Адсорбція парів летких розчинників

Рекуперація органічних розчинників має як економічне, так і екологічне значення, оскільки втрати їх з газами досить великі. Для їх рекуперації найбільшого поширення набули методи адсорбції. Уловлювання парів можливе будь-якими дрібнопористими адсор­бентами: активним вугіллям, силікагелями, алюмогелями, цеолітами, пористими склами, тощо. Проте активні вугілля, що є гідрофобними адсорбентами, підходять найбільше для вирішення цього завдання: при відносній вологості пароповітряних або парогазових потоків до 50% волога практично не впливає на здатність сорбуватися парів органічних розчинників. Рентабельність адсорбційних установок залежить від концентрації в газах парів летких органічних розчин­ників. Найменші концентрації розчинників при яких забезпечується рентабельність рекуперацій­них установок, наведені нижче.

Таблиця 4.1 – Концентраційні параметри розчинників

Поглинання парів летких розчинників можна проводити в стаціонарних (нерухомих), киплячих і щільних рухомих шарах поглинача. Проте у виробничій практиці найпоширенішими є рекупераційні установки із стаціонарним шаром адсорбенту, що розміщується у вертикальних, горизонтальних або кільцевих адсорберах. Адсорбери вертикального типу зазвичай використо­вують при невеликих потоках пароповітряних (парогазових) сумішей, що підлягають очищенню, горизонтальні і кільцеві апарати служать, як правило, для обробки таких сумішей при високих (десятки і сотні тисяч кубометрів в годину) швидкостях потоків. Рекупераційні установки з адсорберами періодичної дії (із стаціонарним шаром адсорбенту) працюють за трьома технологічними циклами: чотирьох-, трьох- і двофазним:

Чотирьохфазний цикл включає послідовно фази адсорбції, десорбції, сушки і охолодження. Адсорбцію проводять на активному вугіллі. При десорбції з насиченого адсорбенту гострою парою видаляють адсорбований розчинник. При сушці нагрітим повітрям з адсорбенту витісняють вологу, що накопичується в ньому у фазі десорбції при конденсації частини гострої пари. Нагрітий і зневоднений поглинач охолоджують атмосферним повітрям.

Трифазний цикл має відмінність від чотирьохфазного в тому, що виключається одна з останніх фаз чотирьохфазного циклу, наприклад, процес охолодження адсорбенту як самостійна фаза: шар поглинача охолоджують при адсорбції відпрацьованим (очищеним від парів розчинника) повітрям. Може виключатися і фаза сушки. У цьому варіанті після адсорбції проводять нагрів насиченого адсорбенту гарячим інертним газом з відведенням парової суміші в конденсатор. Такий процес десорбції завершують потім проду­ванням шару вугілля водяною парою. У наступній фазі охолодження поглинач обробляють холодним повітрям. Фазу сушки як само­стійну стадію зазвичай виключають, якщо після десорбції адсорбент має відносно низьку вологість. В цьому випадку у фазі охолодження досягається повна регенерація адсорбенту.

Двофазний цикл включає дві стадії (операції): адсорбцію і десорбцію. При цьому процес адсорбції поєднують із сушкою і охолодженням поглинача. З цією метою певний час пароповітряну суміш подають в шар в нагрітому стані (50–60°С), а потім без підігріву, або протягом всієї фази адсорбції пароповітряну суміш подають в шар при однаковій температурі (до 35°С).

Вибір того або іншого циклу роботи рекупераційної установки визначається характером розчинників, що підлягають уловлюванню, їх вмістом в початковій пароповітряній суміші, особливостями і техніко-економічними можливостями виробництва, в технології якого відбувається утворення парів летких розчинників. Вважають, що при відносно високих концентраціях парів летких розчинників в пароповітряних сумішах (до 50% нижньої концентраційної межі вибухонебезпеки) раціонально використовувати чотирьохфазний цикл, у разі середніх і малих концентрацій (2-3 г/м³) доцільніше застосовувати трифазний цикл (з виключенням фази охолодження). Двофазний цикл з адсорбцією парів з пароповітряної суміші при однаковій температурі (до 35°С) може бути прийнятий для рекуперації розчинників, що не змішуються з водою, а двофазний цикл з підігрівом пароповітряної суміші до 50-60°С нераціональний через роботу поглинача в цих умовах із зниженою активністю.

З метою гарантування безперервності процесу рекуперації установка уловлювання парів летких розчинників повинна включати як мінімум два адсорбери періодичної дії (зазвичай їх число складає від 3 до 6 і більше).

Щоб уникнути втрат розчинників із очищеними відпрацьованими вихлопними газами процес адсорбції можна проводити шляхом передачі пароповітряної суміші, що пройшла основний адсорбер, в додатковий адсорбер, що послідовно включається. В цьому випадку кожен з цих двох адсорберів послідовно грає роль головного або хвостового апарату. Такий прийом дещо збільшує витрати на транспортування пароповітряної суміші, але у ряді випадків окупається зниженням втрат уловлюваних розчинників.

Періодичність перемикання адсорберів рекупераційної уста­новки на ту або іншу фазу технологічного циклу визначається графіком її роботи.

На рис. 4.1 представлений приклад схеми адсорбційного відділення установки вловлювання парів органічних розчинників, що працює за двофазним циклом, з пароповітряних сумішей, що утворюються при фарбуванні шкір нітроемалями.

Відповідно до цієї схеми пароповітряну суміш із вмістом парів розчинників (бутилацетат, бутиловий спирт, толуол або бензол, етиловий спирт, ацетон) 5-6 г/м³ вентилятором через калорифери подають в адсорбери, заповнені активним вугіллям АР-3, очищають в них і викидають в атмосферу через вихлопну трубу. На початку процесу поглинання пароповітряну суміш підігріту до 50-60°С протягом 2 годин подають в шар гарячого і вологого поглинача, протягом подальшого часу нагрів не проводять (процес насичення триває 8-12 год.). Таким чином, паралельно з поглинанням парів розчинників з пароповітряної суміші, що очищається, протягом першої фази цього циклу проводять висушування і охолоджування поглинача. Після закінчення адсорбції поглинені розчинники видаляють з вугілля гострою парою. Протягом цієї другої фази циклу температуру в адсорбері підтримують між 115 і 118°С. Десорбцію припиняють досягши густину дистиляту, що утворю­ється в конденсаторі, рівної 0,966 г/см³. Дистилят (конденсат) з конденсатора через роздільник фаз і відстійник направляють в сховище, звідки частину продукту повертають безпосередньо у виробництво, а частину перекачують у відділення ректифікації для подальшої переробки.

Розвиток адсорбційного методу рекуперації парів летких розчинників в світовій практиці йде в основному за двома напрямами. Один з них пов'язаний з апаратурним оформленням рекупераційних установок, інший – з вугільними поглиначами парів летких розчинників.

Рисунок 4.1 – Схема адсорбційного очищення газів від парів органічних розчинників при фарбуванні шкіри нітроемалями