Порядок выполнения работы. 1. Ознакомиться с технологическим процессом адсорбции.

1. Ознакомиться с технологическим процессом адсорбции.

2. Изучить устройство и работу адсорберов.

3. Составить отчет.

Адсорберы по организации процесса делятся на аппараты периодического и непрерывного действия.

Адсорберы периодического действия бывают с неподвижным и псевдоожиженным слоем адсорбента. Для очистки растворов в спиртовом и водочном производствах применяются также емкостные адсорберы с механическим перемешиванием.

Рис. 117. Адсорбер с неподвижным слоем адсорбента: 1 – корпус; 2 – колосниковая решетка; 3 – кольцевая труба; 4 – адсорбент

Вертикальный цилиндрический адсорбер (рис. 117) является наиболее распространенной конструкцией периодического действия. Слой гранулированного адсорбента загружается через верхние люки на колосниковую решетку, а выгружается через нижние люки. Такие адсорберы используются для адсорбционной очистки парогазовых смесей и жидких растворов. Для подачи исходного материала адсорбер снабжен соответствующими штуцерами. Жидкая смесь, как правило, подается снизу вверх через кольцевую трубу. Парогазовая смесь может подаваться и сверху вниз. В этом случае при десорбции «острый» пар подается через кольцевую трубу.

Процесс проходит в четыре стадии: адсорбция, десорбция, сушка, охлаждение адсорбента.

После отработки адсорбента возникает необходимость регенерации слоя поглотителя. В связи с этим десорбция является важной стадией технологического процесса, потому что решает две задачи: извлечение вещества и регенерацию адсорбента. Основной метод десорбции – вытеснение из адсорбента поглощенных компонентов с помощью веществ (например, насыщенного водяного пара), обладающих лучшей адсорбционной способностью. Для увеличения скорости десорбции процесс часто проводят при высокой температуре.

Рис. 118. Адсорбер с кольцевым слоем адсорбента: 1 - корпус; 2 - внутренняя цилиндрическая решетка; 3 - внешняя цилиндрическая решетка; 4 - адсорбент

Рис. 119. Адсорбер спсевдоожиженным слоем: 1 – корпус; 2 – распределительная решетка; 3 – сепаратор

Вертикальный адсорбер с неподвижным кольцевым слоем адсорбента (рис. 118) предназначен для поглощения компонентов из парогазовой смеси, он состоит из корпуса, внутри которого между перфорированными сетками расположен слой адсорбента. На стадии адсорбции парогазовая смесь подается в нижнюю часть адсорбера и распределяется по кольцевому сечению.

Пройдя через слой адсорбента, очищенная парогазовая смесь выходит через центральный патрубок. На стадии десорбции водяной пар поступает в адсорбер через центральный патрубок. Смесь паров десорбированного компонента и воды удаляется через нижний боковой штуцер. Для сушки адсорбента подается горячий воздух, а для охлаждения – холодный. После охлаждения адсорбента цикл работы повторяется. Загрузка адсорбента происходит через верхние люки, а выгрузка – через нижний.

Адсорбер с псевдосжиженным слоем (рис. 119) заполнен мелкозернистым адсорбентом. Исходная смесь «подается снизу под распределительную решетку со скоростью, превышающей скорость псевдоожижения частиц адсорбента. При этом слой расширяется и переходит в подвижное состояние. Проведение адсорбции в псевдоожиженном слое значительно интенсифицирует массообмен и сокращает продолжительность процесса.

Адсорберы реактивного типа с механическим и пневматическим перемешиванием используются для очистки спиртоводочных растворов. Адсорбер состоит из цилиндрического корпуса с эллиптическим днищем, внутри которого вращается лопастная мешалка. Раствор заливается через верхний патрубок, адсорбент загружается через верхний люк. Суспензия сливается из аппарата через нижний патрубок в фильтр, где затем разделяется. Активированный уголь направляется на регенерацию в десорбер.

Адсорбционные установки с адсорберами периодического действия состоят из нескольких аппаратов. Часть адсорберов работает в стадии адсорбции, в то время как в других происходит регенерация адсорбента.

Адсорберы непрерывного действия бывают с движущимся плотным или псевдоожиженным слоем адсорбента.

Рис. 120. Адсорбер с движущимся слоем адсорбента: 1 – холодильник; 2 – распределительные тарелки; 3 – подогреватели; 4 – шлюзовой затвор; 5 – распределитель «острого» пара; 6 – распределитель исходной смеси

Адсорберы с движущимся слоем зернистого адсорбента представляют собой полые колонны с перегородками и переливными патрубками и аппараты с транспортирующими приспособлениями. На рис. 120 показан многосекционный колонный адсорбер для очистки парогазовых смесей, состоящий из холодильника, подогревателя и распределительных тарелок.

В первой секции, выполненной в виде кожухотрубчатого теплообменника, происходит охлаждение адсорбента после регенерации. Охлаждающая жидкость подается в межтрубчатое пространство теплообменника, а адсорбент проходит по трубам. Из первой секции во вторую адсорбент перетекает через патрубки и распределительные тарелки, обеспечивающие его равномерное распределение по сечению колонны и служащие затворами, разграничивающими первую и вторую секции. Вторая секция – собственно адсорбер, в ней адсорбент взаимодействует с исходной парогазовой смесью. Далее он поступает в десорбционную секцию, представляющую собой кожухотрубчатый теплообменник, в котором нагревается и взаимодействует с десорбирующим агентом – «острым» водяным паром.

Регенерированный адсорбент удаляется из адсорбера через шлюзовой затвор. Адсорберы с псевдоожиженным тонкозернистым адсорбентом бывают одноступенчатыми и многоступенчатыми.

Одноступенчатый адсорбер с псевдоожиженным слоем (рис. 121) представляет собой цилиндрический вертикальный корпус, внутри которого смонтированы газораспределительная решетка и пылеулавливающее устройство типа циклона. Адсорбент загружается сверху и выводится снизу. Исходная парогазовая смесь вводится в адсорбер со скоростью, превышающей скорость начала псевдоожижения, под газораспределительную решетку через нижний патрубок, а выводится через верхний патрубок, пройдя предварительно пылеулавливающее устройство.

Многоступенчатый тарельчатый адсорбер с псевдоожиженным слоем (рис. 122) – колонна, в которой расположены газораспределительные решетки с переливными патрубками, служащими одновременно затворами для газового потока. Адсорбент поступает в верхнюю часть адсорбера и перетекает с верхней на нижнюю тарелку. С нижней тарелки адсорбент через шлюзовой затвор выгружается из адсорбера. Исходная парогазовая смесь поступает в адсорбер снизу и удаляется через верхний патрубок.

Многоступенчатый адсорбер отличается от одноступенчатого тем, что работает по схеме, близкой к аппаратам идеального вытеснения, и позволяет проводить процесс адсорбции в противотоке.

Рис. 121. Одноступенчатый адсорбер непрерывного действия с псевдоожиженным слоем: 1 – пылеулавливающее устройство; 2 – газораспределительная решетка; 3 – корпус	Рис. 122. Многоступенчатый адсорбер с псевдосжиженным слоем: 1 – корпус; 2 – газораспределительная решетка; 3 – переливной патрубок; 4 – шлюзовый затвор

Имеются установки с адсорбцией в псевдоожиженном слое и десорбцией в движущемся слое адсорбента.

Установка для очистки и сортировки в неподвижном слое активированного угля показана на рис. 123. Сортировку фильтруют на песочных или керамических фильтрах, а затем осветляют в адсорберах. Масса угля в одном цилиндрическом адсорбере составляет от 250 до 300 кг. Уголь насыпается на распределительную решетку, сортировку подают под нее. Скорость подачи сортировки в адсорбер со свежим или регенерированным углем зависит от сорта водки. Адсорберы переключают на регенерацию 3 – 4 раза в год. Регенерацию отработанного активированного угля проводят в адсорбере при температуре 115 °С, пропуская насыщенный водяной пар через слой угля сверху вниз. При регенерации из одного адсорбера получают от 50 до 60 дал спиртового отгона крепостью 55 – 60 %. Установка из двух периодически работающих адсорберов обеспечивает непрерывную работу. Продолжительность десорбции составляет 3 – 4 ч, расход пара – 4 кг на 1 кг угля. После регенерации уголь охлаждают и подсушивают горячим воздухом.

На крупных заводах регенерацию угля проводят во вращающихся печах при температуре 800 – 850 прокаливании составляют до 20 %.

При очистке сортировки в адсорберах реакторного типа с механическим или пневматическим перемешиванием используется гранулированный уголь. Расход угля составляет 2 кг на 1000 дал водки. Адсорбция происходит в течение 30 мин при перемешивании суспензии. После адсорбции суспензия отстаивается, а затем фильтруется на рамных фильтрах и фильтрах-прессах. Интенсификация адсорбционной очистки сортировки достигается при проведении адсорбции в псевдоожиженном слое мелкозернистого активированного угля. Сортировку подают под распределительную решетку через кольцевую перфорированную трубу, расположенную в нижней части цилиндрического адсорбера. При определенной скорости слой угля на решетке переходит в пседвоожиженное состояние.

Рис. 123. Схема установки для очистки водно-спиртовой смеси в неподвижном мое активированного угля: 1, 3 – фильтры; 2 – адсорберы; 4, 6 – емкости; 5 – холодильник-конденсатор

Рис. 124. Схема установки для очистки сахарного сиропа: 1 -смеситель; 2, 4 - адсорберы; 3, 5 - фильтры

Двухступенчатая установка для адсорбционной очистки сахарного сиропа показана на рис. 124. Обесцвечивание сахарных сиропов с помощью мелкозернистого активированного угля является последней стадией очистки сахара. Вода и сахар смешиваются в обогреваемом автоклаве, сахар расплавляется, и образуется сахарный сироп. Предварительное обесцвечивание сиропа проводится в адсорбере 2, в который поступает частично отработанный уголь со второй ступени очистки. Расход угля составляет 5 – 10 г на 1 л сиропа. Адсорбция продолжается около 30 мин. Разделение суспензии происходит на фильтре 3. Отфильтрованный сахарный сироп поступает на вторую ступень адсорбционной очистки. В адсорбер 4 подается свежий уголь. Суспензия разделяется как и первой стадии, в фильтре-прессе. Уголь либо регенерируют, либо отводят в отвал.

Для очистки сахарных сиропов применяются установки с гранулированным активированным углем. Цилиндрические адсорберы высотой 8 – 10 м и диаметром 1 м работают при скорости сиропа 1,5 – 2,5 м/ч. Время пребывания сиропа в слое адсорбента доходит до 6 ч. Продолжительность работы до регенерации – 80 сут. Отработанный уголь выгружают, промывают от неорганических соединений, подсушивают и подвергают термической обработке при 1000 – 1100 °С в слабоокисляющей атмосфере, а затем активируют паром.

Для обесцвечивания сахарных сиропов применяются также адсорберы непрерывного действия с движущимся слоем адсорбента.

Адсорбционная установка для очистки рафинадных и продуктовых сиропов от красящих веществ и растворимых солей показана на рис. 125. Рафинадный сироп после фильтра насосом 1 через подогреватель подается в адсорбер. Противотоком ему подается продуктовый сироп, который очищается и непрерывно отводится из верхней части колонны. Отработанный уголь удаляется из нижней части адсорбера с некоторым количеством сиропа.

Рис. 125. Установка для непрерывной очистки сиропа: 1, 13 – насосы; 2 – теплообменник; 3 – адсорбер; 4 – конвейер; 5, 11 – бункеры; 6 – вибросито; 7, 10 – вакуум-установки; 8 – колонна; 9 – гидроциклон; 12 – эжектор

Отделение сиропа и сахаросодержащих промоев осуществляется на двух вакуум-установках. В колоннах происходит обессахаривание угля, а промой из верхней части колонны отводятся на клеровку либо в стоки. Далее уголь поступает на следующую вакуум-установку, где от него более полно отделяется сахар, coдержащий промой. Адсорбированные углем вещества отмываются от него во второй колонне.

Уголь, обезвоженный в гидроциклоне и на вакуум-установке 10, поступает в бункер 11 и вибрационным питателем подается в печь для регенерации. Из печи уголь поступает в бункер-охладитель, откуда вновь подается на вибросито.

Адсорбционная установка для очистки паровоздушной смеси от паров органических веществ приведена на рис. 126. Основными аппаратами установки являются адсорберы, работающие поочередно (на схеме показан один адсорбер). При этом в одних адсорберах происходит адсорбция, в других – десорбция. Паровоздушная смесь перед поступлением в адсорбер проходит фильтр, в котором очищается от пыли. С целью взрывобезопасности установки после фильтра устанавливаются огнепреградитель и предохранительная мембрана, разрывающаяся при повышении давления сверх допустимого. Парогазовая смесь подается в адсорбер вентилятором и проходит слой адсорбента сверху вниз.

Рис. 126. Адсорбционная установка для очистки паровоздушной смеси: 1 – адсорбер; 2 – холодильник; 3 – конденсатоотводчик; 4, 5 – вентиляторы; 6 – теплообменник; 7 – обводная линия

При десорбции в нижнюю часть адсорбера подается «острый» пap. Выходящие из адсорбера пары конденсируются, а конденсат направляется на разделение в сепараторах или ректификацию. Для сушки адсорбента в адсорбер подается воздух, нагреваемый в теплообменнике, а для охлаждения холодный воздух подается вентилятором 4 по обводной трубе. При наличии нескольких адсорберов установка работает непрерывно.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Какие конструкции адсорберов применяются для очистки газовых выбросов?

2.Какие конструкции адсорберов применяются для очистки растворов в пищевой промышленности?

3.Какие схемы адсорбционных установок применяются для очистки растворов и газовых выбросов?