3.7. Розрахунок адсорберів

3.7.1. Періодично діючі адсорбери

Діаметр адсорбера з нерухомим шаром адсорбенту визначають через об‘ємну витрату паро газової суміші V_сум за залежністю

(3.14)

де - фіктивна швидкість паро газової суміші (розчину), визначається з техніко-економічних міркувань.

Оптимальне значення знаходять з врахуванням того, що із збільшенням швидкість адсорбції зросте (якщо швидкість процесу лімітується швидкістю зовнішньої дифузії), але водночас зростатимуть витрати енергії на транспортування потоку через адсорбент. У промисловості зазвичай не перевищує 0,3 м/сек.

Висота адсорбера. Висота апарату залежить від висоти шару адсорбенту l і часу його захисної дії , що зумовлено технологічними вимогами. За заданої висоти шару адсорбенту l можна визначити значення , оскільки ці величини є пов‘язаними між собою рівнянням (3.3), з якого

, (3.15)

де u - швидкість переміщення зони масопередачі (розраховується за рівнянням (3.5).

Величину приймають виходячи з необхідної тривалості регенерації адсорбенту або графіка змінної роботи виробництва.

Втрату часу захисної дії шару можна знайти за наближеною залежністю

(3.16)

де l₀ - висота зони масопередачі (за рівнянням (3.10)).

3.7.2. Адсорбери неперервної дії

Діаметр адсорбера неперервної дії визначається, як і діаметр адсорбера періодичної дії, за рівнянням (3.14). Фіктивну швидкість паро-газової суміші з цього рівняння знаходять виходячи з необхідності забезпечити певний гідродинамічний режим, наприклад для адсорбера з киплячим шаром - стійке псевдозрідження шару зерен адсорбенту. Швидкість суміші для адсорберів з киплячим шаром можна визначити з критерію Рейнольдса, розрахованого за рівнянням (***)[1 частина].

Висота адсорбера. Висоту (об’єм) шару адсорбенту визначають подібно до інших масообмінних процесів (абсорбція, ректифікація тощо) на основі загального рівняння масопередачі. Це рівняння в диференціальній формі можна записати

, (3.17)

Розділяючи змінні та інтегруючи їх в межах від 0 до V (де V - об‘єм шару адсорбенту) і від y_п до y_к (де y_п і y_к - відповідно початкова і кінцева концентрації адсорбованої речовини у паро-газовій суміші), отримаємо

,

з якого одержимо рівняння для розрахунку об‘єму шару адсорбенту

, (3.18)

де G_V - об‘ємна витрата паро-газової суміші; - кількість одиниць перенесення, що визначається методами, вказаними в розділі І; - об‘ємний коефіцієнт масопередачі.

За об‘ємом V шару і його перерізом визначають загальну висоту (довжину) шару

. (3.19)

Для апаратів з киплячим шаром можна задати висоту шару адсорбенту на кожній тарілці (оптимальне значення якої в першому наближенні може дорівнювати мм) і знайти кількість тарілок адсорбера:

. (3.20)

Витрата адсорбенту. Кількість адсорбенту, яка надходить в адсорбер за одиницю часу, визначають з рівняння матеріального балансу через мінімальну витрату адсорбенту L_min, що відповідає положенню робочої лінії АВ₁ (див. рис. 3.9), коли вона торкається рівноважної лінії у точці В₁.

Тоді

(3.21)

де G_г - вагова витрата інертної частини паро-газової суміші; - відносна концентрація поглинутого компоненту у відпрацьованому адсорбенті, що є рівноважною з його концентрацією у вихідній суміші.

Рис. 3.9. До визначення мінімальної витрати поглинача.

Дійсну витрату адсорбенту L рекомендовано приймати такою, що дорівнює (1,1-1,3) ∙ L_min. Приймаючи в середньому L = 1,2 ∙ L_min, отримаємо

. (3.22)

Аналізуючи рівняння (3.22), можна зробити висновок, що питома витрата L/G_г адсорбенту є тим більшою, чим вищою є концентрація адсорбованої речовини у вихідній суміші ( ) за інших рівних умов, і чим меншою є його концентрація у потоці, який виходить з адсорбера ( ). Отже, чим нижчою є концентрація початкової суміші, тим більш економічним буде процес адсорбції.

З іншого боку, (згідно з рівнянням (3.22)), за відомих і , питома витрата адсорбенту є тим меншою, чим вищою є ємність адсорбенту за вилученим компонентом, що характеризується значенням , і чим меншим є значення , зумовлене повнотою регенерації адсорбенту.