Адсорбция. Общие сведения. Характеристика адсорбентов. Десорбция адсорбтива из адсорбента. Процессы ионообмена, страница 7

Насыщение первого слоя частиц адсорбента происходит с падающей скоростью, так как по мере приближения к предельному значению  уменьшается движущая сила процесса. Отрезок времени , в течение которого достигается предельное насыщение первого слоя частиц адсорбента, называется периодом формирования фронтаадсорбции. Начиная с момента  (с высоты Н₁), в работающей зоне слоя адсорбента создается определенное распределение концентрации в обеих фазах, и эта зона (фронт адсорбции) далее перемещается с постоянной скоростью U, оставляя позади себя нарастающую зону насыщенного адсорбента. Очевидно, что при высоте слоя адсорбента  концентрация распределяемого компонента в потоке разделенной смеси на выходе из слоя адсорбента будет ; при  , т.е. в потоке газа (или жидкости) наблюдается «проскок» поглощаемого компонента. Время от начала контакта фаз до начала «проскока» называется временем защитного действия или временем «проскока» . На рис. 39.7, б представлена кривая, характеризующая изменение относительной концентрации распределяемого компонента в потоке газа (или жидкости)  по высоте слоя адсорбента Н или времени . Эта кривая носит название выходной кривой.

Рассмотренная выше модель процесса периодической адсорбции называется моделью послойной (фронтальной) обработки слоя адсорбента. Она была впервые предложена Н.А. Шиловым с сотрудниками применительно к условиям работы противогазов. Модель применима только для тех систем, для которых изотерма адсорбции является вогнутой по отношению к оси абсцисс. Н.А. Шиловым было получено эмпирическое уравнение для режима параллельного переноса фронта адсорбции с постоянной скоростью U. Согласно этому уравнению время защитного действия  слоя адсорбента высотой Н составляет

                                ,                            (39.14)

где  – потеря времени защитного действия слоя, обусловленного тем, что формирование фронта адсорбции происходит не мгновенно;  – коэффициент защитного действия слоя.

Зависимость времени защитного действия  от высоты слоя адсорбента Н в период формирования фронта адсорбции выражается плавной кривой ОВ (рис. 39.7, в). Затем эта зависимость в период параллельного переноса фронта адсорбции переходит в прямую линию. Отдельные величины, входящие в уравнение (39.14) можно определить из графика (рис. 39.7), построенного на основании опытных данных. Тангенс угла наклона прямолинейной части кривой на этом рисунке , т. е. равен коэффициенту защитного действия слоя, а отрезок, отсекаемый прямой от оси ординат, соответствует величине  – потере времени защитного действия слоя. Прямая ВС при своем продолжении на ось абсцисс отсекает отрезок h, называемый также «мертвым» слоем. В самом деле, если количество поглощенного распределенного компонента слоем высотой Н условно отнести к предельно насыщенному слою, то высота последнего выразится разностью Н – h, участок слоя h остается неиспользованным. С учетом этого уравнение 39.14 можно написать в следующем виде:

                                     .                                  (39.15)

Уравнения (39.14) и (39.15) позволяют определить длительность времени защитного действия неподвижного слоя адсорбента высотой Н. Очевидно, что исходя из технологических соображений, время адсорбции  не должно превышать времени защитного действия, т.е. .

Зная время адсорбции и время вспомогательных процессов, на основании уравнения (39.13) можно рассчитать время полного цикла и определить параметры адсорберов, обеспечивающих необходимую производительность.

39.7. Расчет непрерывно действующих адсорберов

Определение диаметра D адсорбера производят по уравнению (39.12) аналогично, как и для аппаратов периодического действия. Входящую в это уравнение фиктивную скорость  находят исходя из оптимального гидродинамического режима, зависящего от конструкции аппарата, свойств адсорбента и свойств газовой (жидкой) смеси.

Адсорберы непрерывного действия с плотно движущимся
слоем адсорбента