ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Расчет профилей концентраций и выходных кривых из "Основные процессы и аппараты химической технологии" Для расчета массообменных аппаратов с неподвижным слоем сорбента необходимо определять профили концентраций (зависимости с от г и X от г при данном т) и выходные кривые (зависимости с от т при данном г). В общем случае их определение требует численного решения системы, состоящей из уравнения материального баланса (111.79), уравнения изотермы адсорбции и уравнений, описывающих скорость массопереноса. [c.67] Ниже рассмотрен ряд обобщенных решений этой системы уравнений для нескольких частных случаев. [c.67] Примеры профилей концентраций в газе при адсорбции и десорбции, соответствующие уравнениям (П1.92)—(П1.94), показаны на рис. П1.19 и П1.20. [c.68] Уравнения (П1.92)—(П1.94) дают возможность найти предельные параметры процесса минимальную толщину слоя сорбента при заданной продолжительности стадии адсорбции, или минимальную длительность стадии десорбции для слоя определенной толщины, или максимальное время работы слоя сорбента -заданной высоты до момента проскока и т. п. [c.68] Определить минимальную толщину слоя сорбента при фиктивной скорости газа в адсорбере 0,09 м/с и длительности стадии адсорбции 1800 с. Начальную концентрацию СН4 в сорбенте принять равной нулю. [c.68] Толщина слоя сорбента будет минимальной при максимальной (бесконечной) скорости массопереноса. Следовательно, для решения данной задачи нужно найти высоту слоя угля, при которой проскок метана в этих условиях начнется через 1800 с. [c.68] Следовательно, толщина слоя сорбента для данного процесса должна быть не менее 2,48 м. [c.68] Пример 16. Определить минимальное время практически полной десорбции метана из слоя угля толщиной 2,48 м, содержащего в начальный момент 0,02885 кг метана/кг угля при 25 °С, если десорбирующий газ не содержит метана и движется в адсорбере с фиктивной скоростью 9 см/с. Найти зависимость конечной концентрации десорбирующего газа от времени. При какой минимальной скорости десорбция может быть осуществлена, как и адсорбция, за 1800 с. [c.68] Полученная зависимость концентрации метана в выходящем газе от времени показана на рис. 111.22. Эта зависимость позволяет найти конечную концентрацию в газе и максимальную остаточную концентрацию в сорбенте при различном времени десорбции. Так, при х — 1800 с получим с/с (Хн) = 0,38 (г = = Н). Следовательно, ск = 0,38-0,2 = 0,076 кг/м концентрация в сорбенте (максимальная, на задней по ходу десорбирующего газа кромке слоя) составит X = 0,375-0,076/(1 8-0,076) = = 0,0177 кг/кг угля. [c.69] Уравнения (III.92)—(III.94), справедливые при бесконечных скоростях массопереноса, дают возможность найти предельные параметры процесса. Их применяют также для быстрого определения ориентировочных значений высоты слоев и длительности стадий адсорбции и десорбции, а также для приближенного расчета массообменных процессов с неподвижным слоем твердой фазы в тех случаях, когда нет данных для расчета внутреннего сопротивления. Более точный расчет требует учета скоростей массопереноса. [c.69] Т = W (Хн) (-Г — 2 /да)/рнас н2 Пример 17. Подобрать размеры адсорбера для очнстки водо-рода от метана при давлении 1 МПа и температуре 25 °С, если расход исходной смеси равен 542 кг/ч, а начальная концентрация метана ув = 0,00309 мол. доли. Максимально допустимое содержание метана в очищенном водороде 0,05г/н- Продолжительность цикла адсорбции принять равной 1800 с. Свойства активированного угля приведены в примере 14. Считать, что в начале адсорбции сорбент не содержит метана. [c.69] При столь малых концентрациях (см. рис. П1.21) изотерму адсорбции можно аппроксимировать линейной зависимостью X = 0,35 с и, следовательно, использовать для расчета уравнения (П1.95). [c.70] Вязкость метановодородных смесей при малых концентрациях метана равна 0,9-10 Па-с [2]. Коэффициент диффузии рассчитан при решении примера 14 и равен 0,0735 см /с. [c.71] Для Z) = 1,6 и 2,4 м фиктивные скорости газа будут равны соответственно 0,09 и 0,04 м/с. [c.71] Найдя с помощью табл. III.4 значение функции J (а, 7) при а= Поу и V = ПоуТ, по уравнению (HI.95) определяем концентрацию в газе при г, соответствующем выбранному I он-полнив расчет для ряда значений Т (удобно задаваться значениями Т, равными у/а, приведенным в табл. III.4), получаем зависимость концентрации метана в газе от высоты слоя сортента. [c.71] В данном случае адсорбция проводится под давлением. Энергетические затраты на преодоление гидравлического сопротивления слоя должны быть несущественными по сравнению с затратами на сжатие газа. Поэтому оптимальные размеры адсорбера можно определить, исходя из минимального объема сорбента, т. е. при т = 16 см/с. Отметим, что для определения высоты слоя сорбента нет необходимости определять полный профиль концентраций, достаточно найти распределение концентраций по длине слоя в узкой области вблизи концентрации проскока. [c.72] Пример 18. Составить материальный баланс по метану для стадии адсорбции рассмотренного в предыдущем примере процесса, приняв ) — 1,2 м и Я = 2,6 м. [c.72] Построенная по этим данным выходная кривая показана на рис. П1.24. [c.72] Вернуться к основной статье