Адсорбційний апарат

Адсорбційний апарат, що містить корпус із вхідним і вихідним патрубками, встановлені усередині нього перфоровані перегородки, які розділяють корпус на секції, розташовані послідовно по ходу руху газового середовища і заповнені різними адсорбентами, який відрізняється тим, що кожна наступна секція заповнена адсорбентом, що сорбує певний компонент газового середовища з теплотою адсорбції, меншою за теплоту адсорбції адсорбенту, що заповнює попередню секцію, а маса адсорбенту кожної секції вибрана за умови: Корисна модель має відношення до області поділу газів, зокрема до конструкцій апаратів для поділу газів адсорбцією і може бути використані для одержання окремих компонентів із суміші газів при переробці твердих побутових відходів, у харчовий і хімічний промисловостях, у сільському господарстві. Відомий адсорбційний апарат, що містить корпус із вхідним і вихідним патрубками, розташовані усередині нього перфоровані горизонтальні і вертикальні перегородки, що утворять кільцеві секції, заповнені адсорбентом і розташовані послідовно за ходом руху газового середовища [заявка Японії №61-209025, B01D53/04, 1986)] [1]. Секції в апараті розміщені з утворенням внутрішніх і зовнішніх проходів для потоку газового середовища. Потік через вхідний патрубок потрапляє у внутрішній прохід першої за ходом руху газового середовища кільцевої секції, проходить через адсорбент першої секції і потрапляє у зовнішній прохід, загальний для першої і другий кільцевих секцій. Далі потік газового середовища проходить крізь адсорбент другої кільцевої секції і надходить у внутрішній прохід, загальний для другої і третьої кільцевих секцій і т.д. Очищений газ після проходу останньої кільцевої секції виходить через патрубок з апарата. У такий спосіб потік газового середовища по черзі проходить крізь адсорбент усіх сек цій. m,=mo-c,-Qo/Co-Qi, де гп 0 - маса адсорбенту, який сорбує основний компонент газового середовища; с, - концентрація і-го компонента газового середовища; Qo - адсорбційна ємність адсорбенту секції, який сорбує основний компонент; Co - концентрація основного компонента; Q, - адсорбційна ємність адсорбенту і-ої секції, який сорбує і-ий компонент газового середовища. Недоліком апарата [1] є складність конструкції, обумовлена наявністю великого числа горизонтальних і вертикальних перегородок, фланців, кришок, що з'єднані, а також великі габарити апарата через наявність великої кількості внутрішніх і зовнішніх проходів. Крім того, секції апарата заповнені адсорбентом тільки одного виду, що веде до швидкого насичення його компонентом газового середовища, що очищається, який має найбільшу теплоту адсорбції, і, як наслідок, до зниження якості очищення газового середовища і частій заміні адсорбенту, що знижує ефективність роботи адсорбційного апарата. Відомий адсорбційний апарат, що містить циліндричний корпус із вхідним і вихідним патрубками, встановлені усередині нього перфоровані перегородки, які розділяють корпус на секції, розташовані послідовно за ходом руху газового середовища і заповнені різними адсорбентами [патент РФ №2058177, B01D53/04, 1996] [2]. Апарат має розподільні пристрої, вільно розміщеними в адсорбенті кожної секції, які перекривають переріз апарата, кожен з який має систему каналів. В апараті, описаному в [2], значно знижене число технологічних деталей, що несуть адсорбційний матеріал, що дало можливість спростити коне 00 00 8870 трукцію і зменшити габарити апарата. Крім того, у різних секціях можливе використання різних по виду адсорбентів, що дозволяє підвищити якість очищення газового середовища. Однак довільне заповнення секцій адсорбційного апарата різними адсорбентами веде до зниження якості очищення газового середовища, тому що в перших за ходом руху газового середовища секціях буде відбуватися адсорбція компонента, який має найбільшу теплоту адсорбції, а адсорбент у цій секції не буде мати максимальну ємність для цієї компоненти. Це приводить до блокування пір адсорбенту і, відповідно, до зменшення адсорбційної ємності для компонента, якому відповідає даний адсорбент. У результаті знижується якість очищення компонентів потоку газового середовища і зменшується час роботи адсорбційного апарата. В основу корисної моделі поставлена задача створити такий адсорбційний апарат, який у порівнянні з відомим дозволяв би підвищити якість очищення компонентів газового середовища і збільшити час роботи адсорбційного апарата. Поставлена задача вирішується в адсорбційному апараті, що включає корпус із вхідним і вихідним патрубками, встановлені усередині нього перфоровані перегородки, які розділяють корпус на секції, розташовані послідовно по ходу руху газового середовища і заповнені різними адсорбентами. Згідно з корисною моделлю кожна наступна секція заповнена адсорбентом, що сорбує певний компонент газового середовища з теплотою адсорбції, меншою за теплоту адсорбції адсорбенту, що заповнює попередню секцію, а маса адсорбенту кожної секції вибрана з умови: m,=moxCixQo/coxQi (1), де то - маса адсорбенту, який сорбує основний компонент газового середовища; с, - концентрація і-го компонента газового середовища; Q o адсорбційна ємність адсорбенту секції, який сорбує основний компонент; Co - концентрація основної компоненти; Q, - адсорбційна ємність адсорбенту і-ої секції, який сорбує і-ий компонент газового середовища. Заповнення кожної наступної секції адсорбентом, що сорбує певну компоненту газового середовища з теплотою адсорбції, меншою за теплоту адсорбції адсорбенту, що заповнює попередню секцію, сприяє активному поглинанню адсорбентом, першим за ходом руху газового середовища, компонента, який більше за всіх сорбується. Тим самим забезпечується найбільш ефективне використання адсорбційного простору. Це приводить, з одного боку, до збільшення часу роботи адсорбційного апарата, а з іншого боку - до підвищення якості очищення компонентів газового середовища. Вибір кількості маси адсорбенту в кожній секції за умовою (1), сприяє одночасному заповненню кожної секції відповідним компонентом газового середовища, що веде до збільшення часу роботи адсорбційного апарата та якості очищення компонентів газового середовища. На кресленні схематично зображено пропонований адсорбційний апарат. Адсорбційний апарат містить корпус 1 із вхід ним 2 і вихідним 3 патрубками. Усередині корпусу 1 установлені перфоровані перегородки 4, що розділяють корпус на секції 5. Кожна наступна секція апарата заповнена адсорбентами 6, що сорбує певну компоненту газового середовища, з теплотою адсорбції, меншою за теплоту адсорбції адсорбенту, що заповнює попередню секцію, а маса адсорбенту кожної секції обрана за умовою (1). Апарат працює так. Потік газового середовища надходить крізь патрубок 2 у першу секцію 5, заповнену адсорбентом з найбільшою з використовуваних в апараті адсорбентів теплотою адсорбції. Далі крізь перфоровану перегородку 4 газове середовище потрапляє у наступну секцію 5, заповнену адсорбентом з теплотою адсорбції меншої, ніж теплота адсорбції адсорбенту першої секції. Кількість секцій 5 визначається складом газового середовища і необхідністю очищення її від тієї чи іншої газової домішки. Очищений газовий потік виходить з останньої секції через патрубок 3. На виході розташований аналізатор складу газу (на кресленні не показаний), що контролює ефективність очищення газового середовища. Приклад Як газове середовище використовували біогаз, що представляє собою суміш 60% метану (СН4), 38% діоксиду вуглецю (СО2) і водяної пари (2%). Першу за ходом руху газового середовища секцію 5 заповнювали адсорбентом - цеолітом NaA (теплота адсорбції О.=25ккал/моль, адсорбційна ємність Q,=0,28M/CM 3 ), ЩО використовували для поглинання водяної пари. Основним компонентом газового середовища був діоксид вуглецю, для поглинання якого використовували цеоліт СаА (теплота адсорбції О.=10ккал/моль, адсорбційна ємність Q 0 =0,24M/CM 3 ), ЯКИМ заповнювали другу за ходом руху потоку газового середовища секцію 5. Виходячи з продуктивності пропонованого адсорбційного апарата, що складає ЮООл/год, визначали маси адсорбентів в кожній секції. Маса СаА для поглинання діоксиду вуглецю складала 2,7кг, а маса NaA для поглинання водяної пари 0,06 кг. Для виявлення переваг пропонованого адсорбційного апарата були зрівняні результати роботи апарата, конструкція якого приведена в прикладі й апарата, у якому в першу за ходом руху газового середовища (біогазу) секцію поміщали цеоліт СаА, а в другу - цеоліт NaA. Час роботи адсорбційного апарата в першому випадку складало 60хв. При цьому зміст домішок діоксиду вуглецю і водяної пари в газовій суміші на виході з адсорбційного апарата складав, відповідно, менше 0,5% і менше 0,03%. Потім починався одночасний ріст змісту СОг і НгО в очищеній газовій суміші. В другому випадку ріст змісту діоксиду вуглецю в очищеній газовій суміші на виході з адсорбційного апарата починався через 45хв. Таким чином, пропонований адсорбційний апарат дозволяє, у порівнянні з апаратом, обраним як прототип, підвищити якість очищення компонентів газового середовища і збільшити час роботи адсорбційного апарата. 8870 Комп'ютерна верстка Л.Литвиненко Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 42, 01601