Вопрос 62

Устройство и расчет адсорбционных устройств очистки газов

Ответ:

Адсорберы могут быть периодического действия с неподвиж­ным слоем и с кипящим слоем адсорбента.

Адсорберы с неподвижным слоем представляют собой цилин­дрические вертикальные или горизонтальные емкости, заполнен­ные слоем адсорбента. В таких аппаратах адсорбцию проводят по стадиям: 1) адсорбция; 2) десорбция; 3) сушка адсорбента и 4) ох­лаждение адсорбента. Новые конструкции адсорберов периоди­ческого действия позволяют более эффективно провести процесс.

Адсорбер с неподвижным слоем представляет собой железный цилиндрический сосуд. Высота слоя угля в адсорберах – до 2,5 м, загрузка угля в каждый адсорбер – до 4 т. Сверху адсорберы закрыты крышками, прикрепленными к цилиндрической части болтами. Слой угля расположен на керамической плитке (газораспределительной решетке); последняя имеет большое число мелких отверстий, с помощью которых входящий газ равномерно распределяется по сечению адсорбера.

Существует значительное количество различных конструктивных решений газораспределительных устройств: решетки с вертикальными и наклонными отверстиями, двухслойные тарелки, колпачковые газораспределители и др. Для повышения качества распределения потоков по сечению аппарата и предотвращения высыпания из аппарата адсорбента (или продуктов его механического разрушения) на решетку может быть насыпан слой гравия. В рассмотренной конструкции адсорбера на керамическую плитку насыпают слой гравия высотой 100–200 мм. Зернение гравия по высоте аппарата неравномерно: внизу располагаются более крупные куски размером 25–30 мм, затем последовательно фракции 15–25, 10–15, 5–10 мм. Гравий предохраняет адсорбент от загрязнения конденсатом, содержащимся в «жирном» газе,

а также препятствует просыпанию мелких фракций и забиванию отверстий в керамической решетке. Сверху слой угля во избежание уноса покрывают сеткой, выполненной из проволоки толщиной 0,8 мм с отверстиями размером 2,5 мм.

В нижней части адсорбера находятся нижняя и верхняя головки с восемью штуцерами для ввода и вывода газов и паров на разных стадиях процесса. Внутри адсорбера расположена труба, отводящая газ во время охлаждения, сушки и насыщения. При десорбции водяной пар подают по трубе в верхнюю часть адсорбера. Такая конструкция позволяет все управление адсорбером сосредоточить внизу.

В горизонтальных адсорберах их длина, диаметр и высота слоя адсорбента достигают соответственно 6, 2 и 0,8–1,0 м. Большое сечение горизонтальных адсорберов при малой высоте слоя и наличие сфероидальных участков приводят к неравномерности распределения парогазовых потоков по сечению такого аппарата. Неравномерностью распределения газового потока в горизонтальных адсорберах отчасти объясняется и трудность регулирования качества продукции путем изменения времени адсорбции.

В случае очистки газов от примесей, присутствующих в небольших концентрациях, иногда применяют кольцевые адсорберы.

Вся конструкция кольцевого адсорбера смонтирована в металлическом корпусе. Газ, подлежащий очистке, через штуцер поступает во внешнюю часть адсорбера, проходит в горизонтальном направлении через кольцевой слой угля, находящийся между внутренней и внешней цилиндрическими решетками, и выводится через штуцер. На стадиях сушки и охлаждения указанное направление потоков сохраняется. На стадии десорбции водяной пар подают через штуцер, а парогазовую смесь отводят через штуцер.

Расчеты адсорберов периодического действия с неподвижным адсорбентом с использованием уравнения Дубинина могут выполняться в следующем порядке.

1. Определяют равновесную концентрацию загрязнителя в твердой фазе. Значения концентраций загрязнителя в адсорбенте, равновесных при данной температуре с его концентрациями в газовой фазе, выражают в виде изотермы сорбции.

2. Выбирают тип адсорбера и его конструктивные параметры. Принимают фиктивную скорость обрабатываемых газов в адсорбере, по заданному расходу газов подсчитывают диаметр аппарата и подбирают ближайший типоразмер адсорбера выбранной конструкции. По конструктивным характеристикам аппарата подбирают приемлемую высоту слоя адсорбента.

3. Определяют коэффициент массопередачи

4. Определяют продолжительность адсорбции.

5. По расчетной продолжительности процесса находят количество тепла, выделяемое при адсорбции загрязнителя, и оценивают величину перепада температур отбросных газов на входе и выходе адсорбера.

6. Выполняют проверку сходимости найденных параметров, составляя материальный баланс.

7. Определяют продолжительность вспомогательных стадий процесса обработки газов.