Адсорберлердің түрлері

Адсорберлердің негізгі міндеті – адсорбент пен тазаланатын газ интенсивті байланысын қамтамасыздандыру. Адсорбент күйі тәуелділігіне байланысты адсорбердің үш тобын ажыратады:

1. Жылжымайтын адсорбент қабатты адсорберлер. Жылжымайтын адсорбент қабатты адсорберлер цилиндрлі тігінен немесе көлденең абсорбент қабатпен толтырылған сыйымдылық болып келеді. Адсорбент торда орналасады, ал газдың берілуін жоғарыдан төмен қарай жүргізеді. Қажет жағдайда сөреге аздаған қабатпен орналастырады. (6.7-сурет). Үдерістің үздіксіз жұмыс жасауын қамтамасыз ету үшін адсорбция және регенерация тәртібінде әрбірі периодты жұмыс жасайтын бірнеше адсорбционды қондырғыларды орнату керек.

Екі немесе төрт сатылы кезеңде жұмыс жасауы мүмкін. Төрт сатылы кезеңде жұмыс келесі кезеңдермен жүзеге асады:

1) адсорбция;

2) десорбция –булы газ қоспасының берілуін тоқтатады және жылу тасымалдағыш (бу) жіберіледі; қыздырудың нәтижесінде бөліну құрылғысынан бумен бірге шығатын жұтылған компоненттердің десорбциясы жүреді.

3) адсорбентті кептіру – будың берілуі тоқтатылады және оның орнына ыстық ауа жіберіледі.

4) адсорбентті салқындату – ыстық ауа орнына салқын ауа жіберіледі.

Екі сатылы кезеңде кептіру және салқындату процестері адсорбция процесімен бірге жүзеге асады. Ұсталған өнімдердің конденсация және рекуперация процестері шығарғыш қондырғыларда жүргізіледі.

Ұсынылған құрылымдарда адсорбция және десорбция кезеңдері бір корпусқа біріктірілген.

Периодты әсерлі жылжымайтын адсорбент қабаты бар адсорберлерді есептеу. Адсорбердің бұл түрінің есептеуі құрылымдық мөлшерін (диаметр, биіктік), адсорбент көлемін, қорғағыш әсердің уақытын, гидравликалық кедергіні және басқа да шамаларды анықтауға келіп тіреледі.

Периодты адсорберде заттың концентрациясының уақыт және қабат биіктігі бойынша өзгеруі жүреді. Адсорбция процесінің жылдамдығының өзгеруіне байланысты екі кезеңге бөлінеді: 1) кемитін жылдамдық кезеңі уақытпен және қабат биіктігімен шектеледі; 2) тұрақты жылдамдықты кезең . Адсорбция процесінің ұзақтығы тең:

 

, (6.26)

 

мұнда, -адсорция уақыты; - десорбция уақыты, - адсорбенттерді кептіру және салқындату уақыты.

Адсорбция ұзақтығын шынында мына қатынастан жуықтап есептеуге болады:

 

, (6.27)

 

мұнда, - адсорбент массасы, кг; және - адсорбенттегі үдеріс басында және соңындағы заттың концентрациясы; - газды қоспаның жалған жылдамдығы, м/с; - адсорбер қимасы, ; - газды қоспаның тығыздығы, кг/ ; және - газдағы үдеріс басында және соңындағы заттың концентрациясы.

Адсорбенттің жұмыс жасайтын қабатының биіктігі кезінде келесі қатынастан анықталады

, (6.28)

мұнда, – тасымалдау бірлігінің саны, h – тасымалдау биіктігінің саны

, (6.29)

мұнда, – массаны берудің коэффициенті [теңдік (4.54)].

Тасымалдау бірлігінің санын уақыты кезіндеанықтау үшін у-x диаграммасында адсорбция изотермасын және жұмысшы сызықты тұрғызады. Жұмысшы сызық теңдеуі уақыты кезінде келесі түрге ие:

(6.29)

 

Бұл – координат басы арқылы өтетін, бұрыш тангенсі y/ -ке тең тізу сызықтың теңдігі. Интегралды графикалық интегралдау арқылы табады. Ол тасымалдау бірлігінің санына тең:

(6.29)

мұнда, - адсорбент жұмысшы қабатының соңындағы заттың концентрациясы.

Адсорбер қимасының ауданын келесі формуламен табады:

(6.31)

мұнда, – газдың шығыны, кг/с; – адсорбердің толық қимасына жабылған газдың жылдамдығы, м/с (0,08-0,25 м/с тең деп алады).

2. Жылжыйтын адсорсербент қабатты адсорберлер. Бұл топтың адсорберлерінде жылжымайтын қабатты адсорберлердің кемшіліктері жоқ, бұнда процестің үзіліссіздігі қамтамасыз етілуі мүмкін, адсорбенттің адсорбционды сыйымдылығы толығырақ қолданылады, бір құрылғыда бірнеше кезеңдер біріктірілуі мүмкін сол себепті орын алатын аудан кішірейеді. Бұған қоса, онда гидравликалық кедергі аз және ол басқару мен автоматтандыруда қарапайымдау. Кемшіліктеріне адсорбенттердің ұнтақталуын және қондырғыларды көшіру кезінде процестің гидродинамикалық сипаттамаларын қатаң сақтау керектігін жатқызуға болады.

Жылжыйтын қабатты қондырғылардың екі түрі 6.8. суретте көрсетілген, бір қондырғыда бірнеше кезеңдер біріктірілуі мүмкін кезде (6.8 a - сурет) және регенерация қондырғы сыртында жүргізілген кезде.

Бір корпус ішінде кезеңдер біріктірілетін жылжыйтын адсорбент қабатты адсорберлер тиімдірек, келешегі бар болып келеді.

Жылжыйтын адсорбент қабатты адсорберлерді есептеудің келесі шарты ғана жылжымайтын адсорбент қабатты адсорберлердің есептеуіне ұқсас келеді, қатты фазаның қозғалыс жылдамдығын, сонымен қатар адсорбент шығынын қосымша есептеу керектігі. Қондырғыдағы адсорбенттің қозғалу жылдамдығы келесі теңдікпен анықталады

(6.32)

мұнда, - қатты фазадағы – бен тең салмақтағы адсорбат концентрациясы, кг/ ; - жылжымалы адсорбент қабатының анықтығы, бірлік бөлігі ( =0,33-0,49).

Сурет 6.8 – Жылжыйтын адсорбент қабатты адсорбер

а – бір қондырғыда бірнеше кезеңдер біріктірілгенде: 1-адсорбция аймағы; 2- бөлгіш тәрелке; 3-мұздатқыш; 4-жылытқыш; 5- бекітпе; б- қондырғы сыртындағы регенерациямен: 1-газды бөлгіш тор; 2-бункер; 3- корпус; 4-жалғастық; 5- таспалы сүзгіш; 6-бекітпе; 7- адсорбент.

Қайнап тұрған қабатты адсорберлер.

 

Сурет 6.9 - Қайнап тұрған қабатты адсорберлер:

а – бір камералы адсорбер: 1- төменгі жалғастық; 2- конустық түбі; 3-тор; 4-адсорбентті енгізетін келте құбыр;5- циклондық құрылғы; 6- цилиндр; 7-адсорбент; 8-абсорбентті шығаратын келте құбыр;

б-көп камералы адсорбер: 1- жалғастық; 2-қайта қайрайтын құбыр; 3-кіретін құбыр; 4-шығатын жалғастық;5- саңылауы бар тарелкелер; 6- корпус; 7- шығатын құбыр.

Адсорберлер жұмысын күшейту үшін қайнайтын қабаттардың қолдануы мүмкін, бөлшектер мөлшері кіші болған сайын олардың қабаттағы қозғалысы аз. Бұл ПКФ-ны көбейтуге, кедергіні азайтуға және ұйғарымды газ жылдамдығын көбейтуге мүмкіндік береді. Қайнайтын қабатты қондырғылар периодты және үздіксіз әрекетті болуы мүмкін.

Қолайлы гидродинамикалық шарттарды қалыптастыру көптеген факторларға байланысты: газ ағындарының жылдамдығы, адсорбент мөлшері мен тығыздығы, қондырғы пішіні, қайнайтын қабат диаметрі мен биіктігі, қатты фаза беру тәсілі, газ беретін тордың құрылысы және т.б. Қайнайтын қабат биіктігі шамамен диаметріне тең болғанда тұрақты қайнайтын қабатқа жетеді. 6.9-суретте қайнайтын қабатты адсорбент құрылысы берілген.

Адсорбенттің өлшенген қабатты адсорберлерін есептеу. Үдеріске бойлық араластырудың әсері бойлық араластыру коэффициентімен ескеріледі:

(6.33)

Адсорбер диаметрі келесі формуламен есмептеледі:

(6.34)

Газдың орташа жылдамдығын келесі формуламен есептейді:

(6.35)

Тәрелкедегі өлшенген қабат биіктігін келесі қатынастан анықтайды

(6.36)

Өлшенген қабат кеуектілігін келесі тәуелділіктен анықтауға болады

(6.37)

мұнда, - жылжымайтын қабат кеуектілігі; =0,4; -сорбент қабатының биіктігі: =50-60 мм; – Рейнольдс өлшемі; – Архимед өлшемі; - адсорбент түйірінің диаметрі; - адсорбент тығыздығы; - газдың тығыздығы; -газ тұтқырлығының динамикалық коэффициенті.

Көп сатылы қондырғы жұмысшы аймағының биіктігін келесі формуламен есептейді: .

Қондырғының саты санын адсорбция изотермасы мен жұмысшы сызық шығарылған Ү-X диаграммасынан табады.

Барлық бағана үшін материалдық теңгерім теңдігі келесі түрге ие болады: (6.38)

мұнда, – бағанадан шығатын жерде адсорбентті өңдеу деңгейі; >0,8; , –газды фазадағы бағанаға сәйкесінше кіретін және шығатын жеріндегі компонент концентрациясы.

-ны есептеп, тәрелкенің шын санын анықтайды:

(6.39)

Бойлық араластыру коэффициентін келесі формуламен есептейді

(6.40)

мұнда, - мөлшерсіз жиынтық ( -жуықтама тығыздық).

Егер дебағанадағы барлық қабаттар бірдей, яғни адсорбент бөлшектері шар тәрізді, бірдей мөлшерлі, қабат көлеміне біркелкі таралғанболса кез келген қабаттан шығатын жердегі компонент концентрациясын есептеу үшін теңдігі ұсынылады:

(6.41)

Бұл теңдікті қолдана отырып бағанадағы тарелке санын есептеуге де болады.

Сурет 6.10 - Еріткіштің буын ұстау үшін адсорбционды қондырғының схемасы:

1-cүзгіш; 2-қиыршық тасты оттыбөгеттегіш; 3-жарылатын мембранамен сақтандырғыш құрылғы; 4-калорифер; 5-айналма сызық; 6-адсорбер; 7-конденсатор; 8,9-желдеткіштер.

 

Қалдықтарды залалсыздандыратын адсорбционды әдістер ұсталған өнімді [көбінесе, еріткіштер: ацетон, толуол және басқалар (6.10)] рекуперирлеу керек кезде жағымсыз иістерді жою үшін көп қолданыс тапты. Күкірт диоксиді, азот оксидтерінің қалдықтарын, сонымен қатар олардың қоспаларын адсорбционды тазалау туралы мәліметтер бар.