Физические методы переработки и использования газа: Учебное пособие, страница 53

Изменение фронта адсорб­ции во времени, соответст­вующее представлениям Н. А. Шилова, показано на рис. V. 4, где приведены кривые распределения отно­сительной концентрации у адсорбтива в потоке газа (раствора) по длине / не­подвижного слоя адсорбента во времени. На этом ри­сунке Т1<Т2<Тз<- ■ <Дг, ГДе тг — время, прошедшее от начала процесса динамиче­ской адсорбции.

Как видно из рисунка, по истечении некоторого ко­нечного промежутка времени профиль фронта адсорб­ции становится неизменным. Время работы слоя до насыщения его лобового участка называется периодом: формирования фронта адсорбции. После того, как фронт адсорбции сформировался, начинается второй период — период параллельного переноса стационарно­го фронта адсорбции. При этом профиль концентраций поглощаемого вещества не изменяется и перемещается по направлению потока с некоторой постоянной скоро­стью и.

Участок слоя /₀, на котором происходит изменение концентрации адсорбтива от начальной до проскоковой, называется работающим слоем (зона массопереда-чи, адсорбционная зона).

Для режима параллельного переноса фронта ад­сорбции Н. А. Шилов получил эмпирическое уравнение, согласно которому время защитного действия слоя (проскока) Тз(пр) равно

I

(V.6)

где k—1/u — коэффициент защитного действия слоя, выражающий обратную скорость поступательного дви­жения фронта сорбции.

По Н. А. Шилову, коэффициент защитного дейст­вия — время защитного действия единицы длины слоя адсорбента:

115

то — потеря времени защитного действия.

Формула Н. А. Шилова применена для слоев, боль­ших, чем to, а вся модель отработки слоя действитель­на для систем адсорбент — адсорбтив, для которых изотерма адсорбции вогнута к оси концентраций (ось юрдинат).

Практическая ценность формулы (V. 6) заключает­ся в ее простоте и возможности из графической зави­симости т₃ от / найти х и k.

Таким образом, в соответствии с механизмом па­раллельного переноса стационарного фронта адсорбции массопередача происходит в некоторой ограниченной зоне длиной /о, а не по всему слою одновременно. Гра­ничными условиями этой зоны являются

/ = 0;   у = у₀;   x = x_k;   l-=l_Q;   y = x = 0;

тде у — концентрация адсорбтива в потоке газа или раствора; х — концентрация адсорбента; Xk — концен­трация адсорбата в начальном сечении зоны массопе­редачи, равновесия с начальной концентрацией у₀ ад­сорбтива.

При расчетах адсорбции конечная концентрация со­ответствует концентрации, которую можно определить с помощью имеющихся методов анализа или приборов, например предельной нижней чувствительности влаго­меров при исследовании процесса осушки. Из-за этого приходится сдвигать границы зоны массопередачи (ра­ботающий слой) вовнутрь. Учитывая это, граничными условиями существования зоны массопередачи в расче­тах условно принимают:

/ = 0;   у ^ 0,95г/₀;   х = x_h\ I = /₀;   у = 0,(%₀;   х = х₀.

Следовательно, за работающий слой принимается «слой адсорбента, в котором концентрация поглощаемо­го компонента уменьшается от начальной, равной «0,95 Уо до близкой к нулю и равной 0,05 у₀. При этом количество вещества, поглощаемого в зоне массопере­дачи, составит

/₀,                (V.7)

где s — площадь поперечного сечения слоя. 116

Таким образом, согласно рассмотренным взглядам на динамику сорбции, в каждый момент времени в слое, еще обладающем защитным действием по отно­шению к извлекаемому веществу, одновременно суще­ствуют три участка:

1)  отработанный участок слоя;

2)  участок, на котором происходит изменение кон­
центрации адсорбента как в твердой, так и в газовой
фазе;