4.5. Адсорбция
- 4.5.1. Равновесие в процессах адсорбции
- 4.5.2. Промышленные адсорбенты
- 4.5.3. Конструкции адсорбционных аппаратов и методы проведения адсорбционно-десорбционных процессов
- 4.6. Сушка
- 4.6.1. Равновесие в процессах сушки
- 4.6.2. Конструкции сушилок и области их применения
- 4.6.3. Материальный и тепловой балансы сушки
- Количество влаги, удаляемой в сушилке:
- 4.7. Кристаллизация и растворение
- 4.7.1. Общие сведения
- 4.7.2. Равновесие при кристаллизации
- 4.7.3. Кинетика процесса кристаллизации
- 4.7.4. Факторы, влияющие на процесс кристаллизации
- 4.7.5. Материальный и тепловой балансы кристаллизации
- 4.7.6. Кристаллизаторы
- 5. Мембранные процессы
- 5.1 . Процессы мембранного разделения смесей. Сущность процесса мембранного разделения смесей
- 5.2. Кинетика процессов мембранного разделения смесей
- 5.3. Влияние различных факторов на мембранное разделение
- 5.4. Мембраны
- 5.4.1. Уплотняющиеся (полимерные) мембраны
- 5.4.2. Мембраны с жесткой структурой
- 5.4.3. Жидкие мембраны
- 5.5. Физико-химические основы мембранных процессов
- 5.6. Баромембранные процессы
- 5.7. Диффузионно-мембранные процессы
- 5.8. Электромембранные процессы
- 5.9. Термомембранные процессы
- 5.10. Расчет мембранных процессов и аппаратов
- 5.11. Мембранные аппараты
- Библиографический список
- Гидравлика и теплотехника