Материал: Аппаратура процессов разделения гомогенных и гетерогенных систем

Адсорбцию подразделяют на два вида: физическую и химическую. Физическая адсорбция в основном обусловлена поверхностными ван-дер- ваальсовыми силами, которые проявляются на расстояниях, значительно превышающих размеры адсорбируемых молекул, поэтому на поверхности адсорбента обычно удерживаются несколько слоёв молекул адсорбата. При химической адсорбции поглощаемое вещество вступает в химическое взаимодействие с адсорбентом с образованием на его поверхности химических соединений.

Процессы физической адсорбции избирательны и обратимы. Обратный процесс называют десóрбцией, которую используют для выделения поглощённых веществ и регенерации адсорбента. При регенерации активировнаных углей используют водяной пар, при регенерации силикагелей и цеолитов – горячие газы.

Наиболее рационально адсорбцию применять для обработки смесей с низкой концентрацией извлекаемых веществ. В этом случае увеличивается продолжительность работы адсорбционного аппарата на стадии собственно адсорбции до его переключения на десорбцию. Иногда адсорбцию применяют для тонкой очистки газов и жидкостей от остаточных содержаний компонентов после других методов разделения.

Типичными примерами адсорбции являются осушка газов и органических жидкостей, разделение смесей углеводородов, рекуперация растворителей, очистка вентиляционных выбросов и сточных вод.

Адсорбер с неподвижным слоем

Наибольшее распространение в промышленности находят вертикальные и горизонтальные адсорбционные аппараты с неподвижным слоем адсорбента. На рис. 44 изображён вертикальный цилиндрический адсорбер периодического действия. В корпусе аппарата расположена горизонтальная опорнораспределительная решётка, на которой размещён зернистый слой адсорбента. Исходная смесь проходит через слой сверху вниз, при этом адсорбируемый компонент – адсорбтив – поглощается адсорбентом. Очищенная от адсорбтива (обработанная) смесь проходит через опорную решётку и покидает аппарат. Для извлечения поглощённого вещества слой адсорбента обрабатывают водяным паром, пропуская его через слой снизу вверх. Часть пара конденсируется,

62

образовавшийся конденсат отводится через нижний штуцер аппарата. Остальная часть пара с содержащимся в ней адсорбтивом выходит из аппарата сверху.

Рис. 44. Вертикальный цилиндрический адсорбер с неподвижным слоем адсорбента:

1 – корпус; 2 – опорно-распределительная решётка; 3 – люки для выгрузки адсорбента; 4 – люк для загрузки адсорбента

63

Несмотря на периодичность работы аппаратов с неподвижным слоем, адсорбционные установки работают непрерывно, в них включают несколько адсорберов, причём их число определяется соотношением продолжительности процессов адсорбции и десорбции.

Достоинством таких аппаратов является возможность глубокого разделения смесей с концентрацией адсорбтива в выходящем газе порядка одной молекулы на миллион и высокая степень насыщения адсорбента, что уменьшает число стадий регенерации.

Адсорбер с псевдоожиженным слоем

Адсорберы с псевдоожиженным слоем позволяют упростить адсорбционную установку и снизить гидравлическое сопротивление аппарата. Внедрение этих установок часто ограничено недостаточной прочностью гранул адсорбентов, которые в псевдоожиженном слое подвержены механическому истиранию.

На рис. 45 изображён односекционный аппарат с псевдоожиженным слоем адсорбента. Он представляет собой цилиндрический вертикальный корпус, внутри которого смонтированы газораспределительная решётка и пылеотделающее устройство. Адсорбент загружается и выводится из аппарата через соответствующие трубы, находящиеся в его нижней и верхней частях. Исходная газовая смесь вводится в адсорбер через нижний патрубок и, пройдя через газораспределительную решётку, псевдоожижает слой гранул адсорбента. Пройдя через слой гранул, газовая смесь поступает в пылеосадительное устройство, где очищается от пыли, образующейся в результате постепенного истирания гранул.

Главным недостатком таких адсорберов является невысокая степень разделения из-за перемешивания абсорбента, структура потока которого близка к модели идеального смешения, что не позволяет получить низкие концентрации поглощаемого вещества на выходе и достичь высокой степени насыщения зерен адсорбента. Этот недостаток можно частично устранить применяя многосекционные абсорберы с псевдоожиженным слоем, работающие по принципу тарельчатых аппаратов. Вместо жидкости в этом случае с тарелки на тарелку перетекает псевдоожиженный слой зернистого адсорбента. Главная трудность при осуществлении такого процесса – предотвращение заторов зерен в переточных устройствах.

64

Рис. 45. Адсорбер с псевдоожиженным слоем:

1 – корпус; 2 – распределительная решётка;

3 – пылеотделяющее устройство

65