Процесс адсорбции протекает непрерывно. Непрерывность процесса обеспечивается сменной работой двух групп адсорберов. Используемые, в данной технологической схеме, группы включают в себя по три кольцевых адсорбера каждая.
Процесс адсорбции протекает в определенный срок, по истечению которого данный процесс завершается. Первая группа адсорберов (А1, А2, А3), переходит в режим регенерации, а вторая (А4, А5, А6) в режим проведения процесса адсорбции.
Процесс адсорбции начинается с того, что исходная смесь подается в рукавный фильтр (Ф) с помощью вентилятора (В1) или резервного (В2) по линии 29. После предварительной очистки газ переходит в огнепреградитель с разрывными мембранами. На этом отрезке трубопровода расположена мембрана прорыва (М), которая предотвращает разрушение трубопровода. Затем смесь переходи в калорифер (Ка2), где газ охлаждается оборотной водой. Из охлаждающего калорифера газ попадает в адсорберы: при работе первой группы адсорберов через нижний левый штуцер в (А1, А2, А3), при этом регулирующие вентили (ВЗ7, ВЗ19, ВЗ37) должны быть закрыты, а вентили (ВЗ10, ВЗ13, ВЗ42) – открыты; при работе второй группы адсорберов (А4, А5, А6) регулирующие вентили (ВЗ10, ВЗ13, ВЗ42) закрываются, а вентили (ВЗ7, ВЗ19, ВЗ37) - открываются. Газ поступает в пространство между стенкой корпуса и наружной стенкой корзины, в которой расположен адсорбент – активированный уголь марки АР-А. При прохождении газа через слой адсорбента протекает процесс массообмена, то есть происходит поглощение этилового спирта из парогазовой смеси. После протекания этой реакции очищенный газ через центральный штуцер отводится по линии 3m в атмосферу или на дальнейшее использование.
Процесс идет до тех пор, пока на линии 3m не будет обнаружен проскок этилового спирта. При обнаружение этилового спирта вентили (ВЗ7, ВЗ19, ВЗ37, ВЗ10, ВЗ13, ВЗ42) закрываются, а (ВЗ17, ВЗ20, ВЗ27, ВЗ30, ВЗ32, ВЗ39) – открываются.
Процесс регенерации начинается с подачи в адсорберы острого пара по линии 2 через распределительный коллектор. При подачи в первую группу адсорберов вентиль (ВЗ38 и ВЗ46) закрыты, вентили (ВЗ14, ВЗ25, ВЗ40, ВЗ44) открыты, а при подачи во вторую группу адсорберов вентили (ВЗ14, ВЗ25, ВЗ46) закрыты, вентиль (ВЗ38, ВЗ44, ВЗ15, ВЗ29, ВЗ34) открыты, соответственно вентили (ВЗ7, ВЗ17, ВЗ19, ВЗ30, ВЗ37, ВЗ32, ВЗ10, ВЗ13, ВЗ20, ВЗ26, ВЗ39, ВЗ42, ВЗ51) закрыты. Пар через, нижний центральный, штуцер попадает в центральную часть адсорберов. Затем происходит процесс регенерации перфорированных решеток (процесс десорбции), в частности активного угля. Образовавшейся конденсат, через нижний правый штуцер, попадает в канализацию по линии 30. Промывной водяной пар со следами этилового спирта и частицами адсорбента через нижний левый штуцер поступает в циклон по линии 41.
В циклоне смесь паров воды и этилового спирта очищается от пыли и сконденсированных капель пара под действием центробежных сил. Полученный конденсат через нижний штуцер циклона переходит в холодильник. А оставшаяся смесь переходит по линии 41 в конденсатор, где при подводе свежей воды через верхний штуцер, конденсируется капли пара, которые затем переходят в холодильник. Использованная при конденсации вода отводится по линии 40 через верхний правый штуцер.
В холодильнике при подаче свежей воды конденсат охлаждается. После охлаждения оборотная вода также отводится по линии 40. В результате охлаждения образуется очищенный этиловый спирт, который по линии 34 передается на склад для дальнейшего использования.
После процесса регенерации адсорберы высушивают. Воздух для сушки, подается в калорифер (Ка1) вентилятором (В3)., где нагревается до определенной температуры подачей острого пара по линии 2 (вентиль ВЗ44 закрыт, ВЗ46 - открыт). При этом регулирующий вентиль (ВЗ51) закрыт, а вентиль (ВЗ52) открыт. Затем нагретый воздух подается в адсорберы, регенерируемой группы, через нижний левый штуцер и удаляется из адсорберов через нижний центральный штуцер. При этом: если регенерируется первая группа (А1, А2, А3), регулирующие вентили (ВЗ16, ВЗ28, ВЗ35) открыты, вентили (ВЗ16, ВЗ9) закрыты; если регенерируется вторая группа (А4, А5, А6), регулирующие вентили (ВЗ16, ВЗ28, ВЗ35) открыты, вентиль (ВЗ11) закрыт. После просушки адсорберы вновь охлаждают с помощью подачи атмосферного воздуха вентилятором (В3), который поступает в адсорберы через нижний левый штуцер и удаляется из адсорберов через нижний центральный штуцер по линии 3m в атмосферу или на дальнейшее использование. Процесс идет до тех пор, пока на линии 3m не будет обнаружен проскок этилового спирта.
Процессы регенерации, сушки и охлаждения адсорберов протекают за тот же период времени, что и процесс адсорбции. После проведения этих процессов группы адсорберов вновь меняют, то есть те, которые работали в режиме адсорбции переходят в режим регенерации, а те, которые регенерировались - в режим адсорбции. Процесс протекает непрерывно.
3. Устройство и принцип действия
По способу организации процесса адсорбции представленные в данной курсовой работе аппараты являются аппаратами периодического действия. В них адсорбент находится в неподвижном состоянии и при достижении определенной (заданной) степени насыщения его необходимо заменить или регенерировать (десорбировать). На время регенерации процесс адсорбции прерывается.
Эффективность работы адсорбционной установки в первую очередь зависит от соответствия способа организации процесса, физико-химических характеристик обрабатываемых газов и адсорбента. По расходу, температуре, влажности, давлению отбросных газов, концентрации загрязнителя и его свойствам подбираются вид адсорбента, конструкция аппарата, вид адсорбции, режим обработки. В данной, курсовой был выбран адсорбер с неподвижным слоем адсорбента - активного угля АР-А, периодической обработки и физическим процессом адсорбции.
Адсорберы периодического действия используются в тех случаях, если обрабатывается достаточно большое количество газа или если газ содержит значительные концентрации сорбата, что делает выгодным регенерацию сорбента, а также, если стоимость свежего сорбента превышает стоимость регенерации.
Адсорберы периодического действия с неподвижным слоем поглотителя имеют различное конструктивное исполнение. В данной, работе представлен адсорбер вертикальный цилиндрический с вертикальным кольцевым слоем адсорбента.
Недостатками вертикального расположения адсорбента является неравномерность слоя по высоте, которая образуется при загрузке, а также в процессе эксплуатации из-за неравномерности усадки от истирания, уноса и других причин. При работе адсорбера через зоны с меньшим сопротивлением проходит большее количество отбросных газов, что ухудшает степень очистки. Неравномерность слоя адсорбента возрастает с увеличением сечения аппарата. Поэтому пропускная способность адсорберов с вертикальным слоем адсорбента обычно не превосходит 1…1,5 м3/с.
Непрерывность очистки обеспечивают компоновкой адсорберов, одновременно задействованных на различных стадиях процесса, в две группы по три. То есть, в первой группе проходит процесс адсорбции, а во второй группе – последовательно протекают стадии десорбции, сушки, охлаждение адсорбента. При этом суммарная продолжительность стадий десорбции, осушки и охлаждения должна быть равна продолжительности адсорбции.
Процесс начинается с подачи исходной смеси в установку через штуцер для подачи паровоздушной смеси, сушильного и охлаждающего воздуха (Г). Паровоздушная смесь заполняет пространство между внутренней стенкой корпуса и внешней стенкой перфорированной корзины, содержащей адсорбент – активный уголь АР-А). Затем исходная смесь проникает через слой адсорбента, где протекает процесс массообмена, то есть происходит очищение исходной смеси. Очищенный воздух выводится через центральный нижний штуцер (Д). Полученный в результате процесса конденсат отводят через штуцер (Ж) предназначенный для отвода паров и конденсата при адсорбции, десорбции и для подачи воды. Для проведения процесса при определенной температуре устанавливается термометр в гильзу для термометра (З1). Адсорбент (активный уголь) не способный к регенерации удаляют из перфорированной корзины через разгрузочный люк (К5 7). Свежий адсорбент загружают в корзину через загрузочный люк (К1 4).
4. Расчет адсорберов периодического действия
Исходные данные задания № 22:
Расход парогазовой смеси V0= 60000 м3/ч (при нормальных условиях); температура смеси t = 20 0С; давление P = 0,2 МПа; начальная концентрация этилового спирта в воздухе ун = 0,008 кг/м3; допустимая концентрация паров спирта за слоем адсорбента ук = 0,0004 кг/м3. Плотность газовой смеси ρг= 1,2 кг/м3 (при нормальных условиях); вязкость газовой смеси μг = 2,5∙10-5Па∙с. Адсорбент – активный уголь АР-А (насыпная плотность ε = 0,375, эквивалентный диаметр dэ = 0,0015 м). Тип аппарата – кольцевой адсорбер (наружный диаметр слоя адсорбента Dнар = 3 м, внутренний диаметр Dвн = 1,6 м).