Десорбция поглощенных примесей

Необходимость периодической регенерации насыщенных целевыми компонентами поглотителей предопределяет цикличность адсорбционных процессов. Среди операций (стадий), основной целью которых является восстановление сорбционной способности адсорбентов, ключевой является десорбция в связи с тем, что для ее проведения требуется от 40 до 70% общих затрат по адсорбционной газоочистке. Этот процесс ведут, используя в основном повышение температуры, вытеснение адсорбата лучше сорбирующимся веществом, снижение давления (в том числе создание вакуума) или комбинацию этих приемов. Возможность эффективного осуществления десорбции в ряде случаев предопределяет целесообразность выбора адсорбции среди других приемов газоочистки.

Термическую десорбцию реализуют, нагревая насыщенный адсорбент до определенной температуры, обеспечивающей приемлемую интенсивность процесса, прямым контактом с потоком водяного пара, горячего воздуха или инертного газа, либо проводя нагрев через стенку с подачей в аппарат некоторого количества отдувочного агента (обычно инертного газа). Температурный потенциал в области 100−200°С обычно обеспечивает возможность десорбции целевых компонентов, поглощенных активными углями, силикагелями и алюмогелями. Область температур от 200 до 400 °C, как правило, является достаточной для десорбции примесей, поглощенных цеолитами.

Для случая десорбции летучих растворителей из неподвижного слоя активного угля (в частности, при допущении изотермичности процесса ввиду незначительности десорбции при разогреве угля до 100 °C и относительной непродолжительности времени разогрева адсорбента по отношению к общей продолжительности стадии десорбции) математическое описание пооиесса имеет следующий вид:

где С — концентрация целевого компонента в десорбирующем агенте; со — фиктивная скорость десорбирующего агента; L — высота слоя адсорбента; е — порозность слоя; р_п— плотность паровой фазы; р_т— кажущаяся плотность адсорбента; v — скорость десорбции; К_н= f (t, oo) — константа наблюдаемой скорости десорбции.

Решение системы уравнений (1.278) относительно времени десорбции т_д целевых компонентов при соответствующих начальных и граничных условиях приводит к выражению:

где а₀ и а — соответственно начальная и текущая величины адсорбции.

Входящая в уравнение (1.279) величина К_и при прочих равных условиях существенно зависит от средней скорости десорбирующего агента и может быть найдена экспериментальным путем.

Вытеснительная десорбция, называемая также холодной, основана на различии сорбируемости целевого компонента и вещества, используемого в качестве вытеснителя (десорбента). Для десорбции поглощенных адсорбентом органических веществ можно использовать диоксид углерода, аммиак, воду, некоторые органические и другие вещества, способные обеспечить эффективное вытеснение целевого компонента и относительную простоту последующей их десорбции из адсорбента. Перспективно применение этого метода десорбции при организации адсорбционных процессов на основе использования цеолитов. Последние характеризуются повышенной адсорбционной активностью в отношении паров воды, что предопределяет ес эффективность как десорбента поглощенных цеолитами веществ.

Десорбция снижением давления может быть реализована в двух вариантах: редуцированием давления в системе после насыщения поглотителя в проводимой под избыточным давлением стадии адсорбции или созданием в ней разрежения при осуществлении стадии адсорбции под нормальным давлением.

Вакуумная десорбция ввиду необходимости значительных энергозатрат и обеспечения герметичности соответствующих установок крайне ограниченно используется в практике санитарной газоочистки. Принцип десорбции, основанный на перепаде давления между стадиями адсорбции и десорбции, нашел практическое воплощение в установках короткоцикловой безнагревной адсорбции, получающих в последнее время все более широкое применение в целях осушки воздуха и других газов. Осушка газов в ряде случаев является необходимой ступенью, предшествующей их очистке от вредных примесей.

Методы инженерного расчета процессов десорбции, основанных на снижении давления в системе на стадии выделения из адсорбентов целевых компонентов, изложены в специальной литературе.