В зависимости от концентрации паров растворителя в воздушнопаровых смесях применяют различные способы улавливания.
При значительных концентрациях паров растворителя в смеси применяется конденсация охлаждением, причем при очень высоких концентрациях охлаждение осуществляют водой, при небольших концентрациях для глубокого охлаждения применяют рассол или хладоагенты. В качестве дополнительного метода можно использовать сжатие паровоздушной смеси с одновременным охлаждением.
Конденсация смеси паров растворителя и воды может проводиться двумя способами:
При первом способе используют трубчатые конденсаторы, которые охлаждаются или водой или воздухом, или рассолом, подаваемыми в трубы или межтрубное пространство, а смесь паров – наоборот. Пары отдают скрытую теплоту испарения хладоагенту и конденсируются. В этом случае конденсат не разбавляется хладоагентом.
Во втором способе процесс осуществляют в конденсаторах смешения, где пары непосредственно соприкасаются и смешиваются с хладоагентом, что сопровождается значительным снижением концентрации растворителя.
Оба процесса могут проводиться как при атмосферном давлении, так и под вакуумом.
В трубчатых конденсаторах обычно осуществляется противоток. Пучок труб может располагаться горизонтально или вертикально. Последний вариант предпочтительнее, так как происходит самоочистка конденсатора от песка, ила и других примесей, которые содержатся в охлаждающей воде. В результате улучшается теплообмен. Контролируют процесс по температуре охлаждающей воды на выходе из конденсатора, которая должна быть не выше 35 оС, а температура конденсата – не выше 45 оС. Для дополнительного охлаждения применяется охладитель конденсата, в качестве которого можно использовать также горизонтальный трубчатый теплообменник.
Рекуперация паров растворителя из смеси с воздухом.
Для конденсации паров растворителя из паровоздушной смеси используются дефлегмационные установки трех типов:
- охлаждением (при концентрации растворителя в смеси 170…250 г/м3);
- на твердых адсорбентах (50…140 г/м3);
- на жидких абсорбентах (140…175 г/м3).
Конденсация охлаждением. Для ее осуществления используются рекуперационные аппараты, которые называются дефлегматорами. Они представляют собой конденсаторы смешения или поверхностные. В качестве охлаждающих агентов применяются вода с температурой 10…12 оС или рассолы – растворы некоторых солей (чаще СаСl2), охлажденные до –10…-15 оС.
В отечественном производстве применяют поверхностные дефлегматоры рассольного охлаждения. В процессе работы систематически контролируют поступление рассола, его температуру, сток конденсата (чтобы не замораживался), концентрацию паров растворителя в отходящем воздухе. Для увеличения эффективности рекуперации в схемы включают несколько последовательно установленных дефлегматоров с понижающей температурой хладоагента и/или уменьшающимся давлением паро-воздушной смеси.
Конденсация на адсорбционных рекуперационных установках. Адсорбция паров происходит за счет образования межмолекулярных связей атомов твердой поверхности адсорбента с молекулами растворителя и продолжается до насыщения адсорбента, когда скорости сорбции и десорбции становятся равными. При этом максимальная величина адсорбированного растворителя определяется свойствами адсорбента, адсорбирующегося вещества и температуры. Чем больше удельная поверхность адсорбента, тем больше растворителя он удерживает. В качестве адсорбента используют вещества с высокой удельной поверхностью, например, активированный уголь (его удельная поверхность 600…1700 м2/г).
После насыщения сорбат необходимо регенерировать. Для этого используют два параллельно установленных адсорбера. После насыщения растворителем адсорбента в первом адсорбере воздушно-паровой поток направляется на второй адсорбер, а первый в это время освобождается от адсорбированного растворителя. С этой целью его продувают водяным паром с температурой 105…110 оС в направлении, обратном прохождению паровоздушной смеси. Смесь водяного пара с растворителем направляется в конденсатор, охлаждаемый водой. Полученный конденсат идет на водоотделитель. Для восстановления адсорбционной активности угля он обрабатывается горячим воздухом, нагнетаемым через калорифер вентилятором.
Рекуперация растворителя из паровоздушной смеси на жидких масляных абсорбентах. Сущность процесса абсорбции заключается в растворении паров растворителя в жидких минеральных углеводородных продуктах, которые выступают в качестве абсорбентов. При этом абсорбент должен отвечать определенным требованиям: а) не взаимодействовать с растворителем химически; б) иметь высокую поглотительную способность; в) быть устойчивым; г) легко отдавать растворитель при десорбции; д) не корродировать аппаратуру; е) не загрязнять своими компонентами растворитель.
Наиболее подходящими по этим характеристикам являются абсорбенты, получаемые при переработке нефти – вазелиновые и веретенные масла. Так как количество поглощенного растворителя пропорционально площади соприкосновения фаз, важно обеспечить максимальный контакт паровоздушной смеси с жидким поглотителем. С этой целью в абсорбционных установках паровоздушную смесь пропускают через башню с насадкой, которая орошается абсорбентом, образующем на насадке тонкую пленку, или абсорбент разбрызгивают в замкнутом пространстве, через которое пропускают поток паровоздушной смеси.
Для освобождения насыщенного абсорбента от растворителя используют десорберы, имеющие то же устройство, что и абсорберы. Они отличаются тем, что дополнительно снабжены паровой рубашкой и устройством для подачи острого пара в нижнюю часть десорбера. При этом масло нагревается, растворитель отгоняется. Затем смесь водяного пара с растворителем направляется на конденсацию, а абсорбент возвращается в абсорбционную колонку. В абсорбере поглощается до 5 % растворителя к массе абсорбента. Остаточное содержание растворителя в абсорбенте не должно превышать 0,5 %.
Разделение жидкой смеси растворителя и воды. Вода и экстракционный растворитель – несмешивающиеся жидкости с разной плотностью, поэтому их разделение производится методом отстаивания. Для этого применяют простые по конструкции аппараты с наклонным днищем, называемые водоотделителями. В цикле используют два аппарата – предварительный водоотделитель и контрольный. В результате отстаивания и расслаивания образуются слои: вверху – растворитель, ниже – вода, между ними слой эмульсии растворитель в воде, внизу – шлам, который скользит по наклонному днищу к выходу из аппарата. Растворитель сливается в сборники оборотного растворителя через сифонную трубу, а вода – на второй контрольный водоотделитель. Эмульсия направляется на шламовыпариватель. Содержание бензина в воде, отходящей от водоотделителя, не должно превышать 0,1 %.
