Процессы и агрегаты нефтегазовых технологий Лекция 2 Введение

Процессы и агрегаты нефтегазовых технологий Лекция 2: Введение 1. Массообмен как физическая основа недеструктивных процессов переработки и очистки нефти и нефтепродуктов 1. 1. Типы массообменных процессов и аппаратов 1. 2. Реакторы с перемешиванием и устройства перемешивания 2. Основы процессов абсорбции и их место среди процессов переработки и очистки нефти и нефтепродуктов 2. 1. 3. Конструкция и применение аппаратов абсорбции 3. 1. Поверхностные, барботажные и распыливающие абсорберы 3. 2. Многофункциональные аппараты 4. Основы процессов адсорбции и их место среди процессов переработки и очистки нефти и нефтепродуктов 4. 1. Физическая и химическая адсорбция 4. 2. Адсорбенты и их характеристики

В центробежных газосепараторах для преобразования поступательного движения потока во вращательное используют завихрители (Рис. 9). Основное преимущество высокая рабочая скорость газа в корпусе центробежного элемента. Благодаря действию центробежных сил из газового потока можно выделить капли жидкости диаметром более 10 -20 мкм. Коэффициент эффективности газосепаратора при высоком давлении колеблется от 80 до 99%. Отдельные конструкции таких газосепараторов оснащены регулируемым завихрителем, предназначенным для поддержания эффективной скорости сепарации при изменении производительности и давления. В некоторых используют прямоточные центробежные элементы. Центробежные элементы снабжены каналами рециркуляции и могут обеспечить эффективную очистку газа при их расположении как горизонтальном, так и вертикальном (с движением потока сверху вниз или снизу вверх). Такие сепараторы применяют в основном в качестве входных и промежуточных ступеней очистки на установках промысловой подготовки газа, а также на магистральных газопроводах Для очистки газожидкостной смеси со сравнительно небольшим содержанием газа используют блочные сепарационные установки, применяемые для сепарации нефти от газа в герметизированных системах сбора, транспортировки и подготовки нефти на промыслах. В каждую установку входят 1) технологическая емкость, 2) каплеотбойник (горизонтальный, инерционный газосепараторы со струнными пакетами) и 3) депульса-тор. Нефтегазовая смесь поступает от скважин в депульсатор, в котором свободный газ отделяется от нефти и, минуя технологическую емкость, отводится в каплеотбойник. Нефть из депульсатора поступает в технологическую емкость, где происходит гравитационная сепарация нефти от газа. Газ, выделившийся в емкости, также проходит через каплеотбойник.

Рис. 9. Центробежные газосепараторы а - с регулируемым завихрителем; б - с центробежными прямоточными элементами 1 - корпус; 2 - сетчатый отбойник; 3 - труба для отвода очищенного газа; 4 - диафрагма; 5 - регулируемый завихритель; 6 - центробежные элементы; 7 - труба для отвода жидкости; 8 - успокоительная решетка Потоки: I - исходный газ; II - очищенный газ; III - жидкость

Для очистки газожидкостной смеси со сравнительно небольшим содержанием газа используют блочные сепарационные установки, применяемые для сепарации нефти от газа в герметизированных системах сбора, транспортировки и подготовки нефти на промыслах. В каждую установку входят 1) технологическая емкость, 2) каплеотбойник (горизонтальный, инерционный газосепараторы со струнными пакетами) и 3) депульсатор. Нефтегазовая смесь поступает от скважин в депульсатор, в котором свободный газ отделяется от нефти и, минуя технологическую емкость, отводится в каплеотбойник. Нефть из депульсатора поступает в технологическую емкость, где происходит гравитационная сепарация нефти от газа. Газ, выделившийся в емкости, также проходит через каплеотбойник.

1. Массообмен как физическая основа недеструктивных процессов переработки и очистки нефти и нефтепродуктов Массообмен (англ. mass exchange) - диффузионный процесс переноса массы распределенного вещества из одной фазы в другую или внутри фазы в неоднородном поле концентраций. Движущей силой служит градиент концентраций, парциальных давлений, химических потенциалов и температур (при термодиффузии). Массообмен лежит в основе таких широко распространенных процессов разделения веществ, как 1)перегонка, 2)ректификация, 3)абсорбция, 4)адсорбция, 5)экстракция, 6)сушка, 7)кристаллизация. Количество вещества М, уходящее из данной фазы в другую через поверхность их раздела F за время t, следующее: М = K·F·(C - Ср)t, где К - коэффициент массопередачи; С - концентрация вещества в данной фазе; Ср - концентрация вещества в данной фазе, равновесная с его концентрацией в другой фазе. Коэффициент массопередачи К зависит от физико-химических свойств массообменивающихся фаз, гидродинамических условий контактирования и конструкции аппарата. Значение коэффициента массопередачи относят к единице поверхности контакта фаз или к единице объема, в котором взаимодействуют фазы. Процесс массообмена включает перенос вещества как в пределах фаз, так и через разделяющую их поверхность. Массообмен между данной фазой и границей раздела с другой фазой называется массоотдачей.

Массообмен осуществляется путем молекулярной (1), турбулентной (2) и конвективной (3) диффузии, из которых наиболее медленной является первая. Основное сопротивление массообмена происходит в пограничных слоях у границы раздела фаз. Увеличение интенсивности массообмена может быть достигнуто: 1) повышением относительных скоростей фаз, что ведет к уменьшению толщины пограничного слоя, росту турбулентной и конвективной составляющих переноса вещества, увеличению поверхности контакта взаимодействующих фаз и 2) увеличением движущей силы процесса, например, путем повышения коэффициента противоточности или изменения рабочих условий - температуры, давления. Различают два варианта массообмена: 1) односторонний (например, при абсорбции компоненты из газовой фазы переходят в жидкую) и 2) двухсторонний (реализуется при ректификации).

1. 1. Типы массообменных процессов и аппаратов 1. 1. Массообменные аппараты (англ. mass exchangers) - аппараты для проведения массообменных или диффузионных процессов, предназначенных для разделения смесей. Массообменные аппараты получили широкое распространение в нефтяной, нефтеперерабатывающей, химической и газовой промышленности. К ним относят: 1) ректификационные колонны, 2) абсорберы, 3) адсорберы, 4) экстракторы, 5) аппараты сушки, 6) кристаллизаторы. В массообменных аппаратах вступают в контакт по крайней мере две фазы, например, жидкая и паровая (ректификационные колонны), жидкая и газовая (абсорберы), твердая и парогазовая (адсорберы), две жидких (экстракторы), твердая и жидкая (адсорберы, экстракторы). Размеры массообменных аппаратов определяются коэффициентом массопередачи, отражающим уровень интенсификации процесса (см. Массообмен). Чем больше значение коэффициента массопередачи, тем меньших размеров требуется аппарат для передачи заданного количества вещества. Одновременно следует воздействовать и на величину поверхности раздела фаз, стремясь к ее максимальному развитию и обновлению в единице объема аппарата. Наибольшее влияние на интенсивность массообмена оказывают гидродинамические и конструктивные факторы, определяющие характер взаимодействия контактирующих фаз. Этим, в частности, определяется широкое разнообразие конструкций массообменных аппаратов, применяемых в промышленности.

1. 2. Простые реакторы с перемешиванием и устройства перемешивания Реакторы с перемешиванием (англ. mixers) – устройства (аппараты) для механического перемешивания в жидкой среде. Такие аппараты широко применяют в различных отраслях промышленности и, в частности, в нефтепереработке и нефтехимии в процессах производства масел, смазок, присадок, смазочноохлаждающих технологических средств, синтетических жирных кислот. Основные узлы реактора с мешалкой – 1) корпус, 2) привод и 3) перемешивающее устройство (Рис. 1). Для охлаждения или подогрева перемешиваемых сред корпус реактора с мешалкой может иметь наружную рубашку (гладкостенную или из полутруб), а внутри реактора может быть размещен трубчатый змеевик. Для герметизации вывода вала мешалки из корпуса реактора применяют гидрозатворы, сальниковые и торцовые уплотнения. В качестве привода мешалки используют электродвигатель с зубчатым редуктором или ременной передачей или специальный мотор-редуктор.

Рис. 1. Химический реактор с якорной мешалкой 1 - мотор-редуктор; 2 - муфта; 3 - уплотнение; 4 - люк; 5 - крышка; 6 - вал; 7 - якорное перемешивающее устройство; 8 - корпус; 9 - рубашка; 10 - опора; 11 - труба передавливания. Потоки: I - вход исходной среды; II - выход теплоносителя (хладагента); III - вход теплоносителя (хладагента); IV - выход продукта

Перемешивающие устройства, применяемые в реакторах с перемешиванием, разнообразны по конструктивному оформлению и условно разделяются на быстроходные и тихоходные (Рис. 2). Первые работают преимущественно при турбулентном и переходном режимах движения жидкости, вторые - при ламинарном и применяются для перемешивания высоковязких неньютоновских жидкостей. К быстроходным относят лопастные, турбинные - открытого и закрытого типов, и пропеллерные, перемешивающие устройства; к тихоходным - якорные, рамные, ленточные и шнековые устройства. Рис. 2. Перемешивающие устройства различных типов а-г - быстроходные; д-з - тихоходные; а - лопастное; б - шестилопастное с наклонными лопастями; в - турбинное открытого типа; г - пропеллерное; д - якорное; е - рамное; ж - ленточное; з - шнековое

По преобладающему характеру движения жидкости выделяют мешалки с потоками: 1) круговой поток (лопастные с вертикальными лопастями, турбинные открытого типа, якорные, рамные); 2) осевой поток (лопастные с наклонными лопастями, пропеллерные, ленточные, шнековые); 3) радиальный поток (турбинные закрытые). Применяют также мешалки со сложным планетарным движением перемешивающих устройств. У мешалок с осевым потоком жидкости внутри соосно корпусу может устанавливаться циркуляционная труба. 4)При этом поток проходит последовательно через трубу и кольцевое пространство между ней и корпусом. Для предотвращения воронкообразного движения жидкости внутри на корпусе устанавливают пластинчатые радиальные перегородки (“baffles”).

2. Основы процессов абсорбции и их место среди процессов переработки и очистки нефти и нефтепродуктов Абсорбция (англ. absorbtion) - процесс избирательного поглощения компонентов газовой смеси жидким поглотителем (абсорбентом). Применяют в нефтяной, газовой, нефтегазоперерабатывающей промышленности для разделения, осушки и очистки углеводородных газов. Из природных и попутных нефтяных газов путем абсорбции извлекают этан, пропан, бутан и компоненты бензина; абсорбцию применяют для химической очистки природных газов от кислых компонентов - сероводорода, используемого затем для производства серы, диоксида углерода, сероуглерода, тиолов (меркаптанов) и т. п. С помощью абсорбции также разделяют газы пиролиза и каталитического крекинга и осуществляют санитарную очистку газов от вредных примесей. Абсорбция занимает промежуточное положение между ректификацией и адсорбцией по количеству извлекаемых компонентов. В отличие от первого процесса абсорбция протекает в основном однонаправленно, т. е. абсорбент можно считать практически нелетучим. Процесс абсорбции обратимый, поэтому он используется не только для получения растворов газов в жидкостях, но и для разделения газовых смесей. При этом после поглощения одного или нескольких компонентов газа из газовой смеси необходимо выделить из абсорбента поглощенные компоненты. Выделение (регенерацию) поглощенных компонентов из абсорбента называют десорбцией. Регенерированный абсорбент вновь направляют на абсорбцию. В качестве абсорбентов при разделении углеводородных газов используют бензиновые или керосиновые фракции, а в последние годы и газовый конденсат, при осушке — диэтиленгликоль (ДЭГ) и триэтиленгликоль (ТЭГ). Для абсорбционной очистки газов от кислых компонентов применяют N-метил-2 -пирролидон, гликоли, пропиленкарбонат, трибутилфосфат, метанол; в качестве химического поглотителя используются моно- и диэтаноламины.

Движущей силой процесса абсорбции (десорбции) является разность парциальных давлений поглощаемого компонента в газовой и жидкой фазах, который стремится перейти в ту фазу, где его концентрация меньше, чем это требуется по условию равновесия. Обозначим парциальное давление поглощаемого компонента в газовой фазе G через рг, а парциальное давление того же компонента в газовой фазе, находящейся в равновесии с абсорбентом, через рр. Если рг > рр, то компонент газа переходит в жидкость L, т. е. протекает процесс абсорбции (Рис. 3, а). Если рг < рр, то поглощенные компоненты газа переходят из абсорбента в газовую фазу, т. е. осуществляется процесс десорбции (Рис. 3, б). Чем больше величина (рг - рр), тем интенсивнее осуществляется переход компонента из газовой фазы в жидкую. При приближении системы к состоянию равновесия движущая сила уменьшается и скорость перехода компонента из газовой фазы в жидкую замедляется. Поскольку парциальное давление компонента пропорционально его концентрации, то движущая сила процесса абсорбции или десорбции может быть выражена также через разность концентраций компонента в газовой у = у - ур или жидкой фазах х = хр - х. Количество газа М, поглощаемого в единицу времени при абсорбции или выделяемого при десорбции, прямо пропорционально поверхности контакта газовой и жидкой фаз F и движущей силе процесса: М = Kp. F(pг - рр) = Ky. F(y - ур) = Kx. F(xp - х) Коэффициенты пропорциональности Кр, Ку и Кх называются коэффициентами массопередачи при абсорбции; они зависят от гидродинамического режима процесса и физико-химических свойств системы.

По своей природе различают два вида абсорбции: физическую и химическую (хемосорбцию). При последней абсорбируемые компоненты вступают в химическое взаимодействие с абсорбентом. Скорость физической абсорбции определяется диффузионными процессами. Рис. 3. Схема переноса компонентов при контакте газа с абсорбентом. В общем случае скорость хемосорбции зависит от скорости диффузии и химической реакции. В кинетической области скорость собственно химического взаимодействия меньше скорости массопередачи и поэтому лимитирует скорость всего процесса, в диффузионной - лимитирующей является скорость диффузии компонентов, которая зависит от гидродинамики и физических свойств фаз. На процессы абсорбции и десорбции оказывают влияние: 1) давление, 2) температура, 3) удельный расход абсорбента и десорбирующего агента, 4) число ступеней контакта. Повышение давления и снижение температуры ускоряют абсорбцию и замедляют десорбцию. Процесс абсорбции сопровождается выделением теплоты. В абсорбционнодесорбционной установке (Рис. 4) исходный газ в абсорбере контактирует в противотоке с абсорбентом, освобождается от извлекаемых компонентов и уходит сверху абсорбера. Насыщенный абсорбент из абсорбера через теплообменник и нагреватель поступает на верх десорбера и в результате подогрева и контакта с десорбирующим агентом регенерируется.

Рис. 4. Принципиальная схема абсорбционно-десорбционной установки 1 - абсорбер; 2 - холодильник; 3 - подогреватель; 4 - десорбер; 5 - конденсатор; 6 - емкость; 7 - теплообменник. Потоки: I - сырой газ; II -сухой (тощий) газ; III - насыщенный абсорбент; IV - регенерированный абсорбент; V - извлеченные компоненты; VI - несконденсированные газовые компоненты; VII - жидкий продукт; VIII - десорбирующии агент; IX - теплоноситель

3. Конструкция и применение аппаратов абсорбции Абсорберы (англ. absorbers) - аппараты для разделения газовых смесей путем избирательного поглощения их компонентов жидкими поглотителями (абсорбентами). Абсорберы используются в нефтяной, газовой, нефтегазопере-рабатывающей отраслях промышленности для разделения, осушки и очистки углеводородных газов. Из природных, попутных газов и газов нефтепереработки в абсорберах извлекают этан, пропан, бутан, легкие бензиновые фракции. При санитарной очистке газов в абсорберах улавливают сероводород, оксид серы, фтор и его соединения, хлор и хлориды, аммиак и другие вредные примеси. Абсорберы разделяют по способу контактирования взаимодействующих фаз на три группы: поверхностные (1), барботажные (2) и распыливающие (3). В поверхностных абсорберах поверхностью контакта фаз является зеркало жидкости или поверхность стекающей пленки (пленочные абсорберы). К этой группе относятся следующие аппараты: 1) со свободной поверхностью; 2) насадочные с насыпной и регулярной насадкой; 3) пленочные, в которых пленка образуется при гравитационном стекании жидкости внутри вертикальных труб или на поверхности листов; 4) механические пленочные с пленкой, формирующейся под действием центробежных сил. В барботажных абсорберах поверхность контакта развивается потоками газа, распределяющегося в жидкости в виде пузырей и струй. К этой группе относятся 1) аппараты со сплошным барботажным слоем с непрерывным контактом между фазами, 2) тарельчатого типа, 3) с подвижной (плавающей) насадкой, 4) с механическим перемешиванием жидкости.

В распыливающих абсорберах большая поверхность контакта формируется путем распыления жидкости на мелкие капли. К этой группе относят аппараты полые форсуночные, с распылением за счет энергии жидкости, скоростные прямоточные с распылением абсорбента за счет кинетической энергии движущегося с большой скоростью газового потока, механические с распылением жидкости быстро вращающимися элементами. Отдельные типы аппаратов в зависимости от режима работы могут быть отнесены к разным группам. Например, насадочные абсорберы при инверсии фаз становятся барботажными аппаратами, а тарельчатые при работе в струйном режиме являются распыливающими. В нефтегазовых производствах наиболее распространены тарельчатые и насадочные абсорберы. Тарельчатый абсорбер (Рис. 5, а) представляет собой вертикальный аппарат, в верхней части корпуса 1 которого установлен каплеотбойник 2, предотвращающий унос абсорбента потоком газа. Контактирование газового потока и абсорбента осуществляется на контактных тарелках 3 той или иной конструкции. Для ремонта и монтажа внутренних устройств абсорбера через четыре-пять тарелок установлены люки-лазы 4 условным диаметром не менее 450 мм. В нижней части корпус аппарата приварен к опорной обечайке 5. Насадочный абсорбер (Рис. 5, б) в верхней части оснащен распределителем регенерированного абсорбента 2. Слой насыпной или регулярной насадки опирается на опорную решетку 4. Для загрузки и выгрузки насадки служат люки 5 и. 7.

Рис. 5. Абсорберы различных конструкций a - тарельчатый: 1 - корпус; 2 - каплеотбойник; 3 - тарелка; 4 - люк; 5 - опора; б - насадочный: 1 - корпус; 2 - распределительная тарелка; 3 - насадка; 4 - опорная решетка; 5 - загрузочные люки; 6 - опора; 7 - люки выгрузки насадки. Потоки: I - жирный газ; II - сухой газ; III - ненасыщенный абсорбент; IV - насыщенный абсорбент.

Давление в абсорберах при разделении нефтяных попутных газов составляет 1, 6 -2, 0 МПа, а при извлечении компонентов природного газа, имеющего большее устьевое давление, — от 4, 0 до 7, 5 МПа. Температура зависит от применяемого хладагента и при извлечении пропана может составлять -40°С, при извлечении этана -80 -- -100°С. Диаметр промышленных абсорберов зависит от производительности и достигает 3 м. Число тарелок составляет 30 -40. При промысловой очистке и осушке природного газа производительность по газу одного абсорбера достигает 10 -35 млн м 3/сут. Для таких условий работы предназначены специальные конструкции абсорберов. На Рис. 6 представлена конструкция многофункционального аппарата, разработанного в Центральном конструкторском бюро нефтеаппаратуры (ЦКБН) и состоящего из трех секций. Исходный газ по тангенциально расположенному штуцеру поступает в первую по ходу газа секцию сепарации. Капельная жидкость в этой секции отделяется при прохождении газа через сетчатый отбойник 1 и сепарационную тарелку 2, на которой установлены центробежные сепарирующие элементы. Вторая секция предназначена для осушки газа и включает четыре тарелки 4 с контактными элементами центробежного типа. Насыщенный гликоль собирается во внутренней емкости 3, откуда он отводится на регенерацию. Последняя по ходу газа секция улавливания гликоля образована сепарационной тарелкой 5 и тарелкой, на которой установлены фильтр-патроны 6, выполненные в виде перфорированного цилиндрического каркаса с намоткой 10 -15 слоев стекловолокна. Изнутри и снаружи слой фильтрующего материала закреплен двумя-тремя слоями рукавной сетки.

Рис. 6. Конструкция многофункционального аппарата для очистки и осушки природного газа 1 - сетчатый отбойник; 2, 5 - сепарационные тарелки; 3 - внутренняя емкость насыщенного гликоля; 4 - тарелка с контактными элементами центробежного типа; 6 - фильтр-патроны; 7 - люк-лаз; 8, 10 - штуцеры для дренажа; 9 - штуцер отвода жидкости. Потоки: I - ненасыщенный адсорбент; II - сухой газ; III - сырой газ; IV - насыщенный адсорбент.

Большое разнообразие конструкций абсорберов предопределяется различными условиями контактирования. Среди них важное значение имеет производительность и соотношение нагрузок по жидкой Мж и газовой Vг фазам, которое изменяется в широких пределах от 0, 0005 до 0, 1. При абсорбции из газов невысокой концентрации отношение Vж/Vг невелико (0, 0005 - 0, 005). Насадочные абсорберы не могут работать при низких плотностях орошения (ниже 5 -6 м/ч), поэтому при отношении Vж/Vг , меньших 0, 0015 - 0, 0025, их применение затруднено. В этих условиях успешно используются барботажные абсорберы. При абсорбции плохо растворимых или из высококонцентрированных газов отношение Vж/Vг велико (до 0, 05 - 0, 1). В этих условиях наиболее подходящими являются насадочные и распыливающие абсорберы, а применение барботажных становится затруднительным. Важными характеристиками, которые необходимо учитывать при выборе абсорберов, являются: 1) гидравлическое сопротивление, 2) диапазон возможного изменения нагрузок по газу и жидкости, 3) время пребывания жидкости, 4) чувствительность и склонность к загрязнениям.

4. Основы процессов адсорбции и их место среди процессов переработки и очистки нефти и нефтепродуктов Адсорбция (англ. adsorption) - процесс поглощения компонентов газов (паров) или жидкостей поверхностью твердых тел (адсорбентов). Адсорбцию применяют в газовой и нефтеперерабатывающей промышленности для осушки газов, например, природного газа при подготовке его к транспорту, для «отбензинивания» попутных и природных газов, разделения газов нефтепереработки с целью получения водорода и этилена, осушки жидкостей, выделения низкомолекулярных ароматических углеводородов (бензола, толуола, ксилолов) из бензиновых фракций, для очистки масел. Явление адсорбции используется в хроматографии, в противогазах, для поглощения пахучих и вредных веществ, с целью защиты окружающей среды. По сравнению с другими массообменными процессами адсорбция эффективна при малом содержании извлекаемых компонентов в исходной смеси. Так, при разделении смеси сухих углеводородных газов процесс адсорбции оказывается более выгодным, чем процесс абсорбции, тогда как для жирных газов целесообразнее применять процесс абсорбции. Аналогично для жидких смесей: при невысоком содержании извлекаемых компонентов в сырье адсорбционное разделение предпочтительнее экстракции. Различают физическую и химическую адсорбцию (хемосорбцию). При физической адсорбции молекулы адсорбента и поглощенного вещества ( «адсорбата» ) не вступают в химическое взаимодействие и их связь обусловливается силами межмолекулярного взаимодействия, при котором связь менее прочна, чем при хемосорбции. Физическая адсорбция - экзотермический процесс; для газов и паров теплота адсорбции примерно равна теплоте конденсации.

Адсорбируемость веществ зависит от их природы, строения молекул, а также от природы и структуры адсорбента (величины удельной поверхности, размеров пор). Адсорбируемость углеводородов обычно возрастает с увеличением их молекулярной массы, однако значительное влияние на нее оказывают структура и размеры молекул. Так, парафиновые и нафтеновые углеводороды поглощаются в меньшей степени, чем ароматические. Сернистые соединения лучше сорбируются, чем содержащие их парафиновые и нафтеновые углеводороды. Непредельные низкомолекулярные углеводороды (этилен, пропилен) адсорбируются лучше, чем соответствующие их предельные аналоги (этан, пропан). Адсорбенты - пористые твердые вещества естественного и синтетического происхождения с развитой поверхностью пор. Удельная поверхность пор лежит в пределах от 200 до 1700 м 2/г, средний размер пор - от 3 до 100 А. Адсорбенты производят в виде таблеток или шариков размером от 2 до 6 мм, а также порошков с размером частиц от 20 до 500 мкм. В качестве адсорбентов используют активированный уголь, силикагель, алюмосиликаты, цеолиты. Цеолиты (молекулярные сита) - природные или синтетические адсорбенты с регулярной структурой пор, представляют собой алюмосиликаты натрия, калия и других элементов. Размеры входных окон, определяющих избирательность цеолитов, изменяются от 3 до 9 А.

Важной характеристикой адсорбентов является активность (емкость), оцениваемая массой адсорбированного вещества, приходящейся на единицу массы адсорбента в условиях равновесия. Зависимость между активностью и парциальным давлением или концентрацией вещества в смеси при определенной температуре называют изотермой адсорбции (Рис. 8). Одним из важных показателей, характеризующих процесс адсорбции и определяющих размеры аппарата, является скорость адсорбции, которая зависит от скорости трех стадий процесса: 1) подвода вещества к поверхности зерен адсорбента внешняя диффузия; 2) перемещения вещества внутри зерен по порам адсорбента внутренняя диффузия; 3) поглощения вещества поверхностью адсорбента. Скорость адсорбции обычно лимитируют внешняя или внутренняя диффузии или сразу обе стадии. Адсорбции способствует понижение температуры, а для газов - повышение давления. Удалению адсорбированных компонентов из адсорбента (десорбции) способствует повышение температуры и для газовых смесей - понижение давления. Рис. 3. Зависимость активности (емкости) адсорбента а от концентрации поглощаемого вещества С в смеси при различных температурах

Процесс адсорбционного разделения в целом включает следующие основные стадии: 1) адсорбцию - контактирование исходной смеси с адсорбентом, при этом во многих случаях к жидким смесям для снижения вязкости добавляют плохо адсорбируемый растворитель; 2) десорбцию - контактирование адсорбента с десорбирующим агентом (водяным паром, азотом, растворителем) с целью выделения поглощенного компонента и регенерации адсорбента (для облегчения десорбции и сокращения расхода десорбирующего агента процесс ведут при повышенной температуре); 3) удаление из адсорбента десорбирующего агента (его сушку); 4) охлаждение адсорбента, причем в случае окислительной регенерации адсорбента его температура значительно повышается и требуется специальное охлаждение. Адсорбционное разделение также включает вспомогательные стадии – отделение целевых продуктов от десорбирующего агента и растворителей путем а) простой перегонки, б) ректификации, в) отстаивания.