RU2827864C1 - Vertical adsorber - Google Patents
Vertical adsorber Download PDFInfo
- Publication number
- RU2827864C1 RU2827864C1 RU2024107309A RU2024107309A RU2827864C1 RU 2827864 C1 RU2827864 C1 RU 2827864C1 RU 2024107309 A RU2024107309 A RU 2024107309A RU 2024107309 A RU2024107309 A RU 2024107309A RU 2827864 C1 RU2827864 C1 RU 2827864C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- adsorber
- vertical
- vertical rectangular
- adsorbent
- process flow
- Prior art date
Links
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 claims abstract description 119
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims abstract description 94
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 76
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims abstract description 41
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims abstract description 41
- 239000000112 cooling gas Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 28
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 14
- 238000000746 purification Methods 0.000 abstract description 13
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 abstract description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 19
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 10
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002156 adsorbate Substances 0.000 description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 210000002445 nipple Anatomy 0.000 description 3
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000012264 purified product Substances 0.000 description 2
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- TVSPOLBJUVJVCV-UHFFFAOYSA-N benzene;heptane Chemical compound C1=CC=CC=C1.CCCCCCC TVSPOLBJUVJVCV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 239000013065 commercial product Substances 0.000 description 1
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- KWHDXJHBFYQOTK-UHFFFAOYSA-N heptane;toluene Chemical compound CCCCCCC.CC1=CC=CC=C1 KWHDXJHBFYQOTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к способам разделения и очистки газофазных и жидкофазных смесей методом адсорбции и широко применяется в различных отраслях промышленности, при этом чаще всего для обеспечения глубокой очистки технологических потоков и защиты окружающей среды от промышленных токсичных продуктов.The invention relates to methods for separating and purifying gas-phase and liquid-phase mixtures by adsorption and is widely used in various branches of industry, most often to ensure deep purification of process flows and protect the environment from industrial toxic products.
В технологии промышленной адсорбции широко применяются процессы в неподвижном слое зернистого адсорбента в силу более простого аппаратурного оформления по сравнению с адсорбцией в движущемся или псевдоожиженном слое адсорбента, хотя необходимость реализации циклического процесса в адсорбере (адсорбция примесей на адсорбенте, регенерация адсорбента преимущественно при высокой температуре и охлаждение адсорбента до температуры адсорбции) приводит к увеличению загрузки адсорбента на технологическую установку. Широко применяются горизонтальные и вертикальные адсорберы, внутренняя полость которых частично заполнена неподвижным слоем зернистого адсорбента. Потоки технологического очищаемого продукта и газы регенерации обычно проходят противотоком сквозь слой адсорбента. Выбор конкретной конструкции адсорбера обычно определяется технологическими ограничениями, например, глубиной очистки технологического потока (Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. М.: Химия. - 1984. - 591 с.).In industrial adsorption technology, processes in a fixed bed of granular adsorbent are widely used due to the simpler hardware design compared to adsorption in a moving or fluidized bed of adsorbent, although the need to implement a cyclic process in the adsorber (adsorption of impurities on the adsorbent, regeneration of the adsorbent mainly at a high temperature and cooling of the adsorbent to the adsorption temperature) leads to an increase in the adsorbent loading on the process unit. Horizontal and vertical adsorbers are widely used, the internal cavity of which is partially filled with a fixed bed of granular adsorbent. The flows of the process product being purified and the regeneration gases usually pass countercurrently through the adsorbent bed. The choice of a specific adsorber design is usually determined by process limitations, for example, the depth of purification of the process flow (Kel'tsev N.V. Fundamentals of Adsorption Technology. Moscow: Chemistry. - 1984. - 591 p.).
В качестве поглотителей при осуществлении процесса адсорбции в зависимости от того, какой компонент поглощается из исходного продукта, чаще других применяют синтетические и природные цеолиты, активный уголь, силикагели и активную окись алюминия.Depending on which component is absorbed from the original product, synthetic and natural zeolites, activated carbon, silica gels and active aluminum oxide are most often used as absorbents during the adsorption process.
Известен адсорбер, содержащий двугорловый баллон с адсорбентом, запорные устройства ввода неочищенного газа и вывода очищенного газа, внутри баллона установлена газоотводная трубка, входной конец трубки расположен на заданном расстоянии от горловины вывода очищенного газа и снабжен фильтром, преимущественно, сетчатым, выходной конец трубки через горловину вывода очищенного газа выведен наружу, который соединен последовательно с фильтром тонкой очистки и далее с газоанализатором, который имеет возможность непрерывной подачи сигнала об объемной доле углекислоты в очищаемом газе блоку сравнения и расчета, а блок сравнения и расчета соединен с регистрирующим прибором (патент RU 2798045, МПК F25B 37/00, заявлен 24.06.2022, опубликован 14.06.2023).An adsorber is known, comprising a two-neck cylinder with an adsorbent, shut-off devices for the input of unpurified gas and the output of purified gas, a gas outlet tube is installed inside the cylinder, the inlet end of the tube is located at a given distance from the outlet neck of the purified gas and is equipped with a filter, preferably a mesh filter, the outlet end of the tube is led out through the outlet neck of the purified gas, which is connected in series with a fine filter and then with a gas analyzer, which has the ability to continuously supply a signal about the volume fraction of carbon dioxide in the purified gas to the comparison and calculation unit, and the comparison and calculation unit is connected to a recording device (patent RU 2798045, IPC F25B 37/00, declared on 24.06.2022, published on 14.06.2023).
Недостатками изобретения являются:The disadvantages of the invention are:
- возможность лишь однократного использования адсорбера из-за отсутствия системы замены адсорбента после его насыщения адсорбатом;- the possibility of using the adsorber only once due to the lack of a system for replacing the adsorbent after it is saturated with the adsorbate;
- адсорбер неприемлем для переработки промышленных объемов очищаемых или осушаемых продуктов;- the adsorber is not suitable for processing industrial volumes of cleaned or dried products;
- адсорбер предназначен для решения частной задачи - очистки воздуха от диоксида углерода.- the adsorber is designed to solve a specific problem - cleaning the air from carbon dioxide.
Известен также вертикальный адсорбер с переменным внутренним объемом, состоящий из цилиндрического корпуса с верхней и нижней крышкой и расположенной внутри корпуса цилиндрической сетчатой емкостью, заполненной адсорбентом, с входными выходными клапанами, при этом внутри адсорбера между крышками корпуса и емкостью, заполненной адсорбентом, установлены заслонки в форме усеченного конуса с возвратно-поступательным движением (патент RU 2677203, МПК B01D 53/04, заявлен 07.03.2018, опубликован 15.01.2019). Недостатком изобретения является существенная неполнота использования потенциальной рабочей емкости адсорбента a b по отношению к полной динамической активности а е, зависящей от соотношения длины (высоты) слоя адсорбента L к длине зоны массопередачи L0, при этом фактическая работающая длина (высота) слоя равна L-L0, а подача разделяемого сырья в среднюю часть слоя адсорбента с выводом очищенного продукта с верха и низа адсорбера приводит к тому, что работающая длина (высота) слоя существенно уменьшится и станет равной L-1,414L0.Also known is a vertical adsorber with a variable internal volume, consisting of a cylindrical body with an upper and lower cover and a cylindrical mesh container located inside the body, filled with an adsorbent, with inlet and outlet valves, while inside the adsorber between the covers of the body and the container filled with the adsorbent, valves in the form of a truncated cone with reciprocating motion are installed (patent RU 2677203, IPC B01D 53/04, declared 03/07/2018, published 01/15/2019). A disadvantage of the invention is the significant incompleteness of the use of the potential working capacity of the adsorbent a b in relation to the total dynamic activity a e , which depends on the ratio of the length (height) of the adsorbent layer L to the length of the mass transfer zone L 0 , while the actual working length (height) of the layer is equal to LL 0 , and the supply of the separated raw material to the middle part of the adsorbent layer with the removal of the purified product from the top and bottom of the adsorber leads to the working length (height) of the layer being significantly reduced and becoming equal to L-1.414L 0 .
Известен также адсорбер вертикальный с неподвижным слоем адсорбента, содержащий вертикальный корпус, штуцер на верхнем днище корпуса адсорбера для входа перерабатываемого газа и выхода регенерационного газа, штуцер на нижнем днище корпуса адсорбера для выхода перерабатываемого газа и входа регенерационного газа, опорную решетку с насыпным слоем адсорбента, распределительные устройства для перерабатываемого и регенерационного газа, слой керамических шаров, размещенных через разделительную сетку на опорной решетке перед слоем адсорбента, и слой керамических шаров, размещенных через разделительную сетку сверху слоя адсорбента, при этом над верхним слоем адсорбента, покрытого слоем керамических шаров, размещена горизонтальная кольцевая перфорированная перегородка, перекрывающая поперечное сечение корпуса адсорбера, центральная часть которой выполнена в форме расширяющегося кверху конического стакана, на дне которого предусмотрены сквозные отверстия, при этом в перфорированной перегородке на площади между коническим стаканом и корпусом адсорбера выполнены отверстия с разными диаметрами и расстояниями между ними, (патент RU 2530112, МПК B01D 53/04, заявлен 10.08.2012, опубликован 10.10.2014). Недостатком изобретения является существенная неполнота использования потенциальной рабочей емкости адсорбента a b по отношению к полной динамической активности а е, зависящей от соотношения длины (высоты) слоя адсорбента L к длине зоны массопередачи L0, при этом фактическая работающая длина (высота) слоя равна L-L0.Also known is a vertical adsorber with a fixed adsorbent bed, comprising a vertical housing, a nozzle on the upper bottom of the adsorber housing for the inlet of the gas being processed and the outlet of the regeneration gas, a nozzle on the lower bottom of the adsorber housing for the outlet of the gas being processed and the inlet of the regeneration gas, a support grid with a bulk layer of adsorbent, distribution devices for the gas being processed and the regeneration gas, a layer of ceramic balls placed through a separating grid on the support grid in front of the adsorbent layer, and a layer of ceramic balls placed through a separating grid on top of the adsorbent layer, wherein above the upper layer of the adsorbent covered with a layer of ceramic balls, a horizontal annular perforated partition is placed, covering the cross-section of the adsorber housing, the central part of which is made in the form of a conical cup expanding upward, on the bottom of which through holes are provided, wherein in the perforated partition in the area between the conical cup and the housing The adsorber has holes with different diameters and distances between them (patent RU 2530112, IPC B01D 53/04, declared on 10.08.2012, published on 10.10.2014). The disadvantage of the invention is the significant incompleteness of the use of the potential working capacity of the adsorbent a b in relation to the total dynamic activity a e , depending on the ratio of the length (height) of the adsorbent layer L to the length of the mass transfer zone L 0 , while the actual working length (height) of the layer is equal to LL 0 .
Общим недостатком адсорберов с неподвижным слоем адсорбентов в отличие от других массообменных процессов является то, что массоперенос извлекаемой примеси из очищаемого технологического потока в гранулы адсорбента осуществляется не во всем объеме адсорбента в аппарате, а лишь в небольшом участке слоя адсорбента - зоне массопередачи, в которой концентрация извлекаемого компонента изменяется от исходной (сырьевой) до допустимой низкой концентрации, характеризуемой тысячными долями процента. По мере насыщения адсорбента адсорбатом в зоне массопередачи, она начинает перемещаться по слою адсорбента в направлении движения очищаемого потока. Чем больше глубина очистки, тем интенсивнее увеличивается длина зоны массопередачи. Как только концентрация примеси в очищенном продукте превысит допустимую концентрацию процесс очистки прекращают, хотя в зоне массопередачи сохраняется значительный объем свободного адсорбционного пространства, не занятый адсорбатом. В силу этого эксплуатационная рабочая емкость адсорбента a b существенно меньше потенциальной полной динамической активности а е, когда адсорбатом полностью занято все свободное пространство адсорбента в слое. Так, например, при разделении смеси бензол-н-гептан в жидкой фазе слоем цеолита NaX высотой 100 см, имеющего полную динамическую активности а е=14,8% масс., увеличение скорости потока в пять раз с 0,28 см/мин до 1,43 см/мин привело к росту длины зоны массопередачи почти в 2 раза - с 50,5 см до 94 см, что вызвало снижение эксплуатационной рабочей емкости адсорбента a b с 11,58% масс. до 1,43% масс., т.е. в восемь раз (Самойлов Н.А. Феноменология адсорбции. Практические и теоретические аспекты адсорбционной очистки и осушки технологических потоков. - Уфа: Изд-во ГУП ИНХП РБ, 2014. - 272 с.).A common disadvantage of fixed bed adsorbers, in contrast to other mass transfer processes, is that the mass transfer of the extracted impurity from the purified process flow to the adsorbent granules is not carried out in the entire volume of the adsorbent in the apparatus, but only in a small section of the adsorbent layer - the mass transfer zone, in which the concentration of the extracted component changes from the initial (raw material) to the permissible low concentration, characterized by thousandths of a percent. As the adsorbent is saturated with the adsorbate in the mass transfer zone, it begins to move along the adsorbent layer in the direction of movement of the purified flow. The greater the purification depth, the more intensively the length of the mass transfer zone increases. As soon as the concentration of the impurity in the purified product exceeds the permissible concentration, the purification process is stopped, although a significant volume of free adsorption space not occupied by the adsorbate remains in the mass transfer zone. Due to this, the operational working capacity of the adsorbent a b is significantly less than the potential total dynamic activity a e , when the adsorbate completely occupies all the free space of the adsorbent in the layer. For example, when separating a benzene-n-heptane mixture in the liquid phase with a 100 cm high NaX zeolite layer having a total dynamic activity a e = 14.8 wt., a fivefold increase in the flow rate from 0.28 cm/min to 1.43 cm/min led to an almost 2-fold increase in the length of the mass transfer zone - from 50.5 cm to 94 cm, which caused a decrease in the operational working capacity of the adsorbent a b from 11.58 wt. to 1.43 wt., i.e. eight times (Samoilov N.A. Phenomenology of adsorption. Practical and theoretical aspects of adsorption cleaning and drying of process flows. - Ufa: Publishing house of the State Unitary Enterprise INHP RB, 2014. - 272 p.).
Задачей настоящего изобретения является разработка конструкции адсорбера, позволяющей уменьшить негативное воздействие длины зоны массопередачи на проведение адсорбционного процесса в стационарном слое адсорбента с конечным техническим результатом - повышением эффективности работы адсорбера: увеличением производительности адсорбера по очищаемому технологическому потоку или глубины его очистки при прочих равных условиях при сохранении одного из этих показателей.The objective of the present invention is to develop an adsorber design that makes it possible to reduce the negative impact of the length of the mass transfer zone on the adsorption process in a stationary adsorbent bed with the final technical result of increasing the efficiency of the adsorber: increasing the adsorber's productivity for the purified process flow or the depth of its purification, all other things being equal, while maintaining one of these indicators.
Поставленная задача решается за счет того, что в вертикальном адсорбере, состоящем из вертикального цилиндрического корпуса с размещаемым в нем неподвижным слоем адсорбента с фланцами на концах цилиндрического корпуса, штуцера ввода очищаемого технологического потока и вывода регенерационного или охлаждающего газа, штуцера вывода очищаемого технологического потока и ввода регенерационного или охлаждающего газа, люков загрузки свежего и выгрузки отработанного адсорбента, днища адсорбера и крышки адсорбера с фланцами, при этом в вертикальном цилиндрическом корпусе размещено N вертикальных прямоугольных перегородок, разделяющих слой адсорбента на (N+1) секцию с равными поперечными нормальными сечениями, формируемыми параллельными хордами и стенками вертикального цилиндрического корпуса, при этом крайние секции выполнены в нормальном сечении форму сегмента, а остальные - форму трапеции с боковыми ребрами в виде дуг окружности, нечетные вертикальные прямоугольные перегородки нижними торцами закреплены в пазах днища адсорбера, кромками входят в пазы вертикального цилиндрического корпуса, а верхний торец выполнен с зазором с крышкой адсорбера, четные вертикальные прямоугольные перегородки верхними торцами закреплены в пазах крышки адсорбера, кромками входят в пазы вертикального цилиндрического корпуса, а нижний торец выполнен с зазором с днищем адсорбера, люки загрузки свежего адсорбента размещены на крышке адсорбера между второй вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера и (N-1)-й вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера при нечетном числе N вертикальных прямоугольных перегородок, между N-й вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера при четном числе N вертикальных прямоугольных перегородок, а также между двумя смежными вертикальными прямоугольными перегородками, которые верхними торцами закреплены в пазах крышки адсорбера, люки выгрузки отработанного адсорбента размещены в нижней части вертикального цилиндрического корпуса между первой вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера и между N-й вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера при нечетном числе N вертикальных прямоугольных перегородок, между первой вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера при четном числе N вертикальных прямоугольных перегородок, а также между двумя смежными вертикальными прямоугольными перегородками, которые нижними торцами закреплены в пазах днища адсорбера, штуцер ввода очищаемого технологического потока и вывода регенерационного или охлаждающего газа размещен на днище адсорбера между N-й вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера при нечетном числе N вертикальных прямоугольных перегородок и снабжен расширителем с колосниковой решеткой и сеткой, штуцер ввода очищаемого технологического потока и вывода регенерационного или охлаждающего газа размещен на крышке адсорбера между N-й вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера при четном числе N вертикальных прямоугольных перегородок и снабжен расширителем, штуцер вывода очищаемого технологического потока и ввода регенерационного или охлаждающего газа размещен на днище адсорбера между первой вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера и снабжен расширителем с колосниковой решеткой и сеткой.The stated problem is solved due to the fact that in a vertical adsorber consisting of a vertical cylindrical body with a fixed adsorbent layer placed in it with flanges at the ends of the cylindrical body, a nozzle for inlet of the purified process flow and outlet of the regeneration or cooling gas, a nozzle for outlet of the purified process flow and inlet of the regeneration or cooling gas, hatches for loading fresh adsorbent and unloading spent adsorbent, the bottom of the adsorber and the cover of the adsorber with flanges, while in the vertical cylindrical body there are N vertical rectangular partitions dividing the adsorbent layer into (N+1) sections with equal transverse normal sections formed by parallel chords and the walls of the vertical cylindrical body, while the extreme sections are made in the normal section in the form of a segment, and the rest are in the form of a trapezoid with lateral ribs in the form of arcs of a circle, the odd vertical rectangular partitions are fixed with their lower ends in the grooves of the adsorber bottom, their edges enter the grooves of the vertical cylindrical body, and the upper end is made with a gap with the adsorber cover, the even vertical rectangular partitions are fixed with their upper ends in the grooves of the adsorber cover, their edges enter the grooves of the vertical cylindrical body, and the lower end is made with a gap with the adsorber bottom, the hatches for loading fresh adsorbent are located on the adsorber cover between the second vertical rectangular partition and the adsorber body and the (N-1)-th vertical rectangular partition and the adsorber body with an odd number N of vertical rectangular partitions, between the N-th vertical rectangular partition and the adsorber body with an even number N of vertical rectangular partitions, as well as between two adjacent vertical rectangular partitions, which are fixed with their upper ends in the grooves of the adsorber cover, the hatches for unloading spent adsorbent are located in the lower part vertical cylindrical body between the first vertical rectangular partition and the adsorber body and between the N-th vertical rectangular partition and the adsorber body with an odd number N of vertical rectangular partitions, between the first vertical rectangular partition and the adsorber body with an even number N of vertical rectangular partitions, as well as between two adjacent vertical rectangular partitions whose lower ends are fixed in the grooves of the adsorber bottom, the inlet fitting for the purified process flow and the outlet of the regeneration or cooling gas is located on the adsorber bottom between the N-th vertical rectangular partition and the adsorber body with an odd number N of vertical rectangular partitions and is equipped with an expander with a grate and a mesh, the inlet fitting for the purified process flow and the outlet of the regeneration or cooling gas is located on the adsorber cover between the N-th vertical rectangular partition and the adsorber body with an even number N vertical rectangular partitions and is equipped with an expander, the outlet fitting for the purified process flow and the inlet for the regeneration or cooling gas is located on the bottom of the adsorber between the first vertical rectangular partition and the adsorber body and is equipped with an expander with a grate and a mesh.
Заявляемая конструкция адсорбера позволяет интенсифицировать работу адсорбента и повысить его эксплуатационную рабочую емкость a b за счет влияния секционирования на взаимосвязь геометрических, гидродинамических и адсорбционных характеристик системы. Секционированные адсорберы по загрузке адсорбента практически эквивалентны традиционному пустотелому адсорберу с одинаковыми геометрическими размерами слоя адсорбента (высота слоя L и его диаметр D), пренебрегая объемом N тонких вертикальных прямоугольных перегородок.The claimed adsorber design allows to intensify the adsorbent operation and increase its operational working capacity a b due to the effect of sectioning on the relationship of the geometric, hydrodynamic and adsorption characteristics of the system. Sectioned adsorbers in terms of adsorbent loading are practically equivalent to a traditional hollow adsorber with the same geometric dimensions of the adsorbent layer (layer height L and its diameter D), neglecting the volume N of thin vertical rectangular partitions.
При увеличении числа адсорбционных секций до (N+1) увеличивается путь прохождения очищаемого технологического потока по аппарату, то есть фактически увеличивается высота слоя адсорбента LN в секционированном адсорбере:When the number of adsorption sections increases to (N+1), the path of the purified process flow through the apparatus increases, that is, the height of the adsorbent layer L N in the sectioned adsorber actually increases:
Одновременно с высотой слоя в секционированном адсорбере возрастает скорость технологического потока WN по сравнению со скоростью потока в несекционированном адсорбере WN:Simultaneously with the layer height in the sectioned adsorber, the process flow rate W N increases compared to the flow rate in the non-sectioned adsorber W N :
Длина зоны массопередачи пропорциональна тогдаThe length of the mass transfer zone is proportional Then
Длина зоны массопередачи в общем случае рассчитывается по уравнению:The length of the mass transfer zone is generally calculated using the equation:
где f - фактор симметричности изопланы адсорбции (выходной кривой динамики адсорбции), близкий к 0,4-0,5.where f is the symmetry factor of the adsorption isoplane (the output curve of the adsorption dynamics), close to 0.4-0.5.
Записав уравнение (4) для условий работы традиционной конструкции вертикального адсорбера с высотой слоя адсорбента L и для секционированного адсорбера с высотой слоя адсорбента LN, получаем уравнение для расчета коэффициента эффективности работы адсорбента K по сравнению с адсорбером без секционирования при прочих равных условиях:Having written down equation (4) for the operating conditions of a traditional design of a vertical adsorber with an adsorbent layer height of L and for a sectioned adsorber with an adsorbent layer height of L N , we obtain an equation for calculating the efficiency coefficient of the adsorbent K compared to an adsorber without sectioning, all other things being equal:
Анализ уравнения (5) показывает, что по мере увеличения числа вертикальных прямоугольных пластин и, соответственно, числа секций в адсорбере эффективность работы адсорбента возрастает, и при N→∞ величина K→1, при этом эксплуатационная рабочая емкость адсорбента a b стремится к величине полной динамической активности а е. Секционированный вертикальный адсорбер с небольшой высотой слоя адсорбента по эффективности работы адсорбента при одинаковой загрузке адсорбента становится эквивалентным традиционному вертикальному односекционному адсорберу меньшего диаметра, но в (N+1) раз большей высоты и, соответственно, с большей металлоемкостью и более сложным обслуживанием, например, при загрузке адсорбента.Analysis of equation (5) shows that as the number of vertical rectangular plates and, accordingly, the number of sections in the adsorber increases, the efficiency of the adsorbent increases, and at N→∞ the value of K→1, while the operational working capacity of the adsorbent a b tends to the value of the total dynamic activity a e . A sectioned vertical adsorber with a small height of the adsorbent layer in terms of the efficiency of the adsorbent with the same adsorbent loading becomes equivalent to a traditional vertical single-section adsorber of a smaller diameter, but (N+1) times greater in height and, accordingly, with greater metal consumption and more complex maintenance, for example, when loading the adsorbent.
Конструктивное оформление систем ввода и вывода технологических потоков, загрузки и выгрузки адсорбента позволяет разрабатывать адсорбер для любого числа секций.The design of the systems for input and output of process flows, loading and unloading of adsorbent allows the development of an adsorber for any number of sections.
Очевидно, что конструкция позволяет очищать от примесей или разделять любой газофазный или жидкофазный технологический поток при подборе рационального адсорбента.It is obvious that the design allows for the purification from impurities or separation of any gas-phase or liquid-phase process flow when selecting a rational adsorbent.
Целесообразно при разработке вертикального адсорбера большого диаметра, например, при высокой производительности аппарата при четном числе N вертикальных прямоугольных перегородок вместо единичного штуцера ввода очищаемого технологического потока и вывода регенерационного или охлаждающего газа на крышке адсорбера между N-й вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера разместить в ряд несколько штуцеров, объединяемых трубопроводом. Это позволит выровнять поле скоростей очищаемого технологического потока на входе его в адсорбер.It is advisable when developing a large-diameter vertical adsorber, for example, with high device productivity with an even number N of vertical rectangular partitions, to place several nozzles in a row, connected by a pipeline, instead of a single nozzle for the inlet of the purified process flow and the outlet of the regeneration or cooling gas on the adsorber cover between the N-th vertical rectangular partition and the adsorber body. This will allow the velocity field of the purified process flow to be leveled at its inlet to the adsorber.
Целесообразно при разработке вертикального адсорбера большого диаметра, например, при высокой производительности аппарата, при нечетном числе N вертикальных прямоугольных перегородок вместо единичного штуцера ввода очищаемого технологического потока и вывода регенерационного или охлаждающего газа на днище адсорбера между N-й вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера разместить в ряд несколько штуцеров, объединяемых трубопроводом. Это позволит выровнять поле скоростей очищаемого технологического потока на входе его в адсорбер.It is advisable when developing a large-diameter vertical adsorber, for example, with high device productivity, with an odd number N of vertical rectangular partitions, to place several nozzles in a row, connected by a pipeline, instead of a single nozzle for the inlet of the purified process flow and the outlet of the regeneration or cooling gas on the bottom of the adsorber between the N-th vertical rectangular partition and the adsorber body. This will allow the velocity field of the purified process flow to be leveled at its inlet to the adsorber.
Целесообразно также при разработке вертикального адсорбера большого диаметра, например, при высокой производительности аппарата, на днище адсорбера между N-й вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера разместить в ряд несколько штуцеров вывода очищаемого технологического потока и ввода регенерационного или охлаждающего газа, объединяемых трубопроводом. Это позволит выровнять поле скоростей очищенного технологического потока на выходе его из адсорбера.It is also advisable when developing a large-diameter vertical adsorber, for example, with high device productivity, to place several nozzles in a row on the bottom of the adsorber between the N-th vertical rectangular partition and the adsorber body for the output of the purified process flow and the input of the regeneration or cooling gas, united by a pipeline. This will allow the velocity field of the purified process flow to be leveled at its output from the adsorber.
Полезно особенно при большом диаметре адсорбера на крышке адсорбера между второй вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера и (N-1)-й вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера при нечетном числе N вертикальных прямоугольных перегородок, между N-й вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера при четном числе N вертикальных прямоугольных перегородок, а также между двумя смежными вертикальными прямоугольными перегородками, которые верхними торцами закреплены в пазах крышки адсорбера, разместить в ряд несколько люков загрузки свежего адсорбента, что позволит упростить операцию загрузки свежего адсорбента и обеспечить запас адсорбента для пополнения слоя адсорбента при его потерях из-за возможности образования и уноса пыли в ходе эксплуатации аппарата.It is especially useful in the case of a large adsorber diameter on the adsorber cover between the second vertical rectangular partition and the adsorber body and the (N-1)-th vertical rectangular partition and the adsorber body with an odd number N of vertical rectangular partitions, between the N-th vertical rectangular partition and the adsorber body with an even number N of vertical rectangular partitions, as well as between two adjacent vertical rectangular partitions whose upper ends are fixed in the grooves of the adsorber cover, to place several hatches for loading fresh adsorbent in a row, which will simplify the operation of loading fresh adsorbent and provide a reserve of adsorbent for replenishing the adsorbent layer in the event of its loss due to the possibility of dust formation and removal during the operation of the apparatus.
Целесообразно также в нижней части вертикального цилиндрического корпуса между первой вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера и между N-й вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера при нечетном числе N вертикальных прямоугольных перегородок, между первой вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера при четном числе N вертикальных прямоугольных перегородок, а также между двумя смежными вертикальными прямоугольными перегородками, которые нижними торцами закреплены в пазах днища адсорбера, разместить в ряд несколько люков выгрузки отработанного адсорбента, что позволит при замене отработанного адсорбента на свежий полностью удалить отработанный адсорбент из аппарата.It is also advisable to place in the lower part of the vertical cylindrical body between the first vertical rectangular partition and the adsorber body and between the N-th vertical rectangular partition and the adsorber body with an odd number N of vertical rectangular partitions, between the first vertical rectangular partition and the adsorber body with an even number N of vertical rectangular partitions, as well as between two adjacent vertical rectangular partitions, which are secured with their lower ends in the grooves of the adsorber bottom, several hatches for unloading the spent adsorbent in a row, which will allow the spent adsorbent to be completely removed from the apparatus when replacing the spent adsorbent with fresh adsorbent.
Рекомендуется зазоры между вертикальными прямоугольными перегородками и крышкой адсорбера, а также между вертикальными прямоугольными перегородками и днищем адсорбера выполнить с такими значениями высоты зазора hi, что при ширине кромок вертикальных прямоугольных перегородок bi площади всех i-x зазоров одинаковы и равны поперечным нормальным сечениям секций. В этом случае скорость течения очищаемого технологического потока в секциях вертикального адсорбера и при перетоке его из одной секции в другую будет оставаться постоянной.It is recommended that the gaps between the vertical rectangular partitions and the adsorber cover, as well as between the vertical rectangular partitions and the adsorber bottom, be made with such gap height values h i that with the width of the edges of the vertical rectangular partitions b i the areas of all ix gaps are the same and equal to the transverse normal sections of the sections. In this case, the flow rate of the purified process stream in the sections of the vertical adsorber and when it flows from one section to another will remain constant.
Целесообразно, чтобы число вертикальных прямоугольных перегородок составляло от 2 до 6, поскольку дальнейшее увеличение числа вертикальных прямоугольных перегородок приводит к чрезмерному усложнению конструкции аппарата и возможности появления негативного пристенного эффекта, снижающего эффективность адсорбционного процесса.It is advisable for the number of vertical rectangular partitions to be from 2 to 6, since a further increase in the number of vertical rectangular partitions leads to excessive complication of the apparatus design and the possibility of the appearance of a negative wall effect, which reduces the efficiency of the adsorption process.
На фигурах 1-3 приведены принципиальные схемы одного из вариантов конструкции заявляемого изобретения:Figures 1-3 show the basic diagrams of one of the design variants of the claimed invention:
На фигуре 1 показан вертикальный разрез вертикального адсорбера.Figure 1 shows a vertical section of a vertical adsorber.
На фигуре 2 показано сечение вертикального адсорбера по А-А фигуры 1.Figure 2 shows a section of a vertical adsorber along A-A of Figure 1.
На фигуре 3 приведены результаты расчетов компьютерной симуляции изменения коэффициента эффективности работы адсорбента K в зависимости от числа секций N и соотношения L/L0.Figure 3 shows the results of calculations of computer simulation of changes in the efficiency coefficient of the adsorbent K depending on the number of sections N and the ratio L/L 0 .
Перечень позиций, указанных на чертежах:List of items indicated on the drawings:
1 - корпус адсорбера;1 - adsorber body;
2 - верхний фланец корпуса адсорбера;2 - upper flange of the adsorber housing;
3 - нижний фланец корпуса адсорбера;3 - lower flange of the adsorber housing;
4 - крышка адсорбера с фланцем;4 - adsorber cover with flange;
5 - днище адсорбера с фланцем;5 - bottom of the adsorber with flange;
6 - штуцер ввода очищаемого технологического потока и вывода регенерационного или охлаждающего газа;6 - nipple for inlet of the purified process flow and outlet of the regeneration or cooling gas;
7 - штуцер вывода очищаемого технологического потока и ввода регенерационного или охлаждающего газа;7 - nozzle for the outlet of the purified process flow and the inlet of the regeneration or cooling gas;
8 - люки загрузки свежего адсорбента;8 - hatches for loading fresh adsorbent;
9 - люки выгрузки отработанного адсорбента;9 - hatches for unloading spent adsorbent;
10 - адсорбент;10 - adsorbent;
11 - вертикальные прямоугольные перегородки;11 - vertical rectangular partitions;
12 - пазы днища адсорбера;12 - grooves of the adsorber bottom;
13 - пазы корпуса адсорбера;13 - grooves of the adsorber body;
14 - пазы крышки адсорбера;14 - grooves of the adsorber cover;
15 - расширитель;15 - expander;
16 - сетка;16 - grid;
17 - колосниковая решетка.17 - grate.
Вертикальный адсорбер состоит из цилиндрического корпуса адсорбера 1, снабженного по концам верхним фланцем корпуса адсорбера 2 и нижним фланцем корпуса адсорбера 3. Сверху корпус адсорбера 1 перекрыт крышкой адсорбера с фланцем 4, а снизу - днищем адсорбера с фланцем 5, фланцевые соединения обеспечивают герметизацию вертикального адсорбера в целом. В крышке адсорбера с фланцем 4 установлен штуцер ввода очищаемого технологического потока и вывода регенерационного или охлаждающего газа 6, а в днище адсорбера с фланцем 5 установлен штуцер вывода очищаемого технологического потока и ввода регенерационного или охлаждающего газа 7. В крышке адсорбера с фланцем 4 также установлены люки загрузки свежего адсорбента 8, а в днище адсорбера с фланцем 5 установлены люки выгрузки отработанного адсорбента 9, возможна также установка люков выгрузки отработанного адсорбента 9 по конструктивным соображениям в нижней части корпуса адсорбера 1, заполненного адсорбентом 10. В слое адсорбента 10 размещено четыре вертикальные прямоугольные перегородки 11. Нижние торцы нечетных вертикальных прямоугольных перегородок 11 закреплены в пазах днища адсорбера 12, кромки входят в пазы корпуса адсорбера 13, а верхние торцы имеют зазор с крышкой адсорбера с фланцем 4. Верхние торцы четных вертикальных прямоугольных перегородок 11 закреплены в пазах крышки адсорбера 14, кромки входят в пазы корпуса адсорбера 13, а нижние торцы имеют зазор с днищем адсорбера с фланцем 5. Штуцер ввода очищаемого технологического потока и вывода регенерационного или охлаждающего газа 6, штуцер вывода очищаемого технологического потока и ввода регенерационного или охлаждающего газа 7, люки загрузки свежего адсорбента 8 и люки выгрузки отработанного адсорбента 9 снабжены расширителями 15 в виде усеченных конусов для лучшего распределения технологического потока на входе и выходе из адсорбера, а также при загрузке и выгрузке адсорбента. Расширитель 15 штуцера вывода очищаемого технологического потока и вывода регенерационного или охлаждающего газа дополнительно снабжен сеткой 16 и колосниковой решеткой 17.The vertical adsorber consists of a cylindrical adsorber body 1, equipped at the ends with an upper flange of the adsorber body 2 and a lower flange of the adsorber body 3. The adsorber body 1 is covered from above by an adsorber cover with a flange 4, and from below by an adsorber bottom with a flange 5, the flange connections ensure the sealing of the vertical adsorber as a whole. In the adsorber cover with flange 4, a nipple for the inlet of the process flow to be purified and the outlet of the regeneration or cooling gas 6 is installed, and in the adsorber bottom with flange 5, a nipple for the outlet of the process flow to be purified and the inlet of the regeneration or cooling gas 7 is installed. In the adsorber cover with flange 4, hatches for loading fresh adsorbent 8 are also installed, and in the bottom of the adsorber with flange 5, hatches for unloading spent adsorbent 9 are installed; it is also possible to install hatches for unloading spent adsorbent 9, for design reasons, in the lower part of the adsorber body 1 filled with adsorbent 10. Four vertical rectangular partitions 11 are placed in the adsorbent layer 10. The lower ends of the odd vertical rectangular partitions 11 are fixed in the grooves of the adsorber bottom 12, the edges enter the grooves of the adsorber body 13, and the upper the ends have a gap with the adsorber cover with flange 4. The upper ends of the even vertical rectangular partitions 11 are fixed in the grooves of the adsorber cover 14, the edges enter the grooves of the adsorber body 13, and the lower ends have a gap with the adsorber bottom with flange 5. The nozzle for the inlet of the purified process flow and the outlet of the regeneration or cooling gas 6, the nozzle for the outlet of the purified process flow and the inlet of the regeneration or cooling gas 7, the hatches for loading fresh adsorbent 8 and the hatches for unloading spent adsorbent 9 are equipped with expanders 15 in the form of truncated cones for better distribution of the process flow at the inlet and outlet of the adsorber, as well as during loading and unloading of the adsorbent. The expander 15 of the outlet fitting for the purified process flow and the outlet for the regeneration or cooling gas is additionally equipped with a mesh 16 and a grate 17.
Вертикальный адсорбер работает в циклическом режиме, последовательно обеспечивая работу аппарата на стадиях адсорбции извлекаемых примесей, регенерации адсорбента и охлаждения адсорбента. Обычно установка адсорбционной очистки состоит из трех адсорберов, объединенных системой трубопроводов, и обеспечивает непрерывность процесса адсорбционной очистки технологического потока, которым в зависимости от задач производства может быть исходное сырье процесса, промежуточные очищаемые или разделяемые потоки или товарный продукт.The vertical adsorber operates in a cyclic mode, sequentially ensuring the operation of the apparatus at the stages of adsorption of extracted impurities, regeneration of the adsorbent and cooling of the adsorbent. Typically, the adsorption purification unit consists of three adsorbers, united by a pipeline system, and ensures the continuity of the adsorption purification process of the process flow, which, depending on the production tasks, can be the initial raw material of the process, intermediate purified or separated flows or a commercial product.
При проведении стадии адсорбции очищаемый жидко фазный или газофазный технологический поток с температурой 20-30°С вводится в адсорбер через штуцер ввода очищаемого технологического потока, снижая скорость движения в расширителе 15 и более равномерно распределяясь по сечению слоя адсорбента 10, и проходит последовательно через пять секций слоя адсорбента 10, образуемых при помощи четырех вертикальных прямоугольных перегородок 11. При контакте технологического потока с адсорбентом происходит удаление примесей из технологического потока, и очищенный технологический поток отводится из первой секции через штуцер вывода очищаемого технологического потока и ввода регенерационного или охлаждающего газа 7, снабженный расширителем 15 для сокращения объема застойной зоны на выходе очищенного технологического потока. Установленная в расширителе 15 сетка 16 на колосниковой решетке 17 не допускает проваливания адсорбента в соединительные трубопроводы установки.During the adsorption stage, the purified liquid-phase or gas-phase process flow with a temperature of 20-30°C is introduced into the adsorber through the inlet fitting for the purified process flow, reducing the speed of movement in the expander 15 and more uniformly distributing over the cross-section of the adsorbent layer 10, and passes sequentially through five sections of the adsorbent layer 10 formed by four vertical rectangular partitions 11. When the process flow contacts the adsorbent, impurities are removed from the process flow, and the purified process flow is discharged from the first section through the outlet fitting for the purified process flow and the inlet of the regeneration or cooling gas 7, equipped with an expander 15 for reducing the volume of the stagnant zone at the outlet of the purified process flow. A mesh 16 installed in the expander 15 on a grate 17 prevents the adsorbent from falling into the connecting pipelines of the plant.
При проведении стадии регенерации адсорбента происходит десорбция ранее адсорбированных веществ (адсорбата) за счет повышения температуры в аппарате продувкой его горячим регенерационным газом с температурой в диапазоне 200-350°С в зависимости от типа адсорбента и физико-химических свойств адсорбата. Регенерацию адсорбента осуществляют противотоком регенерационного газа по отношению движения очищаемого технологического потока в слое адсорбента, при этом регенерационный газ вводится в адсорбер через штуцер вывода очищаемого технологического потока и ввода регенерационного или охлаждающего газа 7, через который ранее отводился очищенный технологический поток, и отводится из адсорбера через штуцер ввода очищаемого технологического потока и вывода регенерационного или охлаждающего газа 6, через который ранее вводился в адсорбер очищаемый технологический поток. В качестве регенерационного газа в зависимости от специфики адсорбционного процесса применяют воздух, водяной пар, инертные газы.During the adsorbent regeneration stage, previously adsorbed substances (adsorbate) are desorbed by increasing the temperature in the apparatus by blowing it with hot regeneration gas with a temperature in the range of 200-350°C depending on the adsorbent type and the physicochemical properties of the adsorbate. The adsorbent is regenerated by a countercurrent of the regeneration gas with respect to the movement of the process flow being purified in the adsorbent layer, wherein the regeneration gas is introduced into the adsorber through the outlet fitting of the process flow being purified and the inlet of the regeneration or cooling gas 7, through which the purified process flow was previously discharged, and is discharged from the adsorber through the inlet fitting of the process flow being purified and the outlet of the regeneration or cooling gas 6, through which the process flow being purified was previously introduced into the adsorber. Air, water vapor, and inert gases are used as the regeneration gas, depending on the specifics of the adsorption process.
При проведении стадии охлаждения адсорбента от температуры стадии регенерации 200-350°С до температуры стадии адсорбции 20-30°С слой адсорбента продувают хладагентом в том же направлении, что и регенерационный газ, и через те же штуцера. В качестве хладагента обычно с учетом специфики адсорбционного процесса применяют осушенные воздух или инертные газы, а также часть ранее очищенного на стадии адсорбции технологического потока.When carrying out the stage of cooling the adsorbent from the temperature of the regeneration stage of 200-350°C to the temperature of the adsorption stage of 20-30°C, the adsorbent layer is blown with a refrigerant in the same direction as the regeneration gas and through the same nozzles. As a refrigerant, taking into account the specifics of the adsorption process, dried air or inert gases are usually used, as well as part of the process flow previously purified at the adsorption stage.
В ходе эксплуатации адсорбента происходит его частичная дезактивация, его эксплуатационная рабочая емкость снижается и периодически (обычно раз в один-три года) необходима замена отработанного адсорбента на свежий. Эта операция выполняется во время текущего или капитального ремонта установки. Сначала поочередно открывают люки выгрузки отработанного адсорбента 9, который далее направляют на переработку или в отвалы; затем закрывают люки выгрузки отработанного адсорбента 9, открывают люки загрузки свежего адсорбента 8 и заполняют секции адсорбера до крышки адсорбера с фланцем 4 свежим адсорбентом. После выполнения этой операции люки загрузки свежего адсорбента 8 закрывают, и вертикальный адсорбер готов к эксплуатации, начинаемой со стадии регенерации адсорбента.During operation of the adsorbent, its partial deactivation occurs, its operational working capacity decreases and periodically (usually once every one to three years) it is necessary to replace the spent adsorbent with a fresh one. This operation is performed during routine or major repairs of the unit. First, the hatches for unloading the spent adsorbent 9 are opened one by one, which is then sent for processing or to waste heaps; then the hatches for unloading the spent adsorbent 9 are closed, the hatches for loading fresh adsorbent 8 are opened and the adsorber sections are filled with fresh adsorbent up to the adsorber cover with flange 4. After this operation, the hatches for loading fresh adsorbent 8 are closed, and the vertical adsorber is ready for operation, starting with the adsorbent regeneration stage.
Пример 1. Выполнена компьютерная симуляция изменения коэффициента эффективности работы адсорбента K в зависимости от числа секций N и соотношения L/L0 по уравнению (5), результаты расчетов приведены на фигуре 3. При работе традиционного односекционного вертикального адсорбера как прототипа даже при L/L0=11 удается добиться значения K=0,8, тогда как при аналогичном условии адсорбер с одиннадцатью секциями обеспечивает K=0,99.Example 1. A computer simulation of the change in the efficiency coefficient of the adsorbent K was performed depending on the number of sections N and the ratio L/L 0 according to equation (5); the calculation results are shown in Figure 3. When operating a traditional single-section vertical adsorber as a prototype, even with L/L 0 =11, it is possible to achieve the value K=0.8, whereas under similar conditions an adsorber with eleven sections provides K=0.99.
Пример 2. Выполнен расчет односекционного вертикального адсорбера с высотой слоя адсорбента 1 м и диаметром слоя 1 м при очистке жидкофазного технологического потока 0,775 м3/ч при скорости потока 1 м/ч по прототипу (адсорбер №1). При этих условиях величина коэффициента эффективности работы адсорбента K=0,657. Результаты расчетов приведены в таблице 1.Example 2. The calculation of a single-section vertical adsorber with an adsorbent layer height of 1 m and a layer diameter of 1 m was performed when purifying a liquid-phase process flow of 0.775 m3 /h at a flow rate of 1 m/h according to the prototype (adsorber No. 1). Under these conditions, the value of the adsorbent efficiency coefficient K=0.657. The calculation results are given in Table 1.
Пример 3. Выполнен расчет секционированного вертикального адсорбера по заявляемому изобретению с высотой слоя адсорбента 1 м и диаметром слоя 1 м при очистке жидкофазного технологического потока 0,775 м3/ч, в котором установлено от одной до пяти вертикальных перегородок с образованием соответственно от двух до 6 секций (адсорбер №2). При переходе от двух к шести секциям величина коэффициента эффективности работы адсорбента K увеличилась от 0,743 до 0,884. Результаты расчетов приведены в таблице 1.Example 3. A calculation was performed for a sectioned vertical adsorber according to the claimed invention with an adsorbent layer height of 1 m and a layer diameter of 1 m when purifying a liquid-phase process flow of 0.775 m3 /h, in which one to five vertical partitions are installed to form two to six sections, respectively (adsorber No. 2). When switching from two to six sections, the value of the adsorbent efficiency coefficient K increased from 0.743 to 0.884. The calculation results are given in Table 1.
Пример 4. Выполнено экспериментальное лабораторное исследование работы секционированного вертикального адсорбера по заявляемому изобретению при извлечении гранулированными цеолитами NaX толуола из жидкофазной смеси толуол-н-гептан, содержащей 20% об. толуола. Имитация секционирования абсорбера обеспечивалась использованием набора лабораторных адсорберов различной высоты при одинаковом расходе разделяемого сырья так, чтобы каждый из адсорберов соответствовал определенному числу секций; адсорберы с высотой слоя адсорбента 0,27, 0,57 и 0,90 м соответствовали одно-, двух- и трехсекционным адсорберам. Эксперименты подтвердили эффективность секционирования адсорбционного слоя (таблица 2). По результатам работы односекционного адсорбера была расчетным путем определена величина коэффициента эффективности работы адсорбента K при увеличении числа секций до двух и трех, которые были близки к экспериментальным значениям, погрешность расчета эксплуатационной рабочей емкости адсорбента по отношению к эксперименту составляла от +1,21 до -0,46% отн. Увеличение эксплуатационной рабочей емкости адсорбента при секционировании слоя адсорбента позволяет увеличить производительность адсорбера без дополнительных затрат или увеличить глубину очистки технологического потока. Например, при переходе от односекционного слоя адсорбента к трехсекционному слою за счет увеличения емкости адсорбента на 1,36% масс. можно увеличить расход сырья на 14,25% или при сохранении производительности аппарата соответственно уменьшить загрузку адсорбента.Example 4. An experimental laboratory study of the operation of a sectioned vertical adsorber according to the claimed invention was performed during the extraction of toluene from a liquid-phase mixture of toluene-n-heptane containing 20% vol. of toluene using granulated NaX zeolites. The imitation of the absorber sectioning was ensured by using a set of laboratory adsorbers of different heights with the same flow rate of the separated raw material so that each of the adsorbers corresponded to a certain number of sections; adsorbers with an adsorbent layer height of 0.27, 0.57 and 0.90 m corresponded to one-, two- and three-section adsorbers. The experiments confirmed the efficiency of the adsorption layer sectioning (Table 2). Based on the results of the single-section adsorber operation, the value of the efficiency coefficient of the adsorbent operation K was calculated when the number of sections was increased to two and three, which were close to the experimental values, the calculation error of the operational working capacity of the adsorbent in relation to the experiment was from +1.21 to -0.46% rel. Increasing the operational working capacity of the adsorbent when sectioning the adsorbent layer allows increasing the adsorber productivity without additional costs or increasing the depth of purification of the process flow. For example, when switching from a single-section adsorbent layer to a three-section layer due to an increase in the adsorbent capacity by 1.36% by weight, it is possible to increase the raw material consumption by 14.25% or, while maintaining the productivity of the device, accordingly reduce the adsorbent load.
Приведенные расчетные и экспериментальные материалы показывают, что разработанная конструкция вертикального адсорбера с делением слоя адсорбента на несколько секций при помощи вертикальных прямоугольных перегородок, позволяет уменьшить негативное воздействие длины зоны массопередачи на проведение адсорбционного процесса в стационарном слое адсорбента и увеличить эксплуатационную рабочую емкость адсорбента с конечным техническим результатом - повышением эффективности работы адсорбера: увеличением производительности адсорбера по очищаемому технологическому потоку или глубины его очистки при прочих равных условиях при сохранении одного из этих показателей.The presented calculation and experimental materials show that the developed design of a vertical adsorber with division of the adsorbent layer into several sections using vertical rectangular partitions allows to reduce the negative impact of the length of the mass transfer zone on the adsorption process in the stationary adsorbent layer and to increase the operational working capacity of the adsorbent with the final technical result - an increase in the efficiency of the adsorber: an increase in the adsorber's productivity for the purified process flow or the depth of its purification, all other things being equal, while maintaining one of these indicators.
Claims (10)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2827864C1 true RU2827864C1 (en) | 2024-10-03 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2848023C1 (en) * | 2024-10-02 | 2025-10-16 | Александр Васильевич Томенко | Method for separating substances in countercurrent |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6070653A (en) * | 1996-03-04 | 2000-06-06 | Aga Aktiebolag | Cylindrical vessel for separation |
| DE102006024901A1 (en) * | 2006-05-24 | 2007-11-29 | Basf Ag | Preparing acrylic acid comprises supplying propane gas to a zone to give a gas containing e.g. propylene, supplying molecular oxygen, feeding oxidation reactor with another gas containing e.g. propylene and subjecting the gas to oxidation |
| RU2530112C2 (en) * | 2012-08-10 | 2014-10-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт химического машиностроения" (ООО "ЛЕННИИХИММАШ") | Vertical adsorber with fixed adsorbent bed |
| CN106417572A (en) * | 2016-11-01 | 2017-02-22 | 北京福瑞通科技有限公司 | CO2 adsorber, CO2 adsorbing system and CO2 adsorbing method for air-conditioned cold stores |
| RU2677203C1 (en) * | 2018-03-07 | 2019-01-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет" | Vertical adsorber with variable internal volume |
| RU2683738C1 (en) * | 2018-07-18 | 2019-04-01 | Игорь Анатольевич Мнушкин | Annular adsorber |
| RU2686142C1 (en) * | 2018-07-13 | 2019-04-24 | Игорь Анатольевич Мнушкин | Adsorber for short-cycle free adsorption process |
| RU2798045C1 (en) * | 2022-06-24 | 2023-06-14 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Adsorber |
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6070653A (en) * | 1996-03-04 | 2000-06-06 | Aga Aktiebolag | Cylindrical vessel for separation |
| DE102006024901A1 (en) * | 2006-05-24 | 2007-11-29 | Basf Ag | Preparing acrylic acid comprises supplying propane gas to a zone to give a gas containing e.g. propylene, supplying molecular oxygen, feeding oxidation reactor with another gas containing e.g. propylene and subjecting the gas to oxidation |
| RU2530112C2 (en) * | 2012-08-10 | 2014-10-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт химического машиностроения" (ООО "ЛЕННИИХИММАШ") | Vertical adsorber with fixed adsorbent bed |
| CN106417572A (en) * | 2016-11-01 | 2017-02-22 | 北京福瑞通科技有限公司 | CO2 adsorber, CO2 adsorbing system and CO2 adsorbing method for air-conditioned cold stores |
| RU2677203C1 (en) * | 2018-03-07 | 2019-01-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет" | Vertical adsorber with variable internal volume |
| RU2686142C1 (en) * | 2018-07-13 | 2019-04-24 | Игорь Анатольевич Мнушкин | Adsorber for short-cycle free adsorption process |
| RU2683738C1 (en) * | 2018-07-18 | 2019-04-01 | Игорь Анатольевич Мнушкин | Annular adsorber |
| RU2798045C1 (en) * | 2022-06-24 | 2023-06-14 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Adsorber |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2848023C1 (en) * | 2024-10-02 | 2025-10-16 | Александр Васильевич Томенко | Method for separating substances in countercurrent |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5755857A (en) | Purification apparatus | |
| CA2809973C (en) | Radial bed vessels having uniform flow distribution | |
| US7128775B2 (en) | Radial bed flow distributor for radial pressure adsorber vessel | |
| US8101133B2 (en) | Radial flow reactor | |
| US8361205B2 (en) | Modular compact adsorption bed | |
| CN204723983U (en) | Radial U-shaped stream absorbing unit | |
| US20150007723A1 (en) | Adsorption bed structure and process | |
| KR102543874B1 (en) | Radial adsorber, adsorption system, and adsorption methods | |
| KR100263941B1 (en) | Separation method of mixed gas and apparatus using the same | |
| RU2827864C1 (en) | Vertical adsorber | |
| US6152992A (en) | Reactor and process of using same | |
| US3432995A (en) | Adsorption tower | |
| JPH04338208A (en) | Gas separation method | |
| Budner et al. | Study and modelling of the vacuum swing adsorption (VSA) process employed in the production of oxygen | |
| RU2460574C1 (en) | Adsorber | |
| SU1607903A1 (en) | Adsorber | |
| CN115055054A (en) | Low-resistance active coke flue gas purification device and process method | |
| EP0755298B1 (en) | Flue gas purification apparatus | |
| US2701624A (en) | Gas cleaner | |
| RU206221U1 (en) | Combined adsorber for cleaning gas emissions from sulfur dioxide | |
| JPS61209025A (en) | Gas adsorbing and separation apparatus | |
| CN215085991U (en) | Extensible modular pressure swing adsorption device | |
| RU2627849C1 (en) | Method for gas flow separation into single components or fractions | |
| JPS59150523A (en) | Method and apparatus for separating substance from gas or liquid | |
| SU1151274A1 (en) | Apparatus for separating gases |