17. Статическая и динамическая активность адсорбента. Расчет времени защитного действия слоя адсорбента

Основной характеристикой адсорбента является его активность, определяемая весовым количеством вещества, поглощенного единицей объема или веса поглотителя. Различают активность статическую и динамическую.

Статическая активность адсорбента характеризуется максимальным количеством вещества, адсорбированного к моменту достижения равновесия весовой или объемной единицей адсорбента при данной температуре и концентрации адсорбируемого вещества в газово-воздушной смеси.

Динамическая активность является характеристикой адсорбента при протекании паро-воздушной смеси через слой адсорбента до момента проскока адсорбируемого газа.

Если газовая смесь проходит через слой адсорбента, то в начальный период процесса адсорбтив полностью извлекается из газовой смеси. По истечении определенного промежутка времени в газовой смеси, уходящей из поглотителя, начинают появляться заметные, все возрастающие количества адсорбтива (проскок), и к концу процесса концентрация уходящего газа становится равной начальной концентрации паро-воздушной смеси. Время от начала процесса до момента проскока называют временем защитного действия и рассчитывают по уравнению:

,

Где τ' – продолжительность поглощения при бесконечно большой скорости поглощения, с; а – количество вещества, поглощаемое единицей объема адсорбента, в кгс/м³; L – высота слоя адсорбента в м; ω_у – скорость газового потока, м/с; С₀ – начальное содержание поглощаемого вещества в газовой фазе, кгс/м³.

Фактическое время защитного действия τ слоя адсорбента длиной Δ всегда меньше τ'. Разность τ₀=τ'‒τ называется потерей защитного действия. Тогда:

или или

Где - коэффициент защитного действия слоя; h – величина, характеризующая неиспользованную статическую активность слоя адсорбента.

Соответственно потеря времени защитного действия слоя получится из равенства:

Процесс адсорбции в неподвижном слое адсорбента является неустановившимся, поэтому определение времени защитного действия слоя адсорбента и изменения концентрации газа по высоте слоя представляет собой весьма сложную задачу.

18. Какой размер массообменного аппарата (высота, диаметр) влияет на производительность и какой на качество (на эффективность массопередачи)?

При проведении технологических расчетов массообменных аппаратов определяют их диаметр (если аппараты цилиндрической формы) и высоту (или длину). Диаметр или сечение аппарата отражают его производительность, а высота – интенсивность протекающих в аппарате процессов.

Обычно диаметр или поперечное сечение S массообменного аппарата определяют по уравнению расхода:

Q=S∙ω₀.

Где Q – объемный расход сплошно1 фазы, м³/с; ω₀ – приведенная (или фиктивная) скорость той же фазы, отнесенная к полному сечению аппарата, м/с.

Для аппаратов круглого поперечного сечения диаметром D:

откуда

Рабочую высоту массообменного аппарата Н принципиально можно найти по основному уравнению массопередачи:

М=К_уΔ_уF=К_хΔ_хF

F=НSа

где а – количество вещества, поглощаемое единицей объема адсорбента, в кгс/м³; Н – высота аппарата; S – поперечное сечение аппарата (при круглом сечении S=πD²/4).

Тогда:

После некоторых преобразований:

Таким образом, число n_у – характеризует массообменную способность (эффективность) аппарата; оно называется числом единиц переноса.

19. Изобразить на диаграмме Рамзина, как по показаниям сухого и мокрого термометров находится точка, соответствующая этим параметрам воздуха. Для полученной точки показать, как находится влагосодержание, теплосодержание, относительная влажность, парциальное давление паров и температура точки росы.

Состояние влажного воздуха характеризуется на I-х-диаграмме пересечением четырех линий: постоянной температуры (изотермы) t, постоянного влагосодеожания х, постоянной относительной влажности φ и постоянного теплосодержания (энтальпии) I (рис. 8). По оси ординат откладывают энтальпию на 1 кг сухого воздуха, а по оси абсцисс – влагосодержание воздуха (в г на 1 кг сухого воздуха). I-х-диаграмма построена в косоугольной системе координат с углом между осями 135º. Такая система позволяет расширить на диаграмме область ненасыщенного влажного воздуха, что делает ее удобной для графических построений. Линии постоянной энтальпии (I=соnst) проходят под углом 135º к ординатам, а линии влагосодержания (х=соnst) располагаются параллельно оси ординат.

Рис. 8. Диаграмма Рамзина

Н

Рис.9. Определение относительной влажности воздуха по показаниям сухого и мокрого термометров

а рисунке 8 показан порядок определения относительной влажности воздуха по показаниям сухого и мокрого термометров: находим на диаграмме точку пересечения изотермы t_м с линией φ= соnst (т. А на рис. 9); из этой точки, двигаясь по линии постоянной температуры мокрого термометра (t_м=соnst) доходим до пересечения с изотермой t. В точке пересечения В находим искомое значение относительной влажности φ. Линии t_м=соnst на диаграмме Рамзина обычно не нанесены, и искомую относительную влажность воздуха можно приближенно определить, двигаясь из т. А по линии I=соnst до пересечения ее с изотермой t. Линии t_м=соnst и I=соnst близки и, при небольших значениях разности (t-t_м) погрешность при таком приближении невелика.

Чтобы найти влагосодержание воздуха, соответствующего таким показаниям, следует из т. В опустить перпендикуляр на ось х. двигаясь из т. В по линии I=соnst находим теплосодержание, а проецируя эту же точку на линию «парциальное давление пара» и откладывая перпендикуляр на вторую ось ординат (справа) ‒ парциальное давление водяных паров.

Точка росы соответствует той температуре, при которой паровоздушная смесь с данным влагосодержанием становится насыщенной водяным паром. при охлаждении влажного воздуха ниже этой температуры происходит конденсация водяных паров. Для определения точки росы необходимо из точки, характеризующей состояние воздуха опуститься по линии х=соnst до пересечения с кривой φ=100%, т.е. до линии насыщения, откуда по изотерме находим температуру точки росы.