РАЗДЕЛЕНИЕ НЕОДНОРОДНЫХ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 5Следующая ⇒

Для разделения неоднородных газовых систем (пыли и туманы) применяют соответствующую аппаратуру: газовые отстойники, центробежные пылеосадители, электрические фильтры, гидравлические пылеуловители и газовые фильтры. Выбор аппарата определяется рядом факторов, главными из которых являются размеры улавливаемых частиц и заданная степень очистки газов. Исходя из этих параметров, можно ориентировочно выбирать газоочистительные устройства по данным, приведенным в таблице.

Аппарат	Размеры улавливаемых частиц в мкм	Степень очистки в %
Пылеосадительные камеры	5—20000	40—70
Центробежные пылеосадители	3—100	45—85
Электрофильтры	0, 005—10	85—99
Гидравлические пылеуловители	0, 01—10	85—99
Газовые фильтры	2—10	85—99

Пылеосадительные камеры

Осаждение взвешенных в газовом потоке частиц в пылеосадительных камерах происходит под действием сил тяжести. Простейшими конструкциями аппаратов этого типа являются отстойные газоходы, снабжаемые иногда вертикальными перегородками для лучшего осаждения твердых частиц. Для очистки горячих печных газов широко применяют многополочные пылеосадительные камеры.

Рис.29. Пылеосадительная камера: ъ

1 - входной патрубок; 1 - входной патрубок; 2 - выходной патрубок; 3 - корпус; 4 - бункер взвешенных частиц.

Оборудование для массообменных процессов

Адсорбция

Адсорбцией называют процесс поглощения влаги из смеси газов, паров или растворов поверхностью или объёмом пор твёрдого тела-адсорбента. Поглощаемое вещество находится в объёмной фазе (газе, паре или жидкости).

По химическому составу все адсорбенты можно разделить на углеродные и неуглеродные. К углеродным адсорбентам относятся активные (активированные) угли, углеродные волокнистые материалы, а также некоторые виды твёрдого топлива. Неуглеродные адсорбенты включают в себя силикагели, активный оксид алюминия, алюмогели, цеолиты и глинистые породы.

Рис.30 Поверхность адсорбента с адсорбированными молекулами

Рис. 31 Микрофотографии поверхности адсорбентов (Активный уголь)

Адсорбция находит широкое применение в различных отраслях химической технологии, а также в природоохранной деятельности (при очистке сточных вод и отходящих газов). Для проведения адсорбции используются специальные аппараты разных типов: адсорберы с неподвижным, с движущимся зернистым поглотителем (адсорбентом), а также с кипящим (псевдоожиженным) слоем мелкозернистого адсорбента.

Адсорберы с неподвижным слоем адсорбента

Рис. 32 Схема адсорбера с неподвижным слоем адсорбента.

а - вертикальный; б - горизонтальный; 1 - корпуса; 2 - опорнораспределительные решетки; 3 - люки для выгрузки адсорбента; 4 - люки для загрузки адсорбента

Принцип действия.

Адсорберы с неподвижным слоем адсорбента работают в циклическом режиме. Так, применительно к адсорбции органических компонентов из газовых потоков на активных углях «классическим» считается 4 – стадийный цикл:

а) адсорбцию ведут до наступления проскока;

б) для десорбции с получением извлечённого компонента и с регенерацией адсорбента уголь чаще всего продувают перегретым водяным паром, что повышает температуру и понижает парциальное давление паров адсорбируемого вещества над адсорбентом; смесь паров извлекаемого компонента и воды, выводимую из адсорбера, конденсируют и делят отстаиванием либо ректификацией;

в) сушат адсорбент горячим воздухом от сконденсированной воды;

г) охлаждают слой угля потоком холодного воздуха.

Для обеспечения непрерывности адсорбционной очистки требуется не менее двух параллельно работающих аппаратов.

Перегонка и ректификация

Ректификация и дистилляция являются наиболее распространенными способами разделения однородных жидких смесей. Ректификация – это разновидность перегонки жидкостей, по существу представляет собой частичное испарение разделяемой смеси и последующую конденсацию образующихся паров, совершаемую многократно в отличие от перегонки, где процесс идет однократно. Разделение перегонкой и ректификацией основано на различной летучести компонентов при одинаковой температуре.

Ректификация – один из важнейших технологических процессов гидролизной и нефтеперерабатывающей промышленностей. Для ректификации бинарных и многокомпонентных смесей применяются исключительно аппараты колонного типа – насадочные и тарельчатые ректификационные колонны.

Ректификация нефти является примером сложного разделения многокомпонентных смесей. Она также проводится в трубчатых колонных аппаратах, которые в зависимости от условий перегонки подразделяются на атмосферные, вакуумные и атмосферно-вакуумные.

Технологические схемы разделения с помощью ректификационных установок довольно сложны. Они являются наглядным представлением процессов, примером компоновки и практического применения различных сопутствующих и вспомогательных аппаратов.

Простая перегонка

Принцип действия.

При кипении отводится часть пара и конденсируется (дистиллят).

Достоинства и недостатки.

К достоинствам можно отнести простоту установки.

Недостатком же является то, что такой процесс не позволяет получать компоненты в чистом виде, так как оба компонента летучи.

Применение. Простую перегонки применяют лишь для грубого разделения смесей, либо для разделения смесей, в которых компоненты очень сильно различаются летучестью.

Рис.33.Схема простой перегонки

1 - куб-кипятильник; 2 - конденсаторы-холодильники; 3 - сборники;

Ректификационная колонна

Процесс ректификации осуществляют в ректификационной установке, включающей ректификационную колонну, дефлегматор, холодильник-конденсатор, подогреватель исходной смеси, сборники дистиллята и кубового остатка. Дефлегматор, холодильник-конденсатор и подогреватель представляют собой обычные теплообменники. Основным аппаратом установки является ректификационная колонна, в которой пары перегоняемой жидкости поднимаются снизу, а навстречу парам сверху стекает жидкость, подаваемая в верхнюю часть аппарата в виде флегмы. В большинстве случаев конечными продуктами являются дистиллят (сконденсированные в дефлегматоре пары легколетучего компонента, выходящие из верхней части колонны) и кубовый остаток (менее летучий компонент в жидком виде, вытекающий из нижней части колонны).

Процесс ректификации может протекать при различном давлении. Под вакуумом ректификацию проводят, когда разделению подлежат высококипящие жидкие смеси. Повышенные давления применяют для разделения смесей, находящихся в газообразном состоянии при более низком давлении. Степень разделения смеси жидкостей на составляющие компоненты и чистота получаемых дистиллята и кубового остатка зависят от того, насколько развита поверхность фазового контакта, а следовательно, от количества орошающей жидкости (флегмы) и устройства ректификационной колонны.

Ректификация применяется для разделения в крупнотоннажных производствах непрерывно действующих установок. Это обусловлено их высокой производительностью, однородностью получаемых продуктов, сравнительной лёгкостью автоматизации, простой организацией рекуперации теплоты.

Рис.34. Технологическая схема ректификации

1- емкость для исходной смеси; 2 - подогреватель; 3 - колонна; 4 - кипятильник; 5 - дефлегматор; 6 - делитель флегмы;

7 - холодильник; 8 - сборник дистиллята;

9 - сборник кубового остатка

Рис.35. Вид ректификационной установки

В промышленности применяют колпачковые, ситчатые, насадочные, пленочные трубчатые колонны и центробежные пленочные ректификационные колонны. Они различаются в основном конструкцией внутреннего устройства аппарата, назначение которого — обеспечение взаимодействия жидкости и пара. Это взаимодействие происходит при барботировании пара через слой жидкости на тарелках (колпачковых или ситчатых) либо при поверхностном контакте пара и жидкости на насадке или поверхности жидкости, стекающей тонкой пленкой.

Рис36.Фотография колпачковой тарелки

Рис37.Фотография ситчатой тарелки

Насадочные колонны используются для ректификации термически нестойких веществ под вакуумом.

Рис.38.Насадочная колонна

1-корпус; 2-насадка; 3-опорная решетка; 4-перераспределитель флегмы;

5-патрубок для слива кубового остатка; 6-кипятильник; 7-ороситель

Рис.39.Схема ректификационной установки непрерывного действия с ситчатыми тарелками

Сушка

Сушка — это процесс удаления влаги из твёрдых влажных материалов путём её испарения. До того, как сушить материал, надо удалить максимальное количество влаги механическим путём (отжимом, отсасыванием, фильтрованием), чтобы не тратить лишней теплоты на испарение влаги.

В качестве сушильных агентов применяются воздух или дымовые (топочные) газы. Лучше, когда есть отработанные газы других производств. В этом случае хорошо решается проблема энерготехнологии.

Сушка материалов, заключающаяся в полном их обезвоживании путем испарения влаги и удаления образующихся паров, является сочетанием связанных друг с другом процессов теплообмена и массопередачи (влагообмена). Сушка проводится двумя основными способами: путем непосредственного соприкосновения сушильного агента (нагретого воздуха, топочных газов) с высушиваемым материалом – конвективная сушка; путем нагревания высушиваемого материала теплоносителем через теплопроводящую стенку – контактная сушка. Существуют также специальные виды сушки материалов: путем нагревания инфракрасным излучением (радиационная сушка), токами высокой частоты (диэлектрическая сушка) и в замороженном состоянии при глубоком вакууме (сублимационная сушка).

Использующиеся в технологических процессах сушилки различаются по ряду признаков: по способу подвода тепла (контактные, конвективные), по виду используемого теплоносителя (воздушные, газовые), по величине давления в сушильной камере (атмосферные, вакуумные), по взаимному направлению движения высушиваемого материала и сушильного агента (прямо-, противоточные), по способу организации процесса (периодические, непрерывные).

Камерная сушилка

Материал сушится на полках камеры в неподвижном состоянии. Загрузка и выгрузка осуществляется вручную. Сушилка может работать как по варианту с однократным проходом горячего воздуха, так и по варианту с частичным возвратом воздуха (рециркуляцией).

Достоинством камерной сушилки является простота устройства. К минусам можно отнести: большую продолжительность сушки, неравномерность сушки, потери теплоты при загрузке и выгрузке и пылящего материала при выгрузке, негигиеничные условия обслуживания, большой расход теплоты из-за недостаточной полноты её использования.

Рис.40: Камерная сушилка

1. Полки для загрузки высушиваемого материала; 2. Калорифер;

3. Вентилятор; 4. Заслонка для регулирования расхода свежего воздуха;

5, 6. Заслонки.

Применение.Камерные сушилки используются в небольших производствах с изменяющимся ассортиментом. Их применяют для сушки сравнительно небольших количеств материала и при достаточно большой продолжительности процесса.

Распылительная сушилка.

Раствор распыляют на мелкие капли, поверхность которых велика. Подаётся горячий воздух или газ. Испарение влаги и сушка идут очень интенсивно. Раствор распыляется форсунками или дисками. Давление – несколько десятков атмосфер. Частицы в течение нескольких секунд теряют влагу, осаждаясь в виде порошка.

Достоинства: процесс сушки протекает быстро. Температура сушки низкая (50 – 700С), хотя сушильный агент может иметь температуру порядка 1000⁰С. Конечный продукт получается в виде тонкого порошка, который легко растворяется (порошковое молоко, растворимый кофе).

Недостатки: сложность распыливающих и пылеулавливающих устройств, большой размер сушильной камеры из-за малой скорости сушильного агента. Большой расход энергии на распыление и потери энергии с теплотой уходящих газов.

Рис.41: Распылительная сушилка

1. Вентилятор; 2. Калорифер; 3. Камера сушилки; 4. Диск; 5. Циклон; 6. Рукавный фильтр; 7. Шнек для выгрузки высушенного материала
Мембранные аппараты

Мембранные процессы разделения основаны на преимущественной проницаемости одного или нескольких компонентов жидкой, либо газовой смеси через разделительную перегородку-мембрану. Фаза, прошедшая через нее, называется пермеатом (иногда - фильтратом), задержанная - концентратом. Движущая сила мембранных процессов разделения - разность химических потенциалов по обе стороны перегородки. Мембранные процессы также могут быть обусловлены градиентами давления (баромембранные процессы).

⇐ Предыдущая 1 2 345 Следующая ⇒