Введение

Рекуперационные установки обычно расположены на некотором расстоянии от производственных помещений, в которых происходит испарение органических веществ в воздух. Для рекуперации, следовательно, необходимо удалить образовавшиеся пары из производственных помещений и затем транспортировать их на рекуперационную установку. Пространство, где испаряются органические жидкости, изолировано от всего рабочего помещения с помощью капсюлирующих устройств. Формы капсюлирующих устройств, не допускающих распространения выделяющихся паров по рабочему помещению, весьма разнообразны, так как зависят от вида аппаратов, для которых они предназначены. Из закапсюлированного пространства пары вместе с воздухом отсасывают вентилятором и транспортируют по трубопроводу на рекуперационную установку. При этом надо иметь в виду, что плотность паровоздушной смеси любой концентрации больше плотности воздуха при той же температуре и что, следовательно, пары будут скапливаться в нижних частях закапсюлированного пространства.

Адсорбция является универсальным методом, позволяющим практически полностью извлечь примесь из газовой или жидкой среды (очистка сразу от нескольких компонентов). В современной химической, газовой, нефтеперерабатывающей промышленности адсорбционный метод широко используют для глубокой очистки и осушки технологических потоков, улучшения качества сырья и продуктов. В технике широко применяются различные адсорбенты с развитой внутренней поверхностью: активные угли, силикагели, алюмогели и т.д.

Адсорбция должна занять ведущее место среди способов защиты биосферы от вредных промышленных выбросов.

Адсорбционные процессы разносторонни. Уже при расчете и выборе технологии основной стадии (адсорбции) инженеру необходимо учитывать многочисленные и разнообразные аспекты (равновесие, кинетика, динамика, гидравлика и т.д.). Еще сложнее создать оптимальный вариант технологического цикла в целом.

Адсорбционный метод в его традиционном исполнении обладает большим недостатком - периодичностью. В связи с этим он не может конкурировать с непрерывными методами – абсорбцией и ректификацией при больших объемах перерабатываемого сырья, особенно если удаляемая примесь находится в относительно высокой концентрации. В то же время только адсорбция может обеспечить практически полную очистку и осушку сырья. Эти обстоятельства побудили разработать комбинированные схемы, в которых удаление основного количества примеси осуществляется обычными непрерывными методами (например, абсорбцией, ректификацией и т.п.), а глубокая доочистка – адсорбентами.

Обычно технологи делят примеси на хорошо, средне и плохо поглощающиеся, причем задача очистки от плохо поглощающихся примесей иногда ошибочно классифицируется как неразрешимая. Процессы очистки от плохо поглощаемой примеси могут быть успешно осуществлены при высоком давлении и низкой температуре.

Улавливание испарившихся органических веществ из воздуха для возвращения их в производство (рекуперация) имеет большое практическое значение для различных отраслей промышленности, например в производствах искусственного шелка, бездымного пороха, целлулоида, кинопленки, заменителей кожи и др.

Многие из органических веществ токсичны, горючи и взрывоопасны, поэтому их пары должны быть удалены из рабочих помещений. Учитывая значительную стоимость растворителей, их пары тем или иным способом необходимо улавливать из воздуха и затем вновь возвращать в производство, благодаря чему снижается себестоимость выпускаемой продукции.

При адсорбционном методе рекуперации улавливаемый пар поглощают из смеси его с воздухом каким-либо твердым поглотителем (обычно активным углем или силикагелем). Адсорбцию можно производить как периодически, пропуская паровоздушную смесь через слой неподвижного поглотителя, так и непрерывно, пропуская паровоздушную смесь через слой поглотителя, движущийся навстречу газовому потоку, или через псевдоожиженный (″кипящий″) слой.

Промышленные методы периодической адсорбции при рекуперации органических растворителей. Как уже было сказано выше, наиболее широкое применение при рекуперации растворителей в промышленности по настоящее время все еще имеет периодическая адсорбция. Этот процесс активным углем производится различными способами. Выбор числа стадий цикла осуществляется технико-экономическим расчетом, учитывающим в основном энергетические и капитальные затраты на проведение всего многостадийного процесса. Широкую известность получил четырехфазный способ. При работе по этому способу весь цикл состоит из четырех фаз:

1. насыщение активного угля поглощаемым компонентом;
2. десорбция поглощенного компонента из угля;
3. сушка угля;
4. охлаждение угля.

Паровоздушную смесь пропускают через слой активного угля до его насыщения поглощаемым веществом (до проскока - первая фаза). По насыщении поглотителя паровоздушную смесь направляют в другой аппарат, а из насыщенного слоя угля, обрабатывая его острым водяным паром, выделяют поглощенное вещество, т.е. производят десорбцию (вторая фаза). Смесь паров воды и выделенного из угля вещества направляют на конденсацию. Регенерированное вещество затем отделяют от воды отстаиванием, если вещество не смешивается с водой, или ректификацией, если вещество смешивается с водой. В нашем случае четыреххлористый углерод не смешивается с водой. Влажный после десорбции уголь сушат горячим воздухом (третья фаза). После сушки горячий уголь охлаждают холодным воздухом (четвертая фаза). По окончании четвертой фазы цикл начинают снова.

При периодической адсорбции из газовой фазы в стационарном слое поглотителя применяют вертикальные, горизонтальные и кольцевые адсорберы, изготовляемые в различных модификациях. Угольный слой небольшой высоты применяется в адсорбере с кольцевым угольным заполнением. Адсорберы такого типа бывают как вертикальными, так и горизонтальными. В нашем случае применяется кольцевой адсорбер. В кольцевых адсорберах площадь сечения поглотителя значительно увеличена по сравнению с площадью сечения поглотителя в вертикальном и горизонтальном адсорберах тех же габаритов. Движение газового потока в кольцевых адсорберах возможно как от центра к периферии, так и наоборот.

Сокращение количества фаз в процессе периодической адсорбции при прочих равных условиях дает положительный эффект. Очевидно, еще больший эффект должен дать переход на непрерывный метод работы.

Рассмотрим схему промышленной углеадсорбционной установки с неподвижным слоем адсорбента для улавливания паров органических веществ из смеси с воздухом (рисунок 1). Установка >работает в четырехстадийном цикле. Газ, содержащий рекуперируемый растворитель, вентиляторами В1и В2 подается в адсорбер А1, заполненный активным углем, предварительно проходя фильтр Ф, служащий для удаления пыли, огнепреградитель Ог, необходимый для предотвращения распространения огня по трубопроводам в случае воспламенения очищаемой парогазовой смеси, и холодильник Х2. После насыщения слоя адсорбента адсорбер А1 переключается на стадию десорбции. Адсорбент регенерируется острым водяным паром (давление 0,1-0,4 МПА), подаваемым внизу адсорбера.

Часть пара конденсируется, отдавая тепло на нагрев адсорбента, материала адсорбера и на компенсацию теплоты адсорбции. Оставшийся пар уносит пары адсорбата в конденсатор К, проходя через циклон Ц, задерживающий пылевидные частицы адсорбента. Конденсат, представляющий собой смесь воды и адсорбата, охлаждается в холодильнике Х1 и подается в отстойник От (четыреххлористый углерод не смешивается с водой) на разделение. Вследствие того, что четыреххлористый углерод частично растворяется в воде, смесь направляют на экстрагирование или подают на технологические нужды.

Сушка адсорбента осуществляется горячим воздухом, подаваемым в адсорбер вентилятором В3 через калорифер Ка1. Охлаждение адсорбента производится атмосферным воздухом, подаваемым вентилятором В3 по обводной линии.

Описание четыреххлористого углерода. Четыреххлористый углерод (химическое название: тетрахлорметан) - это прозрачная легко испаряющаяся практически негорючая жидкость со сладковатым напоминающим хлороформ запахом. Плохо растворяется в воде (0,5 г/л). Молекулярный вес 153,82. Плотность 1,59 г/см3. Температура замерзания -23 оС, температура кипения 76,7 оС. В окружающей среде четыреххлористый углерод в основном находится в виде газа, запах которого большинство людей начинает ощущать уже при концентрации в воздухе на уровне 10 мг/л. Четыреххлористый углерод может быть получен из метана в кипящем слое активированного угля или хлорированием сероуглерода. Четыреххлористый углерод - сырье для производства хладонов, растворитель, огнетушащее средство. Четыреххлористый углерод - негорюч, взрыво- и пожаробезопасен. Ядовит при вдыхании паров, попадании внутрь через желудочно-кишечный тракт или всасывании через кожные покровы и слизистые оболочки. ПДК паров в воздухе рабочей зоны 20 мг/м3, в атмосферном воздухе максимально разовая доза 2 мг/м3, в воде водоемов хозяйственно -бытового назначения - 0,3 мг/л, в питьевой воде - 0,006 мг/л.

Рассмотрим схему промышленной углеадсорбционной установки с неподвижным слоем адсорбента для улавливания паров органических веществ из смеси с воздухом (рисунок 1). Установка >работает в четырехстадийном цикле. Газ, содержащий рекуперируемый растворитель, вентиляторами В1и В2 подается в адсорбер А1, заполненный активным углем, предварительно проходя фильтр Ф, служащий для удаления пыли, огнепреградитель Ог, необходимый для предотвращения распространения огня по трубопроводам в случае воспламенения очищаемой парогазовой смеси, и холодильник Х2. После насыщения слоя адсорбента адсорбер А1 переключается на стадию десорбции. Адсорбент регенерируется острым водяным паром (давление 0,1-0,4 МПА), подаваемым внизу адсорбера.

Часть пара конденсируется, отдавая тепло на нагрев адсорбента, материала адсорбера и на компенсацию теплоты адсорбции. Оставшийся пар уносит пары адсорбата в конденсатор К, проходя через циклон Ц, задерживающий пылевидные частицы адсорбента. Конденсат, представляющий собой смесь воды и адсорбата, охлаждается в холодильнике Х1 и подается в отстойник От (четыреххлористый углерод не смешивается с водой) на разделение. Вследствие того, что четыреххлористый углерод частично растворяется в воде, смесь направляют на экстрагирование или подают на технологические нужды.

Сушка адсорбента осуществляется горячим воздухом, подаваемым в адсорбер вентилятором В3 через калорифер Ка1. Охлаждение адсорбента производится атмосферным воздухом, подаваемым вентилятором В3 по обводной линии.