Адсорбция. Общие сведения. Характеристика адсорбентов. Десорбция адсорбтива из адсорбента. Процессы ионообмена, страница 6

Аппарат работает по принципу противотока: газовая смесь проходит через распределительную решетку 3 со скоростью, необходимой для поддержания кипящего слоя адсорбента, уровень которого определяется высотой патрубка 4, предназначенного для отвода адсорбента насыщенного распределяемым компонентом. Очищенный газ освобождается от частиц адсорбента в циклонном устройстве 2 и выводится из аппарата через верхний патрубок корпуса 1.

В одноступенчатых аппаратах интенсивное перемешивание частиц адсорбента в кипящем слое приводит к значительной неравномерности времени их пребывания и соответственно различной степени насыщения отдельных частиц адсорбента распределяемым компонентом. Этот недостаток устраняется при использовании многоступенчатой противоточной схемы контакта фаз. На рис. 39.6 представлен адсорбер, работающий по этой схеме.

Многоступенчатый адсорбер представляет собой колонну с тарелками 1 в виде дырчатых решеток. Адсорбент подается через патрубок 3 наверх колонны и стекает по тарелкам через переточные трубки 2. Газовая смесь поступает в низ колонны по патрубку 4, далее проходя через отверстия в тарелках, движется вверх к патрубку 5 противотоком к адсорбенту. Адсорбент выгружается снизу колонны через патрубок 6, имеющий специальный затвор. За счет многократного противоточного взаимодействия фаз в данном аппарате достигается более равномерное и полное использование адсорбционной емкости адсорбента.

39.6. Расчет адсорберов периодического действия с неподвижным
слоем адсорбента

Расчет диаметра адсорбера

Для определения диаметра адсорбера вначале определяют фиктивную скорость  парогазовой смеси (или раствора). Оптимальное значение  находят с учетом того, что с увеличением  скорость адсорбции возрастает (если процесс лимитируется скоростью внешней диффузии), но одновременно с этим увеличиваются затраты энергии на перемещение потока газа (или раствора) через слой адсорбента. Зная фиктивную скорость , из уравнения расхода находим диаметр аппарата

                                      ,                                  (39.12)

где  – объемный расход парогазовой смеси или раствора, м³/с.

Определение продолжительности процесса

Продолжительность Т полного цикла в адсорбере периодического действия складывается из времени собственно адсорбции  и времени вспомогательных операций . К вспомогательным операциям относят процесс десорбции, процессы сушки и охлаждения адсорбента. Продолжительность вспомогательных процессов определяют обычно опытным путем.

                                       .                                    (39.13)

Время адсорбции можно определить на основании анализа работы неподвижного слоя адсорбента. При входе потока газовой (жидкой) смеси с постоянной начальной концентрацией распределяемого компонента  в слой свежего адсорбента , распределяемый компонент начинает поглощаться первым слоем адсорбента, затем вторым, третьим и т.д. С течением времени вовлекаются в работу много последовательно расположенных слоев частиц адсорбента, однако каждый последующий слой омывается потоком с концентрацией распределяемого компонента , так как часть его уже поглощена предыдущими слоями. После предельного насыщения частицы адсорбента первого слоя как бы выключаются из массообмена и газ (жидкость) с концентрацией  начинает омывать частицы второго слоя, третьего и т.д. Таким образом, с течением времени по высоте слоя адсорбента Н образуются три зоны (рис. 39.7, а): первая зона отработанного адсорбента (высота Н₁), где достигнута предельная емкость адсорбента  (соответствует равновесной концентрации по отношению к ); вторая работающая зона (высота Н₂), где предельная емкость адсорбента не достигнута и процесс адсорбции продолжается; третья зона не включившегося в работу адсорбента (высота Н₃).

Рисунок 39.7 – К расчету процесса периодической адсорбции:
а – кривая распределения концентрации адсорбата по высоте слоя;
б – выходная кривая; в – зависимость времени защитного действия от высоты слоя адсорбента.