Пристрій та принципи дії адсорбційних апаратів
Апарати, у яких здійснюється процес адсорбції, називаються адсорберами. Станом шару адсорбенту в апараті адсорбери можна розділити на три групи: 1 - адсорбери з нерухомим шаром адсорбенту (апарати періодичної дії); 2 - адсорбери з псевдозрідженим шаром адсорбенту; 3 - адсорбери з щільним шаром адсорбенту, що рухається. Останні дві групи належать до апаратів безперервної дії.
Адсорбер періодичної дії з нерухомим шаром адсорбенту. На рис.6.7 представлена схема адсорбера з нерухомим шаром адсорбенту. Періодичні процеси часто здійснюють чотири стадії.
Мал. 6.7.Адсорбер з нерухомим шаром адсорбенту: 1 - корпус; 2 - штуцер для подачі вихідної газової суміші (при адсорбції) та повітря (при сушінні та охолодженні); 3 - штуцер для відведення очищеного газу (при адсорбції) та повітря
(при сушінні та охолодженні); 4 - барботер при подачі гострої водяної пари при десорбції; 5 - штуцер для відведення водяної пари при десорбції;
6 - штуцер для відведення конденсату водяної пари; 7 – люк для завантаження адсорбенту;
8 - люки для вивантаження адсорбенту; 9 - шар адсорбенту; 10 - колосникові грати, на які насипаний адсорбент.
Перша стадія - власне адсорбція, тобто. насичення адсорбенту поглинається компонентом. Вихідна газова суміш подається в корпус апарату 1 через штуцер 2, проходить через шар адсорбенту 9 і очищені гази виходять через штуцер 3.
Друга стадія - десорбція поглиненого компонента з адсорбенту. Подача вихідної суміші газів припиняється, і в апарат подається водяна пара через барботер 4. Суміш парів десорбованого компонента та води видаляється через штуцер 5. Конденсат водяної паривідводиться з апарату після десорбції через штуцер 6.
Третя стадія - сушіння адсорбенту. Перекривається вхід і вихід водяної пари, після чого вологий адсорбент сушиться гарячим повітрям, що надходить в апарат через штуцер 2 і з апарату через штуцер 3.
Четверта стадія - охолодження адсорбенту. Припиняється подача гарячого повітря, після чого адсорбент охолоджується холодним повітрям, що надходить в апарат через штуцер 2 і через штуцер 3.
Після закінчення четвертої стадії цикл роботи апарату починається знову зі стадії адсорбції. Завантаження та вивантаження адсорбенту проводять періодично через люки 7 та 8.
На рис.9.8 показаний стадійний графік роботи двох адсорберів періодичної дії у схемі установки безперервної дії.
Рис.6.8.Графік роботи двох адсорберів.
У разі час власне адсорбції tаровно сумі часу стадій десорбції tд, сушіння tcи охолодження t0, тобто.
Якщо тривалість стадій десорбції, сушіння та охолодження перевищує тривалість стадії адсорбції, то безперервність роботи установки досягається застосуванням більшої кількості адсорберів.
Адсорбер з псевдозрідженим шаром адсорбенту. На рис.6.9 показана схема адсорбера безперервної дії з псевдозрідженим шаром адсорбенту.
Мал. 6.9.Адсорбер із псевдозрідженим шаром адсорбенту:
1 – корпус; 2 -газорозподільні грати; 3 – сепаратор;
4 – штуцер для відведення очищених газів; 5 - штуцер для підведення
вихідної газової суміші; 6 - труба для підведення свіжого адсорбенту;
7 - труба для відведення відпрацьованого адсорбенту; 8 – псевдозріджений
Працює адсорбер в такий спосіб. Вихідна газова суміш надходить в апарат через штуцер 5,проходить через газорозподільну решітку 2 та псевдозріджений шар адсорбенту 8.
Адсорбент поглинає з газової суміші адсорбтив, а очищені гази входять в сепаратор 3, де очищаються від віднесених потоком газу частинок адсорбенту, далі очищені гази виходять з апарату через штуцер 4. В апарат безперервно подається свіжий адсорбент по трубі 6 і безперервно по трубі 7. Якщо заданого ступеня очищення в одному апараті досягти не можна, то встановлюється послідовно кілька апаратів. У самому адсорбері (апараті) протікає лише стадія адсорбції, а регенерація відпрацьованого адсорбенту проводиться в інших апаратах, які на наведеній схемі не показані.
Адсорбер безперервної дії з рухомим щільним шаром адсорбенту. На рис.6.10 наведена схема адсорбера безперервної дії з рухомим щільним шаром зернистого адсорбенту. Адсорбер є колоною, в яку вбудовані холодильник 1, підігрівач 7 і розподільні тарілки 2. Зернистий адсорбент, що вводиться в апарат, рухається зверху вниз, швидкість руху його регулюється внизу затвором-відвідником 8.
Розподільні тарілки в адсорбері служать для рівномірного розподілу адсорбенту по поперечному перерізі апарату та перешкоджають переходу газової фази з однієї зони в іншу. Холодильник 1 служить для охолодження нагрітого регенерованого адсорбенту, який рухається трубками, а в міжтрубному просторі рухається холодна вода.
Мал. 6.10.Адсорбер з щільним шаром адсорбенту, що рухається:
1 – холодильник; 2 – розподільні тарілки; 3 – адсорбційна секція;
4 – розподільний пристрій для вихідної газової суміші; 5 – патрубок для вихідної газової суміші; 6,10 - патрубки длявходу та виходу гарячого теплоносія; 7 - підігрівач десорбційної секції; 8 – затвор-відвідник адсорбенту; 9 – розподільний пристрій для гострої водяної пари;
11 - патрубок для відведення водяної пари з продуктами десорбції;
12 - патрубок для відведення очищених газів; 13, 14 - патрубки для введення та виведення охолоджувальної води; 15 - патрубок для введення гострої водяної пари;
16 - патрубок для введення очищеного абсорбенту; 17-патрубок для відведення вологого очищеного адсорбенту.
Підігрів десорбційної зони 7 служить для нагрівання адсорбенту в процесі десорбції. Адсорбент рухається трубами, а міжтрубний простір надходить гарячий теплоносій. При русі зверху вниз адсорбент спочатку охолоджується до зазначеної температури в трубах холодильника 1 і через розподільну тарілку надходить в адсорбційну секцію 3. Тут він взаємодіє з вихідною газовою сумішшю, яка надходить з розподільного пристрою 4 і рухається протитечією до напрямку руху адсорбенту, тобто. вгору.
Очищені від поглинається компоненти гази виходять через штуцер 12. Адсорбент через розподільну тарілку 2 надходить в зону десорбції, проходить через трубки підігрівача 7, де нагрівається. Протиструмом по відношенню до адсорбенту рухається витісняюча речовина (гостра водяна пара), яка надходить у зону десорбції через розподільний пристрій 9. Водяна пара з витісненим з адсорбенту компонентом виходить із зони десорбції через патрубок 11. Регенерований вологий адсорбент 7 допомогою пневмотранспорту направляється в патрубок 16 адсорбера. При русі лінії пневмотранспорту (на схемі пневмотранспортна лінія не показана) адсорбент сушиться в потоці нагрітого повітря.
КРИСТАЛІЗАЦІЯ.
Кристали є однорідними твердими тілами різної геометричної форми, обмежені плоскими гранями.
Кристалізацією називається процес утворення твердої фази у вигляді кристалів з розчинів та розплавів, а також з газів та пар.
- виділення кристалічної фази з розчинів та розплавів;
- глибокого очищення речовин від домішок;
Геометрична форма кристалів кожної речовини специфічна. Усього відомо 32 види симетрії кристалів.
У промисловості найбільшого поширення набула кристалізація з розчинів. Тому далі розглянемокристалізацію з розчинів.
Процес кристалізації відбувається лише у тому випадку, коли вихідна фаза перебуває у стані пересичення чи переохолодження. Пересиченими називають такі розчини, в яких концентрація розчиненої речовини вища за його розчинність. Оскільки пересичені розчини нестійкі, то їх виділяється надмірна кількість розчиненої речовини, тобто. відбувається процес кристалізації. Після припинення виділення кристалів розчин стає насиченим. Такий розчин називаютьматковим.
Кристалізація складається з двох основних стадій: утвореннязародків кристалів і зростання кристалів.Причому обидві стадії протікають одночасно. Якщо швидкість утворення зародків кристалів більша за швидкість їх зростання, то виходить велика кількість дрібних кристалів, і навпаки.
Тому тепловий ефект кристалізації дорівнює за величиною і протилежний за знаком теплового ефекту розчинення. Це означає, що речовини, що розчиняються з поглинанням теплоти, кристалізуються з виділенням теплоти і навпаки.
Упромисловості використовують два основних методи кристалізації:ізотермічний,в якому перенасичення розчину досягається видаленням частини розчинника шляхом випарювання при постійній концентрації( температура постійна), іізогідричний,при якому пересичення розчину досягається охолодженням розчину при збереження маси розчинника.
Використовуються також комбінований метод (комбінація перших двох) - кристалізація під вакуумом, при якій одночасно відбувається відгін розчинника та зниження температури. Крім розглянутих основних методів кристалізації в промисловості застосовується також висолювання, при якому
в розчин вводять добавки (солі, кислоти та ін) знижують розчинність кристалізуючої речовини.
Стадії процесу кристалізації:
- підготовка розчину (доведення розчину до пересичення),