1.3 Трехфазный цикл

Трехфазный цикл имеет отличие от четырехфазного в том, что исключается одна из последних фаз четырехфазного цикла, например процесс охлаждения адсорбента как самостоятельная фаза: слой поглотителя охлаждают при адсорбции отработанным (очищенным от паров растворителя) воздухом. Может исключаться и фаза сушки. В этом варианте после адсорбции производят нагрев насыщенного адсорбента горячим инертным газом с отводом паровой смеси в конденсатор. Такой процесс десорбции завершают затем продувкой слоя угля водяным паром. В последующей фазе охлаждения поглотитель обрабатывают холодным воздухом. Фазу сушки как самостоятельную стадию обычно исключают, если после десорбции адсорбент имеет относительно низкую влажность. В этом случае в фазе охлаждения достигается полная регенерация адсорбента.

Двухфазный цикл включает две стадии (операции): адсорбцию и десорбцию. При этом процесс адсорбции совмещают с сушкой и охлаждением поглотителя. С этой целью определенное время паровоздушную смесь подают в слой в нагретом состоянии (50--60 °С), а затем без подогрева, либо в течение всей фазы адсорбции паровоздушную смесь подают в слой при одинаковой температуре (до 35°С).

Выбор того или иного цикла работы рекуперационной установки определяется характером подлежащих улавливанию растворителей, их содержанием в исходной паровоздушной смеси, особенностями и технико-экономическими возможностями производства, в технологии которого происходит образование паров летучих растворителей. Считают, что при относительно высоких концентрациях паров летучих растворителей в паровоздушных смесях (до 50% нижнего концентрационного предела взрываемости) рационально использовать четырехфазный цикл, в случае средних и малых концентраций (2--3 г/м3) целесообразнее применять трехфазный цикл (с исключением фазы охлаждения). Двухфазный цикл с адсорбцией паров из паровоздушной смеси при одинаковой температуре (до 35°С) может быть принят для рекуперации несмешивающихся с водой растворителей, а двухфазный цикл с подогревом паровоздушной смеси до 50--60 °С нерационален в связи с работой поглотителя в этих условиях с пониженной активностью.

С целью гарантирования непрерывности рекуперационного процесса установка улавливания паров летучих растворителей должна включать как минимум два адсорбера периодического действия (обычно их число составляет от 3 до 6 и более).

Во избежание потерь растворителей с прошедшими очистку (отработанными, выхлопными) потоками процесс адсорбции можно проводить путем передачи паровоздушной смеси, прошедшей основной адсорбер, в последовательно включаемый дополнительный адсорбер. В этом случае каждый из этих двух адсорберов последовательно играет роль головного или хвостового аппарата. Такой прием несколько увеличивает расходы на транспорт паровоздушной смеси, но в ряде случаев окупается снижением потерь улавливаемых растворителей.

Периодичность переключения адсорберов рекуперационной установки на ту или иную фазу технологического цикла определяется графиком ее работы.

Развитие адсорбционного метода рекуперации паров летучих растворителей в мировой практике идет в основном по двум направлениям. Одно из них связано с аппаратурным оформлением рекуперационных установок, другое--с углеродными поглотителями паров летучих растворителей.

В последнее время большое внимание уделяется непрерывно-действующим установкам с движущимся плотным и псевдоожиженным слоем адсорбента. К преимуществам таких установок относят достаточно высокие скорости обрабатываемых потоков, обусловливающие компактность оборудования; высокий коэффициент использования адсорбентов; отсутствие энергозатрат на периодическое нагревание и охлаждение одного и того же аппарата; возможность сравнительно простой и полной автоматизации и простоту обслуживания.

Описан ряд оригинальных решении, касающихся конструктивных особенностей адсорбционной аппаратуры. В частности, предложены различные варианты изготовления адсорбера в виде вращающегося барабана, снабженного перегородками, делящими его на секции. Последние заполнены активным углем и при вращении барабана последовательно проходят зоны адсорбции и регенерации, обеспечивая непрерывность процесса. Имеется ряд конструкций, в которых используется гранулированный активный уголь в виде тонкого слоя, размещаемого между двумя полотнами эластичного гибкого и пористого материала (например, полиуретана). Поперечное по отношению к газовому потоку перемещение «ленты-сэндвича» обеспечивает непрерывность процесса очистки. Имеются и другие конструктивные решения адсорберов.

Большое внимание в последние годы уделяется и углеродным материалам-поглотителям: расширяется их сырьевая база, .ведутся работы, преследующие своей целью получение высокоактивных и износостойких гранулированных активных углей, широко исследуются и уже находят практическое применение в промышленности различные тканые и нетканые материалы на основе углеродных активных волокон, например установки с фильтрами, основу которых составляет активное угольное волокно, получаемое на базе целлюлозных волокон.

Преимущества использования активных углеродных волокон перед гранулированными активными углями состоят в возможности обеспечения повышенной степени рекуперации растворителей (обычно выше 99%); существенном снижении потерь растворителей, связанных с термическим разложением последних в присутствии углеродных адсорбентов, и, как следствие, повышении количества рекуперата; применимости для рекуперации полимеризующихся мономеров и растворителей с высокой температурой кипения; пониженной пожаро- и взрывоопасности; компактности адсорбционной аппаратуры даже с неподвижным слоем активных углеродных волокон.

Для осуществления непрерывного процесса предложены адсорберы, в которых полотно ткани движется перпендикулярно движению газа. Ткань сматывается в рулон, что обеспечивает возможность ее периодической регенерации с. получением концентрированного потока десорбата. Эти же цели могут быть достигнуты и при использовании адсорбера, снабжаемого располагаемыми в несколько параллельных рядов вертикальными полотнищами, состоящими из активного углеродного и другого, более прочного волокна. Через зазоры между их поверхностями пропускают парогазовую смесь (адсорбционная способность ткани из активного углеродного волокна не зависит от направления очищаемого парогазового потока).