Устройство адсорберов, и схемы адсорбционных установок

Процессы адсорбции проводятся в аппаратах периодического действия с неподвижным слоем адсорбента и в аппаратах с движу­щимся или кипящим слоем адсорбента. Наибольшее распростра­нение имеют адсорберы с неподвижным слоем поглотителя.

Рис. 167. Адсорберы периоди­ческого действия:

а — вертикального типа, б — гори-•аонтального типа; / — нижний шту­цер, 2 — паровой барботер, 3 — слой адсорбента, 4 — корпус, 5 — ложное днище, 6—штуцер отвода пара, 7— штуцер подвода исходной смеси, 8— люк для выгрузки адсорбента, 9 — штуцер отвода чистого газа

Адсорберы с неподвижным слоем поглотителя представлены на рис 167. Адсорбер периодического действия вертикального ти­па (рис. 167, а) состоит из цилиндрического корпуса 4 с коничес­кими крышками, имеющего перфорированную решетку (ложное днище) 5, на которую загружается слой адсорбента 3. Парогазо­вая смесь подается через штуцер 7 и проходит через слой, адсор­бента, где из нее извлекается распределенное вещество. Чистый газ удаляется через штуцер 9. После того как будет достигнуто дина­мическое равновесие и адсорбент поглотит определенное- количе­ство растворенного вещества, заканчивается первая стадия про­цесса адсорбции.

Для повторного использования адсорбента, а также получения распределенного вещества в чистом виде проводитея процесс де­сорбции. Извлечение (десорбция) вещества проводится при наг­реве адсррбента/ острым паром. Пар подается в барботер 2, про­ходит слой адсорбента 3 и вместе с извлеченным продуктом отво-

186

дится через штуцер 6. Частично образующийся конденсат отводит­ся через нижний штуцер /. Для высушивания адсорбента через-штуцер 7 подают горячий воздух, который удаляют через штуцер-9. Чтобы подготовить адсорбер к началу, следующего цикла, через* слой адсорбента подают холодный воздух. Таким образом, работа адсорбента проводится в четыре стадии:

Паровоз­ душная

месь

Рис. 168. Схема адсорбционной установки:

I — фильтр, 2 — огнепреградитель, 3 — взрывная мембрана, 4 — калорифер, 5—

адсорбер, 6 — конденсатор, 7 — обводная линия, 8~ вентилятор для воздуха,

9 — вентилятор для газа

собственно процесс адсорбции — поглощение адсорбентом рас-пределенного в газе вещества;

удаление поглощенного вещества из адсорбента при его нагре­ве водяным паром;

сушка адсорбента горячим воздухом;                                              '

охлаждение адсорбента холодным воздухом.

Смена поглотителя производится через значительное количе­
ство циклов работы, когда он частично измельчается и утрачивает*
адсорбционную способность. Аппараты изготавливают также в ви­
де горизонтальных цилиндров, как показано на рис. 167, б. Уста­
новка для адсорбции включает обычно несколько основных аппа->
ратов и вспомогательное оборудование. Несмотря на периодическую»
работу аппаратов, установка в целом работает непрерывно, так.
как в разных аппаратах осуществляются различные стадии процес­
са.               '

Схема, такой установки представлена на рис. 168. Очищаемый газ проходит через фильтр /, где освобождается от пыли, засоря­ющей адсорбент и снижающей его поглотительную способность. Так как пары распределенного вещества (бензола, бензина, раст­ворителей) могут образовать с воздухом взрыво- и пожароопасные смеси, на трубопроводе очищаемого газа устанавливают огнепре^ градитель 2, препятствующий распространению огня в случае за» горания газа. Огнепреградитель заполнен, твердым раздробленным материалом большой теплоемкости, резко-снижающим температу­ру газа и прекращающим его горение. Далее на пути газа имеются; взрывная мембрана 3 и вентилятор 9, который подает газ в адсор-

7*

1ST

бер 5. При проведении процесса регенерации адсорбента паровоз­душная смесь поступает в конденсатор 6 и далее в отстойник (на рисунке не показан}, где извлекаемый продукт выделяется в чис­том виде. Горячий воздух для сушки адсорбента подается вентиля­тором 8 через калорифер 4. Воздух для охлаждения подает также вентилятор, но минуя калорифер по обводной линии 7.

В последнее время находят применение адсорберы с кипящим слоем и установки с движущимся слоем адсорбента. Однако при эксплуатации подобных установон возникает затруднение, которое заключается, в том, что все известные адсорбенты имеют относи­тельно малую механическую прочность и п-ри непрерывном движе­ний очень быстро истираются. Измельченный адсорбент в виде пы­ли выносится из аппарата потоком газа, вследствие чего установ­ки с кипящим и движущимся слоем адсорбента требуют пополне­ния адсорбентом в процессе работы.

Вопросы для повторения. 1. Что называется процессом адсорбции и для ка­ких целей ои применяется? 2. Что называется; процессом десорбции н при каких условиях его проводят? 3. Какие требования предъявляются к адсорбентам? 4. Какие адсорбенты применяются в химической промышленности? 5. Что назы­вают динамической активностью адсорбентов? 6. Как устроен адсорбер с непод­вижным- слоем адсорбента? 7. Из каких стадий складывается процесс адсорбции в промышленном аппарате? 8. Для каких смесей применяют процесс адсорбции?

ГЛАВА 18. СУШКА

Общие сведения

Процессом сушки называется удаление влаги из различных сыпучих, пастообразных, кристаллических и волокнистых материа­лов. Разделение материала и влаги может проводиться механичес­кими способами — отстаиванием, отжимом. Но достаточно полного разделения этими методами получить нельзя;^более полного уда­ления влаги из материала достигают путем ее' испарения при зат­рате тепловой энергии. В некоторых случаях при проведении ес­тественной сушки используется солнечное тепло, но в химической промышленности применяется только искусственная сушка — при подводе тепла от различных теплоносителей. По своей физической сущности сушка — сложный тепло- и массообменный процесс, ско? рость которого в основном определяется скоростью диффузии влаги в материале.

При сушке влага перемещается из глубины материала к по­верхности и затем удаляется из материала. Теплота, необходимая * для нагрева материала при сушке, подводится к поверхности й рас­пространяется в'глубь материала. Таким образом, процесс сушки представляет собой сочетание процессов тепло- и массообмена, при­чем перенос теплоты и массы происходит в противоположных на­правлениях.

По способу подвода теплоты- к высушиваемому материалу раз­личают следующие "виды сушки:

188

конвективную — путем непосредственного соприкосновения вы­сушиваемого материала с сушильным агентом — нагретым возду­хом или топочными газами;

контактную — путем подвода теплоты от теплоносителя к мате­риалу через теплопередающую поверхность;

радиационную — путем передачи -теплоты инфракрасными луча­
ми;                                          * *

диэлектрическую — путем нагревания высушиваемого материа­ла в поле токов высокой частоты;

сублимационную — в глубоком вакууме при низких температу­рах, причем переход влаги в парообразное состояние происходит сразу из твердой, фазы, минуя жидкое состояние.

Наиболее распространена конвективная сушка горячим возду­хом" или дымовыми газами. Три последних способа называются спе­циальными видами сушки и применяются только в частных случа­ях. Для понимания физической сущности протекания процесса конвективной сушки и правильной его "организации необходимо предварительно рассмотреть свойства влажного воздуха.

§ 65. Основные параметры влажного газа и |/—Х)-диаграмма

При конвективной сушке сушильный агент передает материалу теплоту и уносит влагу, испаряющуюся из материала за счет этой теплоты, т. е. играет роль тепло- и влагоносителя. При прочих ме­тодах сушки находящийся в соприкосновении с материалом влаж­ный газ выполняет роль только длагоносителя. Влажный газ явля­ется обычно смесью сухого воздуха и водяного пара, поскольку в большинстве случаев из высушиваемых материалов удаляется во­да, хотя возможно удаление и других жидкостей {спиртов, углево­дородов) и др.

Влажный воздух как сушильный агент характеризуют следую­щие показатели.

Абсолютная влажность, т. е. количество водяного пара в ки­лограммах, содержащегося в 1 м³ влажного воздуха.

Относительная влажность ф, т. е. отношение массы водяного пара, находящегося в 1 м³ влажного воздуха при данных условиях р_п, к максимально возможному его количеству в условиях насы­щения р_н:

?=Р„/Ри-                                    (18.1)

Относительную влажность можно также выразить как отноше­ние парциального давления водяного пара при данных условиях р_п к упругости "насыщенного водяного пара при тех же условиях р_в, т. е.

, ?=/>„//>„•                                    (18.2)

В процессе сушки параметры воздуха изменяются, поэтому при анализе состояния воздуха удобно относить эти переменные к ве­личине, не изменяющейся при проведении процесса сушки, т. е. к 1 кг абсолютно сухого воздуха. .

189 *

Влагосодержание воздуха X — масса водяного пара в килограм­мах, содержащегося во влажном воздухе, отнесенная к 1 кг абсо­лютно сухого воздуха:

ЛГ=0,622 ^VPh ,                  '          (18.3)

где р — общее давление влажного воздуха.

Теплосодержание (энтальпия) / влажного воздуха, которая вы­ражается как сумма энтальпии абсолютно сухого воздуха i_T я эн­тальпии содержащейся в нем влаги t_B:

/=/р+*„                         '        (18-4)

В развернутом виде/принимая теплоемкость сухого воздуха по­стоянной и равной 1010 Дж/(кг-К) и водяного пара 1970 Дж/(кг-К), получим теплосодержание влажного воздуха (Дж/кг):

/ = (1,0Ь 10³+ 1,97-103*)*+2493л;.                (18.5)

В технических расчетах отсчитывают теплосодержание (энталь­пию) от'0°С, и поэтому последнее слагаемое учитывает затрату . теплоты при испарении воды при 0° С, равную 2493 Дж/кг. ' . При проведении процесса конвективной сушки воздухом пара­метры влажного воздуха: температура t , энтальпия (теплосодер­жание) /, влагосодержание X , относительная влажность ф, парци­альное давление водяных паров р — взаимосвязаны и в процессе сушки изменяются. Наиболее просто и наглядно эти зависимости выражаются графически на диаграмме состояния влажного возду­ха, предложенной проф. Рамзиным в 1918 г. (рис. 169). По оси ор­динат отложены значения энтальпии / влажного воздуха, по оси абсцисс — значения влагосодержания X . Диаграмма / — X построе­на в косоугольной системе координат с углом между осями 135°.

При построении использованы уравнение (18.3), выражающее влагосодержание, и уравнение (18.5) для расчета энтальпии. По­скольку эта диаграмма предназначена для практического опреде­ления параметров влажного воздуха и используется для расчета сушилок с общим атмосферным давлением р, принято среднее для европейской части СССР давление, равное 745 мм рт. ст. (993,1 гПа).

На диаграмме / — X представлены:

линии постоянного влагосодержания, обозначенные вертикаль­ными линиями. Изменение влагосодержания воздуха на диаграмме нанесено на горизонтальной оси в пределах 0—0,10 кг/кг сух. возд.;

линии постоянного теплосодержания, обозначенные наклонны­ми прямыми линиями под углом 45° к горизонтальной оси (135°= = 90°+45°), с изменением / в пределах qt 10 до 300 кДж/кг сух. возд.;

линии постоянной относительной влажности ср, представленные кривыми с пределами от 5 до 100%;

изотермы — линии с равными температурами воздуха ( t — = const), обозначенные прямыми линиями с несколько изменяющим-

190

ся наклоном. На приведенной диаграмме изотермы даны в пределах 0—200° С;

линия парциального давления пара, которая выходит из начала координат и имеет дополнительную шкалу справа, показывающих давление в мм рт. ст.

Рис. 169. Диаграмма Г— X для влажного воздуха

Все точки диаграммы, лежащие выше линии ф=Л00%, выра­жают состояние влажного воздуха. Так, по любым двум парамет­рам, например /=60° и ф=30% (точка А), можно легко определить Х=0,04 кг/кг сух. возд., 7=167 кДж/кг сух. возд. и р=44 мм рт. ст. (49,85 гПа).

Температуру, при которой воздух данного состояния, охлажда­ясь при постоянном влагосодержании х, становится полностью насыщенным, т. е. ф=100%, называют точкой роеы (точка а). Ее параметры в нашем примере: Z=0,04 кг/кг сух. возд., ф=100%, *=36°, /= 140 кДж/кг сух. возд.

I       191

Если находящийся во влажном воздухе материал не будет по­лучать теплоты извне и содержание влаги в воздухе за счет испа­рения будет доведено до полного насыщения, т. е. ф = 100 % (про­цесс протекает при постоянном теплосодержании /=const),то про­изойдет охлаждение воздуха и состояние воздуха будет характе­ризоваться точкой Ь, называемой пределом охлаждения (в нашем примере точка Ь имеет <р= 100% и t =4 l °С).

Основное условие правильной эксплуатации и расчета конвёк-

-тивных сушильных установок — определение необходимого расхода

теплоты и воздуха для проведения сушильного процесса. Кроме

быстрого и наглядного определения всех параметров влажного

воздуха по диаграмме проводят расчет конвективных сушилок.

⇐ Предыдущая33343536373839404142Следующая ⇒

Поделиться: