ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Расчет процесса адсорбции в неподвижном слое адсорбента из "Очистка газов" При проведении процесса адсорбции в неподвижном слое адсорбента по мере удаления от входа в слой содержание поглощаемого вещества в потоке уменьшается. На некоторой длине, называемой длиной работающего слоя, происходит практически полное поглощение рассматриваемого вещества. В этом слое формируется определенное поле концентраций поглощаемого вещества. Перпендикулярное к направлению потока сечение адсорбента, отвечающее заданному минимальному содержанию поглощаемого вещества в потоке, называется фронтом адсорбции. По мере насыщения ближайших к входу слоев адсорбента фронт адсорбции перемещается вдоль слоя. По достижении им границы слоя наблюдается повышение содержания поглощаемого вещества в потоке — проскок. При этом процесс адсорбции заканчивается и проводится десорбция поглощенного вещества, цель которой — выделить это вещество и регенерировать адсорбент. Таким образом, процесс адсорбции в слое — полунепрерывный. [c.201] Обычно при исследовании адсорбционного процесса принято рассматривать равновесный и неравновесный режимы. Первый режим позволяет выявить влияние статических факторов — вида изотермы, а второй — в основном, влияние кинетических факторов. Обе эти модели базируются на ряде допущений (см. выше), упрощающих математическое описание процесса и дающих возможность его аналитического или графо-аналитического решения. [c.201] Исходная система уравнений, описывающих процесс, должна включать уравнение баланса вещества, уравнение изотермы адсорбции, уравнение кинетики, а также начальные и граничные условия. [c.201] Здесь = P dJD — диффузионное число Нуссельта (Р, — коэффициент внешнего массообмена, отнесенный к единице объема слоя адсорбента — эквивалентный диаметр зерна адсорбента О -коэффициент молекулярной диффузии) Ке , = wdJ(гv) — модифицированное число Рейнольдса (н — средняя скорость газового потока в расчете на свободное сечение аппарата V — коэффициент молекулярной кинематической вязкости газового потока е — порозность слоя) Рг = у/О — диффузионное число Прандтля. [c.202] Рассмотрим некоторые математические модели динамики процесса адсорбции (равновесной и неравновесной), решение уравнений которых при определенных допущениях позволяет использовать их в расчетной практике. [c.202] Чем больше константа Генри, т.е. чем лучше адсорбируется вещество, тем медленнее оно движется в слое адсорбента. На использовании этой закономерности основана адсорбционная газовая хроматография, широко используемая как метод определения состава смесей. В поток инертного газа, движущегося через слой адсорбента, вюдится анализируемая проба и фиксируется выход отдельных компонентов из слоя путем изменения теплопроводности, плотности или иных свойств газовой смеси. Полученные данные позволяют количественно определять содержание отдельных компонентов. [c.203] При линейной изотерме адсорбции величина не зависит от содержания адсорбируемого вещества в подвижной фазе. Это означает, что точки поля концентраций перемещаются с одинаковой скоростью (рис. 8.1, а). При нелинейной изотерме адсорбции величина согласно (8.43), зависит от вида функцииДс). При выпуклой изотерме адсорбции производная Э/(с)/Эс уменьшается с ростом с. Следовательно, точки поля концентрации, отвечающие большим значениям с, движутся быстрее точек, соответствующих малым значениям с. В результате этого происходит выравнивание поля концентраций (рис. 8.1,6). При вогнутой изотерме адсорбции, наоборот, производная Э/(с)/дс возрастает с увеличением с. Поэтому, согласно (8.43), точки поля концентраций, отвечающие малым значениям с, движутся быстрее точек, соответствующих большим значениям с, и поле концентраций вытягивается (рис. 8.1, в). [c.203] Отсюда ale = а le = Г или с = а Т, где Т = а с - константа Генри для начального состава с. [c.204] Таким образом, при отсутствии продольного перемешивания независимо от вида изотермы адсорбции и факторов, влияющих на кинетику процесса, содержание поглощаемого вещества в адсорбенте и в подвижной фазе находятся в постоянном соотношении. [c.204] Продольное перемешивание обусловливает растяжение поля концентраций в работающем слое адсорбента. При выпуклой изотерме адсорбции это противодействует характерному для данного случая выравниванию концентраций. В результате противоположного влияния этих двух факторов на некоторой длине слоя формируется установившееся поле концентраций, не изменяющееся при дальнейшем движении в слое адсорбента. При вогнутой изотерме адсорбции продольное перемешивание еще более увеличивает характерное для этого случая растяжение поля концентраций. [c.204] При расчете адсорбционных систем немаловажной задачей является установление полей концентрации поглощаемого компонента в слое адсорбента, скорости движения фронта адсорбции и выходной концентрации. Решение этой задачи позволяет выйти на процедуры оптимизации конструктивных параметров аппарата и режимов его работы. Однако в общем виде его можно получить только численно (один из вариантов математической постановки общей задачи будет рассмотрен ниже). Поэтому для возможности проведения оценочных расчетов, а также для отладки алгоритмов решения уравнений полных математических моделей процесса адсорбции прибегают к упрощенным решениям. В частности, решение задачи значительно упрощается при допущении изотермического характера процесса адсорбции, хотя процесс адсорбции протекает с выделением теплоты. [c.205] Решение задачи проведем, следуя В. Н. Тимофееву [57], но предварительно выясним общие свойства искомого решения. [c.207] Здесь с = с — безразмерная концентрация целевого компонента в газовом потоке, у = а а — безразмерная концентрация целевого компонента в слое адсорбента, в = (Г- Т Т — безразмерная температура потока газовой фазы, = (Г - Т )1Т — безразмерная температура слоя адсорбента, = HL — безразмерная высота слоя адсорбента, t = Т/Тц — безразмерное время, т — время адсорбции, То= F/Q = FL/Q — среднее время пребывания газа в адсорбере, Q — объемный расход газовой фазы, F — площадь поперечного сечения слоя адсорбента, L — высота слоя адсорбента, — порозность слоя, Ср — удельная теплоемкость газовой фазы, — удельная теплоемкость адсорбента, — приведенный радиус зерна адсорбента, q — теплота адсорбции, а — коэффициент теплоотдачи, — коэффициент массоотдачи, р — плотность газовой фазы, р — насыпная масса слоя адсорбента, ф(у, а , Гд) — безразмерная равновесная концентрация целевого компонента в газовой фазе, находящаяся в равновесии с усредненной по радиусу зерна адсорбента концентрацией а адсорбированного вещества при неизотермической адсорбции. О, — индексы, обозначающие начальное (для концентрации в газовой фазе также н ) и равновесное состояния, соответственно. [c.211] Решение системы (8.70)-(8.75) возможно только численными методами и здесь не рассматривается, посюльку определяется конкретной конфигурацией аппарата и кинетическими характеристиками процесса адсорбции. [c.212] Вернуться к основной статье