8.2. Будова і принцип дії адсорберів
Для очищення газів використовують адсорбери періодичної і безперервної дії. Існують різні конструкції адсорберів: періодичної і безперервної дії, горизонтальні і вертикальні і так далі.
8.2.1. Адсорбери періодичної дії
До апаратів періодичної дії відносяться вертикальні, горизонтальні, кільцеві адсорбери, а також виконані у вигляді трубчастого теплообмінника. Одинична продуктивність вертикальних одношарових адсорберів зазвичай не перевищує 10000 м3/год.
Адсорбери періодичної дії можуть бути з нерухомим шаром і з киплячим шаром адсорбенту.
Основним позитивним фактором адсорбційних установок періодичної дії з нерухомим шаром адсорбенту є відсутність в них стирання частинок сорбенту в результаті тертя однієї до іншої і до стінки апарату, трубопроводу і тому подібне. В адсорберах періодичної дії досягається достатньо високий ступінь очистки і осушення газів, що подаються в апарат.
Основними недоліками адсорберів періодичної дії є невеликі швидкості газового потоку в шихті і відносно мала частка сорбенту, що бере активну участь в процесі (зона масопередачі, як правило, значно менша загальної товщини шару). Крім того, великий переріз горизонтальних адсорберів не забезпечує рівномірності розподілу парогазових потоків по перерізу і, отже, повноти використання адсорбційної ємноті сорбенту. Тому вертикальні адсорбери в порівнянні з горизонтальними раціональніші у використанні. Адсорбери горизонтальної конструкції доцільно застосовувати при очищенні великих кількостей газу від домішок, що добре сорбували.
У адсорбційних установках періодичної дії передбачають декілька адсорберів для різних технологічних стадій − адсорбції, десорбції, сушки або охолодженя.
Адсорбери з нерухомим шаром виконують у вигляді циліндричних вертикальних або горизонтальних ємностей, заповнених шаром адсорбенту. У таких апаратах адсорбцію проводять по стадіях: 1) адсорбція; 2) десорбція; 3) сушка адсорбенту і 4) охолодження адсорбенту. Нові конструкції адсорберів періодичної дії дозволяють більш ефективніше проводити процес. До них відносять адсорбер поличного багатосекційного типу (рис. 8.1).
Рис. 8.1. Адсорбер поличного типу з нерухомими шарами адсорбенту
Розміщуючи адсорбент в апараті горизонтально високим шаром, можна практично усунути вплив нерівномірності шару на ступінь очистки газів, але при цьому зростає аеродинамічний опір адсорбера. Крім того частинки адсорбенту у високому шарі інтенсивно прогріваються внаслідок слабкого тепловідводу із зони конденсації, що зменшує сорбційну ємність адсорбенту і є небажаним внаслідок можливості самозапалення. Якщо концентрація забруднювача висока, то може стати необхідним штучне охолодження шару адсорбенту.
Однократне використання адсорбентів в апаратах періодичної дії може передбачатися при необхідності епізодичної обробки або очистки малої кількості забруднених газів; при низьких концентраціях забруднювачів; при очищенні газів, що містять бактеріологічні, радіоактивні забруднення або високі дози сильнодіючих отруйних речовин. У таких випадках найзручніше упаковувати адсорбент в касети спільно з фільтрами або поміщати в контейнери з приєднувальними елементами.
Тривалість роботи періодичних адсорберів на стадії адсорбції визначається повнотою поглинання забруднюючого компоненту.
Для нестаціонарного адсорбера із закріпленим шаром необхідно визначити момент проскакування. Проскакування відбувається, коли концентрація забруднювача, що змінюється, у відхідному газовому потоці досягає певного заданого значення, яке може бути, наприклад, рівно величині, що допускається стандартами для даного викиду. Час, необхідний для досягнення проскакування, визначається з рівнянь масопереносу і умов рівноваги; воно, у свою чергу, дозволяє визначити необхідну кількість адсорбенту. Діаметр адсорбційного шару розраховують, як і у випадку абсорбції, виходячи з допустимої величини гідравлічного опору.
У адсорберах з нерухомим шаром газ безперервно проходить через адсорбент, який в початковий момент часу не містить адсорбату (рис. 8.2).
Рис. 8.2. Нестаціонарна адсорбція в закріпленому шарі сорбенту