Адсорбция. Общие сведения. Характеристика адсорбентов. Десорбция адсорбтива из адсорбента. Процессы ионообмена, страница 8

Расход адсорбента и высоту контактной зоны находят из материального баланса и основного уравнения массопередачи по методикам расчета колонных аппаратов, например абсорбции.

Уравнение материального баланса противоточного процесса адсорбции будет иметь вид

                                    ,                                 (39.16)

где  и  – расходы газовой (жидкой) смеси и адсорбента, кг/с;  и  – содержание распределяемого компонента в газовой (жидкой) смеси на входе и выходе аппарата, кг/кг;  и  – содержание распределяемого компонента в адсорбенте на входе и выходе аппарата, кг/кг.

Рисунок 39.8 – К определению минимального расхода поглотителя.

На основании уравнения материального баланса (39.16) определяется расход адсорбента . Минимальный расход адсорбента  соответствует положению рабочей линии АВ, когда она касается линии равновесия в точке В₁, (рис. 39.8).

                                     .                                 (39.17)

Действительный расход адсорбента рекомендуется принимать равным (1,1÷1,3) .

Расчет высоты адсорбера производят на основе общего уравнения массопередачи. В дифференциальной форме это уравнение имеет вид

                               .                            (39.18)

Разделяя переменные и интегрируя их в пределах от  до  и от 0 до V, получим уравнение для расчета объема слоя адсорбента

                            ,                        (39.19)

где  – объем слоя адсорбента, м³;  – объемный коэффициент массопередачи по фазе G, кг/[м³×с(кг/м³)];  и  – объемные концентрации распределяемого компонента в газовой (жидкой) смеси на входе и на выходе аппарата, кг/м³;  – число единиц переноса в газообразной (жидкой) фазе;  – текущая концентрация распределяемого компонента в газообразной (жидкой) фазе, кг /м³.

Методика определения  изложена ранее в лекции 30.

По объему слоя адсорбента, зная диаметр аппарата и площадь поперечного сечения , определяют высоту слоя адсорбента

                                       .                                   (39.20)

Адсорберы непрерывного действия с псевдоожиженным
слоем адсорбента

В псевдоожиженном слое зернистый адсорбент интенсивно перемешивается, поэтому все частицы адсорбента практически одинаково насыщены распределяемым компонентом во всем объеме слоя. При этом считают, что газовый (жидкостный) поток движется через слой в режиме идеального вытеснения, а твердый адсорбент в режиме идеального смешения.

Определение диаметра аппарата с псевдоожиженным слоем адсорбента производят по уравнению (39.12). Входящую в это уравнение фиктивную скорость газовой (жидкостной) смеси рассчитывают, как скорость псевдоожижения при порозности слоя  = 0,5÷0,65.

Для определения минимального расхода адсорбента за основу берут уравнение 39.17., но в него вносят коррекцию, учитывающую реальное распределение концентраций адсорбируемого вещества по фазам в псевдоожиженном слое односекционного или многосекционного аппарата.

Минимальный расход адсорбента в односекционном аппарате определяют по уравнению

                                   ,                                (39.21)

где – концентрация распределяемого компонента в адсорбенте, кг/кг, равновесная концентрации в газе (или жидкости) на входе в адсорбционный аппарат , кг/кг.

Минимальный расход адсорбента в многосекционных адсорберах определяют по уравнению (39.17).

Действительный расход адсорбента, как для односекционных, так и для многосекционных аппаратов принимают в 1,1 – 1,3 раза больше минимального.

Высоту слоя адсорбента в односекционном аппарате определяют из основного уравнения массопередачи, при этом учитывают, что движение газообразной (жидкой) фазы соответствует режиму идеального вытеснения, а твердой – режиму идеального смешения

                             ,                          (39.22)

где – объемный расход газообразной или жидкой фазы, м³/с;  – объемный коэффициент массопередачи по газообразной или жидкой фазе, кг/(м³с м²/м³); у – текущая концентрация распределяемого компонента в газообразной или жидкой фазе, кг /м³;  – концентрация распределяемого компонента в газе (или жидкости), равновесная концентрации этого компонента в адсорбенте на выходе из секции, кг/м³; S – площадь поперечного сечения, м².