Десорбция поглощенных примесей

Десорбция поглощенных примесей

Необходимость периодической регенерации насыщенных целе­выми компонентами поглотителей предопределяет циклич­ность адсорбционных процессов. Среди операций (стадий), ос­новной целью которых является восстановление сорбционной способности адсорбентов, ключевой является десорбция, в связи с тем, что для ее проведения требуется от 40 до 70% общих за­трат по адсорбционной газоочистке. Этот процесс ведут, ис­пользуя в основном повышение температуры, вытеснение адсорбата лучше сорбирующимся веществом, снижение давления (в том числе создание вакуума) или комбинацию этих приемов. Возможность эффективного осуществления десорбции в ряде случаев предопределяет целесообразность выбора адсорбции среди других приемов газоочистки.

Термическую десорбцию реализуют, нагревая насы­щенный адсорбент до определенной температуры прямым контактом с потоком водяного пара, горячего воздуха. Температурный потенциал в области 100—200 °С обычно обес­печивает возможность десорбции целевых компонентов, погло­щенных активными углями, силикагелями и алюмогелями. Об­ласть температур от 200 до 400 °С, как правило, является дос­таточной для десорбции примесей, поглощенных цеолитами.

Вытеснительная десорбция, называемая также холодной, основана на различии сорбируемости целевого ком­понента и вещества, используемого в качестве вытеснителя (десорбента). Для десорбции поглощенных адсорбентом орга­нических веществ можно использовать диоксид углерода, амми­ак, воду, некоторые органические и другие вещества, способ­ные обеспечить эффективное вытеснение целевого компонента и относительную простоту последующей их десорбции из адсор­бента. Перспективно применение этого метода десорбции при организации адсорбционных процессов на основе использования цеолитов. Последние характеризуются повышенной адсорбцион­ной активностью в отношении паров воды, что предопределяет ее эффективность как десорбента поглощенных цеолитами ве­ществ.

Десорбция снижением давления может быть ре­ализована в двух вариантах:

 - редуцированием давления в сис­теме после насыщения поглотителя;  - созданием в ней разре­жения при осуществлении стадии адсорбции под нормальным давлением.

Вакуумная десорбция ввиду необходимости значи­тельных энергозатрат и обеспечения герметичности соответст­вующих установок крайне ограниченно используется в практике санитарной газоочистки. Принцип десорбции, основанный на перепаде давления между стадиями адсорбции и десорбции, нашел практическое воплощение в установках короткоцикловой безнагревной адсорбции, получающих в последнее время все более широкое применение в целях осушки воздуха и других газов.

Четырехфазный цикл включает последовательно фазы:

- адсорбции,

Рекомендуемые материалы

-  десорб­ции,

-  сушки,

-  охлаждения.

 Адсорбцию проводят на активных углях. При десорбции из насыщенного адсорбента острым паром удаляют адсорбиро­ванный растворитель. При сушке нагретым воздухом из адсорбента вытес­няют влагу. Нагретый и обезвоженный поглотитель охлаждают ат­мосферным воздухом.

Трехфазный цикл имеет отличие от четырехфазного в том, что исключа­ется одна из последних фаз четырехфазного цикла, например процесс охлаж­дения адсорбента как самостоятельная фаза: слой поглотителя охлаждают при адсорбции отработанным (очищенным от паров растворителя) воздухом. Может исключаться и фаза сушки. После  адсорбции произ­водят нагрев адсорбента горячим инертным газом с отводом в конденсатор. А далее по­глотитель обрабатывают холодным воздухом. Фазу сушки обычно исключают, если после десорбции адсорбент имеет от­носительно низкую влажность.

Двухфазный цикл включает две стадии (операции): адсорбцию и десорб­цию. Процесс  адсорбции совмещают с сушкой и охлаждением по­глотителя.

Выбор того или иного цикла работы определяется характером подлежащих улавливанию рас­творителей, их содержанием в исходной паровоздушной смеси, технико-экономическими возможностями про­изводства. Считают, что при относительно вы­соких концентрациях летучих растворителей используют четырехфазный цикл, в случае средних и малых концентраций (2—3 г/м³) целесооб­разнее применять трехфазный цикл (с исключением фазы ох­лаждения). Двухфазный цикл с адсорбцией паров из паровоз­душной смеси при одинаковой температуре (до 35°С) может быть принят для рекуперации несмешивающихся с водой раст­ворителей, а двухфазный цикл с подогревом паровоздушной смеси до 50—60 °С нерационален в связи с работой поглотителя в этих условиях с пониженной активностью.

С целью непрерывности рекуперационного процесса установка улавливания паров летучих растворителей должна включать как минимум два адсорбера периодического действия (обычно от 3 до 6 и более).

Во избежание потерь растворителей с прошедшими очистку (отработанными, выхлопными) потоками процесс адсорбции можно проводить путем передачи паровоздушной смеси, про­шедшей основной адсорбер, в последовательно включаемый до­полнительный адсорбер.

На рис. 1 в качестве примера представлена схема адсорбционного от­деления работающей по двухфазному циклу установки улавливания паров органических растворителей из паровоздушных смесей, образующихся при окраске кож нитроэмалями.

Рис.1. Схема адсорбционного отделения установки улавливания паров органических растворителей из паро-воздушных смесей

1 – вентилятор; 2 – калориферы; 3 – адсорберы; 4 –конденсатор;

5 –разделитель фаз; 6 –расслаиватель

В соответствии с этой схемой паровоздушную смесь с содержанием па­ров растворителей (бутилацетат, бутиловый спирт, толуол или бензол, эти­ловый спирт, ацетон) 5—6 г/м³ вентилятором  1 через калориферы 2 подают в адсорберы 3, заполненные активным углем АР-3, очищают в них и выбрасыва­ют в атмосферу через выхлопную трубу. В начале процесса поглощения па­ровоздушную смесь в течение 2 ч подают в слой горячего и влажного по­глотителя подогретой до 50—60 °С, в течение последующего времени на­грев не производят (процесс насыщения длится 8—12 ч). Таким образом, параллельно с поглощением паров растворителей из очищаемой паровоздуш­ной смеси в течение первой фазы этого цикла проводят высушивание и охлаждение поглотителя. Затем  поглощенные растворите­ли удаляют из угля острым паром (при температуре 115 - 118°С). Дистиллят (конденсат) из конденсатора 4 через разделитель фаз 5 и расслаиватель 6 передают в хранилище, откуда часть про­дукта возвращают непосредственно в производство, а часть – на переработку.

Развитие адсорбционного метода улавливания летучих растворителей  идет по двум направлениям:

- одно из них связано с аппаратурным оформле­нием рекуперационных установок,

-  другое — с углеродными по­глотителями паров летучих растворителей..

Описан ряд оригинальных решений, касающихся конструктивных особен­ностей адсорбционной аппаратуры:

- предложены различные ва­рианты изготовления адсорбера в виде вращающегося барабана с перегородками. Секции  заполнены актив­ным углем и при вращении барабана последовательно проходят зоны ад­сорбции и десорбции. Имеется ряд конструкций, в которых гранулированный активный уголь в виде тонкого слоя размещается между двумя полотнами полиуретана. Поперечное по отно­шению к газовому потоку перемещение «ленты-сэндвича» обеспечивает не­прерывность очистки.

Большое внимание уделяется непрерывно действующим установкам  с движущимся и псевдосжиженным слоем адсорбента (высокие скорости обработки потока, то есть компактность, высокий КПД использования адсорбентов, отсутствие энергозатрат на нагревание и охлаждение, возможность простой и полной автоматизации). 

Большое внимание уделяется новым материалам-поглотителям, находят практическое применение тканые и нетканые материалы на основе углеродных активных волокон, например угольное во­локно, на основе целлюлозы.Преимущества таких атериалов перед гранулированными активными углями:

- повышенная степень рекуперации раствори­телей (обычно выше 99%);

- снижение потерь рас­творителей,

Вам также может быть полезна лекция "42 О трагедии раздвоения русского офицерства".

- повы­шении количества рекуперата;

Для осуществления непрерывного процесса предложены рулонные  адсорберы. Ткань сматывается в рулон, что облегчает ее реге­нерацию. Также используют адсорберы, снабженные рас­полагаемыми в несколько рядов вертикальными полотнища­ми. Через зазоры между ними пропускают очищаемую смесь.

С целью достижения более глубокой очистки от паров летучих растворителей используют ком­бинированные методы, сочетающие различные процессы. На рис. 2 в качестве примера представлена схема установки рекупе­рации фенола и этанола из отходящих газов производства пласти­ков, работающей по комбинированному методу. Для улавливания паров фе­нола на этой установке используют абсорбционный метод, а для улавлива­ния паров этанола — адсорбционный.

Рис.2. Схема установки рекуперации фенола и этанола из отходящих газов производства пластиков: 1 – холодильник; 2 – теплообменник; 3 – отстойник; 4 – емкость; 5 – абсорбер; 6 – фильтр; 7 – адсорберы; 8 – теплообменники; 9 – емкость; 10 – ректификационная колонна

Паровоздушную  смесь с содержанием 0,2—0,5 г/м³ фенола и 5—7 г/м³ этанола при 120 °С подают в контактный холодильник 1, где охлаждают ее до 30—40 °С и очищают от смолистых включений раствором едкого натра. Последний охлаждают в теплообменнике 8. Смолистые вещества отделяют в отстойнике 3 и удаляют на сжигание. Паровоздушную  смесь направляют в абсорбер 5, где фенол абсорбируют рас­твором едкого натра (эффективность очистки 98—99%). Затем  в емкость и на переработку. Освобожден­ную от фенола  паровоздушную смесь через фильтр 6 подают в адсорбер 7 (на активном угле -  этанол). Насыщенный поглотитель ре­генерируют острым паром с получением 10—22%-го водно-этанольного кон­денсата, который направляют на ректификацию в колонну 10. Установка обес­печивает очистку воздуха от фенола и этанола и возврат их в производство.