Диаметр аппарата определяют из уравнения расхода, в котором скорость потока рассчитывают в зависимости от способа организации процесса.

Адсорберы с неподвижным слоем. В случае адсорбции газов допустимая фиктивная скорость газа w₀ (т.е. скорость газа в свободном сечении адсорбера) может быть рассчитана по следующей формуле:

, (20.52)

где - эквивалентный диаметр гранулы адсорбента, м; - плотность газа, кг/м³.

Скорость газа в адсорберах обычно не превышает 0,3 м/с. Высота слоя сорбента может быть рассчитана по уравнениям (20.38), (20.39), (20.46), (20.47) с учетом указанных ограничений для их применения.

Адсорберы непрерывного действия с псевдоожиженным слоем адсорбента. Фиктивную скорость находят как скорость псевдоожижения при порозности слоя, лежащей в пределах 0,5-0,65.

Минимальный расход адсорбента в односекционном аппарате определяют из уравнения материального баланса

, (20.53)

где G_amin - расход адсорбента, кг/с; V - объемный расход сплошной фазы, м³/с.

Действительный расход адсорбента больше минимального: .

Минимальный расход адсорбента в многосекционных адсорберах определяют по формуле, которую используют в расчетах абсорберов:

. (20.53а)

Действительный расход адсорбента также принимают в 1,1-1,3 раза больше минимального.

Высоту слоя адсорбента в односекционном аппарате определяют из основного уравнения массопередачи, принимая, что движение твердой фазы соответствует МИС, а объемной фазы – МИВ:

. (20.54)

Из соотношения (20.54) получают уравнение, связывающее высоту Н псевдоожиженного слоя адсорбента и изменение концентрации в потоке:

. (20.55)

В случае многосекционных адсорберов с псевдоожиженным слоем расчет также ведется по основному уравнению массопередачи:

. (20.55а)

Адсорберы непрерывного действия с плотно движущимся слоем адсорбента. Фиктивную скорость газа принимают несколько меньшей скорости начала псевдоожижения. Расход адсорбента и высоту контактной зоны находят из материального баланса и основного уравнения массопередачи по методикам, аналогичным тем, которые применяют для расчета колонных аппаратов для проведения других массообменных процессов, например абсорбции (см. гл. 16).

20.3. Десорбция

Десорбция идет более полно и с большей скоростью при повышенной температуре и пониженном давлении.

При выпуклой изотерме адсорбции основное количество вещества десорбируется в начальной стадии процесса, затем скорость десорбции резко падает, что согласуется с уравнением (20.29), в соответствии с которым точки с наибольшей концентрацией в газе [c*(X_н)] имеют наибольшую скорость, а точки с меньшей концентрацией запаздывают, в результате чего за основной частью выходящего вещества будет находиться «хвост» с постепенно уменьшающейся концентрацией (рис. 20-11, а). В случае вогнутой изотермы десорбируемое вещество выходит более компактно, что также объясняется влиянием вида изотермы на скорость движения концентрационных точек (рис. 20-11,6).

Методы регенерации адсорбентов можно подразделить на низкотемпературную термическую регенерацию, высокотемпературную термическую, химическую, вытеснительную и регенерацию понижением давления. Низкотемпературную термическую регенерацию адсорбентов проводят их обработкой перегретым или насыщенным острым водяным паром либо газами при температуре 100-400^оС.

Часть водяного пара, подаваемого на десорбцию, идет на нагрев адсорбента и аппарата, на компенсацию теплоты адсорбции и отрицательной теплоты смачивания. Другая, несконденсировавшаяся часть пара уносит десорбированное вещество из аппарата. С помощью водяного пара обычно регенерируют активный уголь. Силикагели, алюмогели и цеолиты регенерируют продувкой при повышенной температуре.

Выбор температуры регенерации определяется энергией связи адсорбат-адсорбент, необходимой полнотой десорбции, термической стойкостью

Рис. 20-11. Профили концентраций в потоке при десорбции для выпуклой и вогнутой (б) изотерм

адсорбента и временем регенерации. Чем выше энергия связи между молекулами адсорбата и адсорбента и полнее требуется десорбция, тем более высокой должна быть температура регенерации. За пороговую температуру, ниже которой процесс регенерации осуществлять нецелесообразно, принята величина, при которой половина адсорбата удаляется в вакууме в течение 10 мин.

В случае, если низкотемпературная регенерация не позволяет достаточно полно удалить поглощенное вещество, что характерно, например, для отработанных активных углей после водоочистки, прибегают к высокотемпературной термической регенерации, которая заключается в обработке адсорбента различными газами, например СО₂, при высокой температуре (t > 400 °С). В процессе высокотемпературной регенерации адсорбат разлагается, а продукты его деструкции удаляются. В жестких условиях высокотемпературной регенерации частично меняется также и структура адсорбента.

Химическую регенерацию проводят обработкой адсорбента жидкими или газообразными реагентами при умеренных температурах (t < 100 °С). В качестве реагентов используют кислоты, щелочи, различные окислители.

При вытеснительной десорбции адсорбент обрабатывают растворителем, который, лучше адсорбируясь, чем поглощенное вещество, вытесняет его и вымывает.

Если изотерма адсорбции не крутая, регенерацию можно проводить без одвода теплоты, снижая давление в аппарате, что приводит к увеличению движущей силы процесса. Процессы десорбции, подобно процессам адсорбции, проводят в неподвижном, кипящем или плотно движущемся слое. Расчет процесса десорбции проводят с целью определения времени десорбции (в случае периодического процесса) и расхода десорбирующего агента.

В наиболее распространенных методах десорбции слой адсорбента нагревают до заданной температуры и затем продувают при практически постоянной температуре газом или паром. В случае изотермической десорбции в неподвижном слое для расчета профиля концентраций и времени процесса применимы уравнения (20.50) и (20.51). В более сложных случаях используют опытные данные.