Пожарна безопасност на адсорбционните процеси
Здраве и безопасност при работа
Пожарна безопасност на адсорбционните процеси
Адсорбционните процеси се използват за избистряне на разтвори, пречистване на газове и течности от примеси, улавяне на газове и пари от смеси, улавяне на пари от летливи разтворители от смеси, омекотяване на вода, извличане на следи от метали от разтвори, пречистване на захарни сиропи, лекарства и др. Основните индустриални адсорбенти са порести тела с голям обем микропори. Свойствата на адсорбентите се определят от естеството на материала, от който са направени, и порестата вътрешна структура. Адсорбентите се характеризират с тяхната абсорбционна или адсорбционна способност, която се определя от максимално възможната концентрация на адсорбента на единица маса или обем на адсорбента. Стойността на абсорбционната способност зависи от вида на адсорбента, неговата пореста структура, естеството на абсорбираното вещество, неговата концентрация, температура, а за газовете и парите - от тяхното парциално налягане. Максималната абсорбционна способност на адсорбента при дадени условия условно се нарича равновесна активност. Според химичния състав всички адсорбенти могат да бъдат разделени на въглеродни и невъглеродни адсорбенти. Въглеродните адсорбенти включват активен (активен) въглен, материали от въглеродни влакна и някои видове твърди горива. Невъглеродните адсорбенти включват силикагел, активен алуминиев оксид, гелове от алуминиев оксид, зеолити и глинести скали. Активният въглен обикновено се използва за абсорбиране на органични вещества при пречистване и разделяне на течности и газове (пари). Тези адсорбенти се получават чрез суха дестилация на редица въглеродсъдържащи вещества (дърво, въглища, животински кости, костилки от плодове и др.) с цел отстраняване на летливи съединения.След това въглищата се активират, например се калцинират при температура 850 - 900 ° C, което води до освобождаване на пори от смолисти вещества и образуване на нови микропори. Активирането се извършва и чрез екстракция на смоли от порите с органични разтворители, окисление с атмосферен кислород и други методи. Специфичната повърхност на активните въглища е много висока и възлиза на 6⋅10 5 - 17⋅10 5 m2/kg, а обемната им плътност е 200 - 900 kg/m . Активният въглен се използва под формата на частици с неправилна форма с размер 1–7 mm, цилиндри с диаметър 2–3 mm и височина 4–6 mm и прах с размер на частиците по-малък от 0,15 mm. Основните недостатъци на активните въглени са тяхната запалимост, склонност към самозапалване и ниска механична якост. Силикагелът е дехидратиран гел от силициева киселина (SiO2⋅nH20), използван в процесите на изсушаване на газове и течности, при разделянето на органични вещества в газовата фаза и в хроматографията. Силикагелът се получава чрез третиране на разтвор на натриев силикат със сярна киселина (понякога солна киселина) или киселинни солеви разтвори. Полученият гел се промива с вода и се изсушава до крайно съдържание на влага 5-7%. Специфичната повърхност на силикагела е 4⋅10 5 - 7,7⋅10 5 m2/kg, насипната плътност е 400 - 800 kg/m3. Силикагелите са незапалими. Алумогелите се получават чрез топлинна обработка на алуминиев хидроксид - Al (OH) 3 при температури от 600 - 1000 ° C. Порите на получения сорбент (92% Al203) са с диаметър 1 - 3 nm, специфична повърхност 2⋅10 5 - 4⋅10 5 m/kg; обемната плътност на такъв сорбент е 600 kg / m3. Алумогелите се използват за изсушаване на газове, пречистване на водни разтвори и минерални масла, използвани като катализатори и техни носители. Зеолитите са естествени или синтетични минерали, които са водни алумосиликати, съдържащи оксиди на алкални иалкалоземни метали. Адсорбционните повърхности на зеолитите са свързани помежду си с прозорци с определен диаметър, през които могат да проникнат само по-малки молекули. Това е основата за разделянето на смеси с молекули с различни размери, което е причината зеолитите да бъдат наречени молекулярни сита. За разделяне на газови смеси зеолитите се използват под формата на топчета или гранули с размери от 1 до 5 mm, а за разделяне на течни смеси - под формата на финозърнест прах. Зеолитите се използват за дълбоко изсушаване на газове и течности, в процесите на пречистване и разделяне на смеси от вещества с близко молекулно тегло, а също и като катализатори и техни носители. За пречистване на течности от примеси като адсорбенти се използват естествени глинести скали. За да се активира глината, тя се обработва със сярна или солна киселина и се получава адсорбент със специфична повърхност на порите от порядъка на (1,0 - 1,5)⋅10 5 m2/kg. По време на адсорбцията частиците газ или пара се концентрират върху повърхността на адсорбента под въздействието на молекулярните сили на привличане. От смес от газове и пари адсорбентът абсорбира основно и в много по-голямо количество компонента, който има по-висока точка на кипене (при дадена температура има по-ниско налягане на наситените пари). Основните фактори, влияещи върху хода на процеса на адсорбция, са: свойствата на адсорбента, температурата и налягането на газовата смес, свойствата на абсорбираните вещества и тяхната концентрация в газовата смес. Устройствата, в които се осъществява процесът на адсорбция, се наричат адсорбери. Адсорберите могат да бъдат: периодично и непрекъснато действие. В промишлеността се използват вертикални и хоризонтални адсорбционни апарати с периодично действие с фиксиран и подвижен (псевдокипящ) адсорбентен слой. Апарат за периодична адсорбциядействията с фиксиран адсорбентен слой (Фигура 6.6) имат корпус 1, в който адсорбентен слой е разположен върху опорно-разпределителната решетка 2. Първоначалната газова смес преминава през адсорбентния слой отгоре надолу. При десорбция с водна пара през долния фитинг се подава пара, през фитинга в дъното се изпуска кондензат, а парата заедно с десорбираното вещество излиза през фитинга в капака. Зареждането и разтоварването на адсорбента се извършва през люкове 4 и 3.
Фигура 6.6 - Адсорбери с фиксиран адсорбентен слой:а - вертикален; b - хоризонтално; 1 - корпус; 2 - опорни и разпределителни решетки; 3 - люкове за разтоварване на адсорбента; 4 - люкове за зареждане на адсорбента. Адсорберът с кипящ слой от адсорбент (фигура 6.7) се състои от няколко секции, разположени в цилиндрично тяло 1. Секциите са разделени от разпределителни решетки 2. Адсорбентът влиза в апарата през горната тръба и по-нататък по преливните тръби 3 се движи в противоток по отношение на непрекъснатата фаза, доставяна отдолу и изпускана отгоре. Отстраняването на твърдата фаза от апарата се извършва с помощта на затвор-регулатор 4.
Фигура 6.7 - Адсорбер с кипящ слой от адсорбент:1 - тяло; 2 - разпределителни решетки; 3 - преливна тръба; 4 - регулатор на затвора. Процесът на работа на адсорберите се състои от следните четири фази: адсорбция (абсорбция), десорбция (продухване с пара), изсушаване на адсорбента и неговото охлаждане. За да се осигури непрекъснатост на адсорбционната инсталация, тя има най-малко два адсорбера, в единия от които се извършва адсорбция, а във втория - десорбция. Диаграма на такова устройство за възстановяване е показана на Фигура 6.8.
Фигура 6.8 - Схема на рекуперативна адсорбционна инсталация:1, 2 - адсорбери; 3 - кондензатор на водни пари и пари на десорбираното вещество; 4 -нагревател; 5 - изтичане на кондензат. Първоначалната газова смес се подава в адсорбера 1, пълен с активен въглен. След насищане на слоя в адсорбера 1, той преминава към етапа на десорбция и първоначалната смес се изпраща към адсорбера 2. Адсорбентът се регенерира с остра динамична водна пара, подадена към долната част на адсорбера. Динамичната пара отвежда адсорбатните пари към кондензатора 3. Адсорбатният кондензат, смесен с вода, отива по-нататък за разделяне. Адсорбентът се изсушава с горещ въздух, подаван към адсорбера през нагревателя 4. Адсорбентът се охлажда с атмосферен въздух, подаван през байпасната линия. Пожарната опасност на процеса на адсорбция се характеризира с наличието на запалима течност в производствените цехове и в самата станция за възстановяване, възможността за образуване на експлозивни концентрации на пари от запалими течности на работните места, в линиите за транспортиране на паровъздушни смеси и в обема на адсорберите, наличието на активен въглен, който може да гори и спонтанно да се запалва при определени условия. Общото количество горима течност в апарата на станцията за възстановяване може да достигне до 10 тона или повече. Количеството въглища в станции със средна производителност достига 10 - 12 тона. Трябва да се има предвид, че експлозивна концентрация на изпарения на горима течност може да се образува в обемите на адсорберите, дори ако паровъздушната смес, влизаща в тях, има концентрация, значително по-ниска от LEL. Това явление е възможно при повишаване на температурата на въглищата. Източници на запалване по време на процесите на адсорбция могат да бъдат искри от удар и триене (повреди на перките на вентилатора, износване на лагери и др.); топлина от спонтанно изгаряне на активен въглен. Разпространението на огъня става чрез технологични комуникации, транспортиращи паровъздушни смеси. Конкретноизисквания за пожарна безопасност по време на адсорбционни процеси, (регламент [20, 25]): - адсорбционната инсталация трябва да осигурява непрекъснато и пълно изсмукване на изпарения от запалими течности от всички работни места; - линиите за пара, газо-въздушна смес на адсорбционната инсталация трябва да бъдат оборудвани с изправни пламегасители. Броят на пламегасителите, техният тип и размерите на пожарогасителната дюза трябва да отговарят на проекта. Не се допуска експлоатацията на уреда без пожарогасители или с пожарогасители, несъответстващи на проекта; - във въздуховодите трябва да се контролира скоростта на движение на паровъздушните смеси (поддържа се в рамките на 10 - 12 m / s); - не се допуска замърсяване на вътрешната повърхност на тръбопроводите с твърди горими материали; - адсорберите трябва да бъдат оборудвани с устройства за заливане с вода (свързани към водопроводната мрежа); - активният въглен трябва да се използва само стандартен, с количество прах в него не повече от 1% от теглото; - редовен температурен контрол трябва да се извършва в различни точки от дебелината на активния въглен (критична температура не повече от 60 ° C); - оптималната височина на слоя активен въглен трябва да се поддържа в рамките на 1 - 1,5 m - за вертикални и 0,5 - 0,8 m - за хоризонтални адсорбери; - за да се изключат случаи на спонтанно запалване, отработеният активен въглен трябва да се навлажни с вода след разтоварване; - филтрите на адсорбционните инсталации или циклоните за улавяне на твърди примеси от транспортираната среда трябва да са в добро състояние и да се почистват редовно.