Процеси та апарати адсорбційного очищення газів - Студопедія
Адсорбцією (газів) називають процес концентрування однієї або кількох компонентів (адсорбату) з газового середовища на поверхні розділу між газом і адсорбентом, наприклад на поверхнях мікропористих твердих тіл або поверхні рідини (поверхні краплі, бульбашки). При адсорбції поглинання (концентрування) відбувається поверхнях пористого адсорбенту. Зворотний процес називається десорбцією та застосовується для вилучення поглинених компонентів та регенерації (відновлення) адсорбенту з метою утилізації цінних речовин та повторного використання адсорбенту. Якщо адсорбція супроводжується хімічною реакцією між адсорбатом та адсорбентом, процес називається хемосорбцією. Якщо хімічна взаємодія відсутня, процес називається фізичною адсорбцією чи просто адсорбцією.
Метод адсорбції ґрунтується на фізичних властивостях твердих тіл з ультрамікроскопічною структурою. Молекули забруднювача прилипають до поверхні під впливом міжмолекулярних сил тяжіння Ван-дер-Ваальса. У цьому виділяється кількість теплоти не більше 2-20кДж/моль. Перевага фізичної адсорбції є оборотність процесу, тобто. при зниженні тиску або підвищенні температури адсорбований газ легко виділяється і сорбент багаторазово використовується.
Як сорбент застосовують мікропористі речовини, що мають велику площу поверхні на одиницю маси.
Розрізняють істинну, здавалося б і насипну щільності адсорбенту (табл. 6.2.1) [10]. Під істинною щільністю розуміють масу одиниці об'єму щільного адсорбенту (без урахування пор). щільність адсорбенту, що здається, - це маса одиниці об'єму пористого матеріалу адсорбенту. Насипна щільність є масою одиниці об'єму шару адсорбенту, включаючиобсяг пір у гранулах та проміжків між гранулами пекло сорбенту.
Пористі адсорбенти можуть мати макропори, перехідні пори та мікропори. Макропори мають середні радіуси і питому поверхню (поверхню, віднесену до одиниці маси адсорбенту) 0,5-2,0 м /г. Мала величина питомої поверхні свідчить про те, що макропори не відіграють помітної ролі у величині адсорбції, однак вони є транспортними каналами, якими адсорбуються молекули проникають вглиб гранул адсорбенту.
Щільність деяких адсорбентів, кг/
| Адсорбенти | Справжня щільність | Здається щільність | Насипна щільність |
| Активоване вугілля | 1750-2100 | 500-1000 | 200-600 |
| Силікагель дрібнопористий | 2100-2300 | 1300-1400 | 800-850 |
| Силікагель крупнопористий | 2100-2300 | 750-850 | 500-600 |
| Цеоліти | 2100-2400 | 1200-1400 | 600-800 |
Перехідні пори мають ефективні радіуси в інтервалі від до м, що значно перевищує розміри молекул, що зазвичай адсорбуються. Питомі поверхні перехідних пір можуть досягати 400 м/р. Перехідні пори заповнюються повністю при досить високих парціальних тисках пари сорбируемого компонента.
Середні радіуси мікропор знаходяться в області нижче. За розмірами мікропори можна порівняти з розмірами адсорбованих молекул. Енергія адсорбції в мікропорах значно вища, ніж при адсорбції в перехідних порах та макропорах, внаслідок чого відбувається різке підвищення адсорбційної здатності в ділянці малих концентрацій цільового компонента. Адсорбція в мікропорах при цьому призводить до їхнього об'ємного заповнення молекулами адсорбату. Одним із основних параметрівмікропор є їх обсяг. Питома об'єм мікропор (об'єм, віднесений до одиниці маси адсорбенту) становить приблизно м 3 /кг (або 0,1-0,5 см 3 /кг).
Активоване (активне) вугілля отримують термічною обробкою (випарювання) різних вуглецевих речовин, без доступу повітря. Питома площа поверхні активного вугілля становить / кг. Їх застосовують для очищення газів від різних домішок, органічних парів та неприємних запахів.
Активне вугілля – пористі вуглецеві адсорбенти, містити всі різновиди пір. По співвідношенню обсягів різних пор розрізняють активне вугілля: 1) першого структурного типу, що містять переважно тонкі мікропори ( )
Газове вугілля застосовують для уловлювання відносно компонентів, що погано сорбуються, присутніх в газовому потоці з невеликою концентрацією. Вони мають досить великий об'єм мікропор і помірно розвинену перехідну пористість. Таке вугілля використовується для поглинання речовин з температурою кипіння, набагато меншою за нормальну температуру. Їх можливо використовувати і для поглинання органічних речовин, що добре адсорбуються. Однак якщо концентрація цих речовин у газовому потоці значна, то визначальну роль при виборі набуває стадія десорбції. У цьому випадку доцільно застосовувати рекупераційне вугілля. Представниками газового вугілля, що випускається вітчизняною промисловістю та застосовуються для очищення газових викидів, є вугілля типу АГ, КАУ та СКТ різних модифікацій, а представниками рекупераційного вугілля – вугілля типу АР, APT та СКТ-3 (табл. 6.2.2).
Характеристика деяких марок активного вугілля
| Марка | Розмір гранул, мм | Насипна густина, кг/м 3 | Місткість, /г |
| СКТ | 1,0-3,5 | 380-500 | 0,45-0,59 |
| АГ−2 | 1,0-3,5 | 0,30 | |
| АГ−3 | 1,5-2,7 | 0,30 | |
| АГ−5 | 1,0-1,5 | 0,30 | |
| САУ | 1,0-5 | 0,36 | |
| Кау | 1,0-5 | 0,33 | |
| АР-3 | 1,0-5,5 | 0,33 | |
| APT | 1,0-6,0 | 550-600 | 0,33 |
| СКТ-3 | 1,0-3,5 | 420-450 | 0,46 |
Силікагелі та алюмелі представляють продукти термічної обробки зневоднення) гелів кремнієвих та алюмінієвих (гідроксід алюмінію)
кислот. Вони мають широкий набір пор різних розмірів, тому можуть поглинати відразу кілька компонентів. Цеоліти – природні та синтетичні алюмосилікати, що відрізняються високою однорідністю доби, а тому високою селективністю. Це дозволяє використовувати принцип «молекулярного сита», тобто. застосування набору цеолітів з різними розмірами пор для послідовної сорбції різних компонентів від дрібних молекул до великих.
Серед сорбентів особливе місце займають аніоніти та катіоніти – природні або синтетичні іонообмінні смоли у вигляді зерен розміром до 1-1,5мм, наприклад, сульфованого сульфату полістиролу.
Конструктивно адсорбери виконуються у вигляді кільцевих (рис.6.2.1), вертикальних (рис. 6.2.2) та горизонтальних ємностей [7].
Мал. 6.2.1 Кільцевий адсорбер: 1-корпус; 2-пористий сорбент; 3-пристосування для подачі гострої пари; 4-вихід адсорбату
Кільцевий адсорбер складається з корпусу 1 заповнений пористим сорбентом 2. Забруднений газ вводиться зверху, проходить шар мікропористого сорбенту 2, очищається і виходить з нижньої частини апарату. Для десорбції передбачено пристрої для подачі гострої пари 3 і вихід уловленого компонента при десорбції 4.
Мал. 6.2.2 Вертикальні адсорбери: 1-корпус; 2-шар активованого вугілля; 3-вхідний патрубок; 4-подача гострої пари при десорбції; 5-вихідний патрубок для очищеного газу; 6-патрубок для виходу пари при десорбції
Адсорбери також бувають періодичні та безперервні. У періодичних адсорберах шар сорбенту нерухомий, через нього пропускається газ, що очищається. Відпрацьований сорбент періодично замінюють або регенерують. У безперервних адсорберах сорбент постійно подається, а відпрацьований сорбент виводиться для регенерації. Адсорбція широко застосовується для уловлювання парів розчинника з повітря під час фарбування автомобілів; для очищення вихлопних газів автомобілів; для уловлювання парів ефіру, ацетону у виробництві нітроцелюлози та бездимного пороху; для уловлювання органічних смол та пар розчинника в системі вентиляції підприємств з виробництва скловолокна та склотканин; для уловлювання отруйних речовин на виході витяжних лабораторних шаф; для уловлювання радіоактивних газів (йод) при експлуатації ядерних реакторів та багато іншого.
Розглянемо роботу установки для видалення оксиду сірки (S02) з гарячого топкового газу з температурою області адсорбера (рис. 6.2.3).
Мал. 6.2.3 адсорбована установка для видалення S02 із гарячого топкового газу
Адсорбер 1 заповнений активованим деревним вугіллям. Гарячий газ через теплообмінник 2 де підігрівається повітря, подається в адсорбер. Адсорбент після насичення подається в десорбер 5 де нагрівачем 3 підтримується температура 300. 600°С. Регенерований адсорбент надходить у бункер 4, звідки знову може надійти в адсорбер 1 механічним шляхом.
Одним з основних параметрів при виборі адсорбенту є адсорбційна здатність до видобутогокомпоненту. Адсорбційна здатність, або маса речовини, поглинена одиницею маси адсорбенту в довільний момент часу, залежить від концентрації речовини, що адсорбується (парціального тиску Р,Па) у поверхні адсорбенту, загальної площі цієї поверхні, фізичних, хімічних та електричних властивостей адсорбуючих речовин та адсорбенту, температурних умов та присутності інших домішок.
На рис. 6.2.4 представлені ізотерми адсорбції на активованому вугіллі СКТ в діапазоні температур від до, з яких випливає, що зі збільшенням температури відбувається зниження адсорбційної здатності активованого вугілля. З урахуванням цих властивостей адсорбентів організується процес їхньої регенерації. Регенерацію здійснюють або нагріванням насиченого адсорбенту до температури, що перевищує робочу, або продуванням його парою або гарячим газом.
Мал. 6.2.4 Ізотерми адсорбції на активованому вугіллі СКТ при різних температурах: 1-20; 2-50; 3-100; 4-150
Чи не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком: