Адсорбер периодического действия с неподвижным зернистым слоем адсорбента

     1) истинно растворимые в воде – представляют собой дифильные молекулы с короткими углеводородными радикалами;

     2) мицеллярные коллоиды - представляют  собой дифильные молекулы с  длинным углеводородным радикалом,  малорастворимые в воде.

     Разность  концентраций растворенного вещества в поверхностном слое внутри объема раствора называют поверхностным избытком этого вещества и обозначают греческой  буквой Г («гамма»). ПАВ положительно адсорбируются в поверхностном  слое и, следовательно, для них Г>0, так кА приводит к уменьшению поверхностного натяжения. Напротив, поверхностно-инактивные вещества адсорбируются отрицательно, т.е. их концентрация в поверхностном слое меньше, чем в объеме раствора (Г<0). При этом поверхностное натяжение несколько возрастает в результате того, что в растворах сильных электролитов поверхностные молекулы воды втягиваются внутрь раствора с большей силой, чем в чистой воде. В насыщенных молекулярных поверхностных слоях молекулы ПАВ правильно ориентированны своей полярной группой к полярной фазе (например, воде), а неполярным углеводородным радикалом – к неполярной фазе (например, воздух), образуя подобие частокола.

     Адсорбционные процессы описываются уравнениями, которые связывают (α), концентрацию вещества (С) в жидкой или газообразной фазе и давление (Р) в газообразной фазе.

     На  изотерме можно выделить три участка  в области малых концентраций адсорбата на поверхности адсорбента (I) – количество адсорбционного вещества растет пропорционально его концентрации или давлении. В этой области удельная адсорбция (α) описывается уравнением генри:  

       или  , 

     где - предельное количество адсорбата; - постоянные адсорбции

     Степень заполнения поверхности адсорбента находится по формуле:

     При дальнейшем увеличении концентрации (давления) количество адсорбированного вещества увеличивается, но в меньшей степени (участок II).При достаточно высоких концентрациях (давления) количество адсорбированного вещества не изменяется с повышением концентрации, и кривая становится параллельной оси абсцисс (участок III), что соответствует насыщению поверхности адсорбента молекулами адсорбируемого вещества.

     Изотерма  адсорбции газообразных веществ  при высоких давлениях представлена на рисунке 1. 

     Рис. 1 - Изотерма адсорбции при высоких давлениях 

     Изотерма  адсорбции при приближении к  насыщенному давлению изгибается и  круто поднимается вверх –  это явление связано с копилярной концентрацией. Характер адсорбционных изотерм газообразных веществ зависит от природы и характера адсорбента и газа. 

     1.2 Активные угли 

     Адсорбент – это твердое тело, на поверхности  и в порах которого происходит адсорбция.

     Особенностью  процесса адсорбции является избирательность  и селективность. Благодаря этому  свойству возможно поглощение из сточных  вод и загрязненных газов определенных загрязнений, а затем в процессе сорбции возможно выделение их в чистом виде, т.к. адсорбция протекает на поверхности адсорбата, то чем больше поверхность, тем выше скорость адсорбции, и поэтому адсорбенты должны иметь сильно развитую поверхность с очень высокой пористостью и глубокой структурой.

     Адсорбенты  характеризуются удельной площадью поверхности отнесенной к единице  объема или массы, плотностью, адсорбционной  емкостью, хорошую способность к  регенерации, иметь не высокую стоимость  и быть изготовленным из доступных материалов.

     Адсорбционные процессы носят циклический характер и предполагают периодическую  регенерацию адсорбентов насыщенных целевыми компонентами.

     Адсорбционная очистка может быть регенерированной, когда извлекаемые вещества утилизируются. В связи с этим для регенерации адсорбентов применяют методы:

• Экстрагирование органическими растворами;
• Изменение степени диссоциации слабых электролитов, с помощью которых производится десорбция;
• Отгонка десорбционного вещества с водяным паром;
• Испарение адсорбционного вещества током инертного газообразного теплоносителя;

     В зависимости от метода различают:

     - десорбцию термическую;

     - вытеснительную;

     - десорбцию со снижением давления.

     Активные  угли используют в качестве эффективных  адсорбентов для извлечения свинца из атмосферного воздуха; Ca, Ba и Sr из концентрированных растворов щелочей, солей и других соединений; Cr, Mo и V из воды и рассолов ртутного электролиза. Как правило, определение элементов заканчивается непосредственно в концентрате: прямым сжиганием концентрата в канале спектрального угольного электрода или концентрат облучают потоком нейтронов или определяют элементы в концентрате рентгенофлуоресцентным методом. Окончание анализа может быть другим: после разложения адсорбента, содержащего сорбированные компоненты, действием азотной кислотой в полученном растворе компоненты определяют атомно-абсорбционным, спектрофотометрическим и другими методами.

     Эффективность разделения и концентрирования может быть улучшена при добавлении в исследуемый раствор комплексообразующих веществ. Так, микроколичества Bi, Co, Cu, Fe, In, Pb при анализе металлического серебра и нитрата талия можно извлечь в виде устойчивых комплексов с ксиленоловым оранжевым сорбцией активным углем, помещенным в виде слоя на фильтр. Примеры приведены в таблице 1. 

     Таблица 1 - Концентрирование микроэлементов в виде комплексов на активном угле

      2. Описание технологического процесса 

     Процесс адсорбции протекает непрерывно. Непрерывность процесса обеспечивается сменной работой двух групп адсорберов. Используемые, в данной технологической  схеме, группы включают в себя по три  кольцевых адсорбера каждая.

     Процесс адсорбции протекает в определенный срок, по истечению которого данный процесс завершается. Первая группа адсорберов (А1, А2, А3), переходит в режим регенерации, а вторая (А4, А5, А6) в режим проведения процесса адсорбции.

     Процесс адсорбции начинается с того, что исходная смесь подается в рукавный фильтр (Ф) с помощью вентилятора (В1) или резервного (В2) по линии 29. После предварительной очистки газ переходит в огнепреградитель с разрывными мембранами. На этом отрезке трубопровода расположена мембрана прорыва (М), которая предотвращает разрушение трубопровода. Затем смесь переходи в калорифер (Ка2), где газ охлаждается оборотной водой. Из охлаждающего калорифера газ попадает в адсорберы: при работе первой группы адсорберов через нижний левый штуцер в (А1, А2, А3), при этом регулирующие вентили (ВЗ₇, ВЗ₁₉, ВЗ₃₇) должны быть закрыты, а вентили (ВЗ₁₀, ВЗ₁₃, ВЗ₄₂) – открыты; при работе второй группы адсорберов (А4, А5, А6) регулирующие вентили (ВЗ₁₀, ВЗ₁₃, ВЗ₄₂) закрываются, а вентили (ВЗ₇, ВЗ₁₉, ВЗ₃₇) - открываются. Газ поступает в пространство между стенкой корпуса и наружной стенкой корзины, в которой расположен адсорбент – активированный уголь марки АР-А. При прохождении газа через слой адсорбента протекает процесс массообмена, то есть происходит поглощение этилового спирта из парогазовой смеси. После протекания этой реакции очищенный газ через центральный штуцер отводится по линии 3m в атмосферу или на дальнейшее использование.

     Процесс идет до тех пор, пока на линии 3m не будет обнаружен проскок этилового спирта. При обнаружение этилового спирта вентили (ВЗ₇, ВЗ₁₉, ВЗ₃₇, ВЗ₁₀, ВЗ₁₃, ВЗ₄₂) закрываются, а (ВЗ₁₇, ВЗ₂₀, ВЗ₂₇, ВЗ₃₀, ВЗ₃₂, ВЗ₃₉) – открываются.

     Процесс регенерации начинается с подачи в адсорберы острого пара по линии 2 через распределительный коллектор. При подачи в первую группу адсорберов вентиль (ВЗ₃₈ и ВЗ₄₆) закрыты, вентили (ВЗ₁₄, ВЗ₂₅, ВЗ₄₀, ВЗ₄₄) открыты, а при подачи во вторую группу адсорберов вентили (ВЗ₁₄, ВЗ₂₅, ВЗ₄₆) закрыты, вентиль (ВЗ₃₈, ВЗ₄₄, ВЗ₁₅, ВЗ₂₉, ВЗ₃₄) открыты, соответственно вентили (ВЗ₇, ВЗ₁₇, ВЗ₁₉, ВЗ_30, ВЗ₃₇, ВЗ₃₂, ВЗ₁₀, ВЗ₁₃, ВЗ₂₀, ВЗ₂₆, ВЗ₃₉, ВЗ₄₂, ВЗ₅₁) закрыты. Пар через, нижний центральный, штуцер попадает в центральную часть адсорберов. Затем происходит процесс регенерации перфорированных решеток (процесс десорбции), в частности активного угля. Образовавшейся конденсат, через нижний правый штуцер, попадает в канализацию по линии 30. Промывной водяной пар со следами этилового спирта и частицами адсорбента через нижний левый штуцер поступает в циклон по линии 41.

     В циклоне смесь паров воды и  этилового спирта очищается от пыли и сконденсированных капель пара под действием центробежных сил. Полученный конденсат через нижний штуцер циклона переходит в холодильник. А оставшаяся смесь переходит  по линии 41 в конденсатор, где при подводе свежей воды через верхний штуцер, конденсируется капли пара, которые затем переходят в холодильник. Использованная при конденсации вода отводится по линии 40 через верхний правый штуцер.

     В холодильнике при подаче свежей воды конденсат охлаждается. После охлаждения оборотная вода также отводится по линии 40. В результате охлаждения образуется очищенный этиловый спирт, который по линии 34 передается на склад для дальнейшего использования.

     После процесса регенерации адсорберы высушивают. Воздух для сушки, подается в калорифер (Ка1) вентилятором (В3)., где нагревается до определенной температуры подачей острого пара по линии 2 (вентиль ВЗ₄₄ закрыт, ВЗ₄₆ - открыт). При этом регулирующий вентиль (ВЗ₅₁) закрыт, а вентиль (ВЗ₅₂) открыт. Затем нагретый воздух подается в адсорберы, регенерируемой группы, через нижний левый штуцер и удаляется из адсорберов через нижний центральный штуцер. При этом: если регенерируется первая группа (А1, А2, А3), регулирующие вентили (ВЗ₁₆, ВЗ₂₈, ВЗ₃₅) открыты, вентили (ВЗ₁₆, ВЗ₉) закрыты; если регенерируется вторая группа (А4, А5, А6), регулирующие вентили (ВЗ₁₆, ВЗ₂₈, ВЗ₃₅) открыты, вентиль (ВЗ₁₁) закрыт. После просушки адсорберы вновь охлаждают с помощью подачи атмосферного воздуха вентилятором (В3), который поступает в адсорберы через нижний левый штуцер и удаляется из адсорберов через нижний центральный штуцер по линии 3m в атмосферу или на дальнейшее использование. Процесс идет до тех пор, пока на линии 3m не будет обнаружен проскок этилового спирта.

     Процессы  регенерации, сушки и охлаждения адсорберов протекают за тот же период времени, что и процесс адсорбции. После проведения этих процессов  группы адсорберов вновь меняют, то есть те, которые работали в режиме адсорбции переходят в режим  регенерации, а те, которые регенерировались - в режим адсорбции. Процесс протекает непрерывно.

      3. Устройство и принцип действия 

     По  способу организации процесса адсорбции  представленные в данной курсовой работе аппараты являются аппаратами периодического действия. В них адсорбент находится в неподвижном состоянии и при достижении определенной (заданной) степени насыщения его необходимо заменить или регенерировать (десорбировать). На время регенерации процесс адсорбции прерывается.