16.8. Расчет адсорберов

Периодические адсорберы.Расчет периодически действующего вертикального адсорбера с неподвижным слоем адсорбента зависит от постановки задачи: определение времени проскока (времени стадии адсорбции) при заданной высоте аппарата или нахождение высоты адсорбера при заданном времени адсорбции.

В любом случае вначале определяется фиктивная скорость газа в зависимости от диаметра частиц адсорбента, его насыпной плотностии плотности газа по формулам, полученным на основе технико-экономического анализа. Как правило,м/с. Зная величину фиктивной скорости и заданный расход газа, легко находятся площадь поперечного сечения адсорбера и его диаметр.

Если требуется найти время адсорбции, то высотой аппарата задаются (для стандартных вертикальных адсорберов она находится в диапазоне 0,5 – 1,2 м), возможно, с последующим уточнением. В качестве оценки на начальном этапе расчета можно воспользоваться моделью идеальной равновесной адсорбции и определить максимальное время проскока из соотношения (16.9). Для нахождения действительного времени проскока необходимо использовать выражения (16.10) или (16.11), либо решать систему уравнений (16.3) – (16.6), предварительно рассчитав объемный коэффициент массопередачи [8, 45]. Данная система уравнений имеет аналитическое решение в случае линейной изотермы равновесия, однако, оно может быть использовано и для нелинейных изотерм с учетом определенных поправок [3]. Иначе, систему уравнений (16.3) – (16.6) можно решать с помощью численных методов.

Если требуется найти высоту аппарата при заданном времени адсорбции, то данная задача решается аналогичным образом при заданном времени проскока и неизвестной высоте аппарата.

Непрерывные адсорберы.Для расчета непрерывного противоточного адсорбера, например, изображенного на рис. 16.8, вначале определяется минимальный расход адсорбентаиз уравнения (13.8), затем выбирается рабочий расход адсорбента. Отношениеможет являться параметром оптимизации, так как его увеличение повышает среднюю движущую силу процесса массопередачи, что приводит к уменьшению высоты аппарата, но в то же время к увеличению диаметра аппарата и затрат на регенерацию адсорбента.

Скорость газа выбирается несколько меньшей скорости начала псевдоожижения, рассчитываются площадь поперечного сечения аппарата S, объемный коэффициент массопередачи, если его можно считать постоянным, а затем находится высота адсорбционной секцииНпо формулам (12.211) и (12.209) либо (12.117). Если коэффициент массопередачи существенно меняется по высоте аппарата, то для нахождения высоты адсорбционной секции можно воспользоваться формулой (12.212) либо решением системы дифференциальных уравнений (16.14) – (16.17) с граничными условиями (16.18), (16.19).

При расчете непрерывного адсорбера с псевдоожиженным слоем (рис. 16.7) расход адсорбента определяется по аналогии с противоточным. Особенность заключается в нахождении значения , необходимого для расчетапо (13.8). В аппарате с псевдоожиженным слоем предполагается интенсивное его перемешивание, что позволяет использовать для твердой фазы модель идеального смешения, а для газовой фазы – модель идеального вытеснения. Таким образом, концентрация адсорбата полагается одинаковой во всем объеме слоя и равной конечной. В связи с этим при расчетеиспользуется уравнение (13.6), соответствующее прямотоку и, как было показано в разделе 13.1, приводящее к большему значениюпо сравнению с противотоком.

Скорость газа выбирается больше скорости начала псевдоожижения, но меньше скорости витания, находится площадь поперечного сечения адсорбера S. Упрощение дальнейшего расчета в данном случае заключается неизменных по высоте слоя концентрации адсорбата и равновесной с ней концентрацией адсорбтива, что позволяет при любом виде изотермы адсорбции определять среднюю движущую силу массопередачи как среднелогарифмическую (12.105) и считать неизменным коэффициент массопередачи, рассчитав который, из (12.211) найти объем слоя и из (12.209) его высоту.