8.3. Принципи розрахунку адсорберів
Процес видалення забруднюючої речовини з газу-носія в шарі адсорбенту може бути описаний за допомогою “адсорбційної хвилі”, показаної на рис. 8.15.
Рис. 8.15. Рух адсорбційної хвилі по стаціонарному шару
Крива 1 характеризує залежність концентрації забруднювача від положення шару для свіжого адсорбенту, а горизонтальна лінія C0 − максимально допустиму концентрацію забруднювача в газових викидах після адсорбційної обробки. При правильній конструкції адсорбера вихідні концентрації набагато нижче цього значення. В процесі роботи на вході в адсорбційний шар відбувається насичення і забруднювачі починають проникати далі в глибину шару, де відбувається їх ефективна адсорбція (крива 2). Нарешті, в тих випадках, коли досягається максимально допустима концентрація на виході з шару (крива 3), адсорбент необхідно регенерувати.
Процес адсорбції включає проведення стадійного або безперервного контакту, як і у випадку рідинної абсорбції, при якій переважно абсорбується тільки один компонент газової фази. При адсорбції більш ніж одного компоненту, процес більш схожий зі фракціонуванням, зокрема, з екстракцією.
Для розбавлених розчинів, нехтуючи тепловими ефектами, можна отримати формули, які відповідають ізотермічному процесу.
8.3.1. Розрахунок адсорберів періодичної дії
Найбільш поширеним масообмінним процесом очищення газових викидів, який здійснюють в апаратах з нерухомим шаром твердої фази, є адсорбція. Такого роду процеси є нестаціонарними і періодичними. При цьому концентрації в твердому матеріалі і в газі, що знаходяться всередині апарату, змінюються в часі.
В закріпленому шарі адсорбенту відбувається рух адсорбційної зони вниз по колоні. Можна розглянути і такий випадок, коли тверда фаза рухається вгору по колоні протитечією газу з швидкістю, що забезпечує стаціонарність адсорбційної зони в колоні (рис. 8.16).
Рис. 8.16. Розрахункова схема адсорбера з нерухомим шаром
На рис. 8.17. показані лінія рівноваги і робоча лінія. Видно, що тверда фаза з концентрацією Xr, розташована у верхній частині, знаходиться в рівновазі з газом, що поступає, концентрацією Y0, тобто Xr=Y0, і вся розчинена речовина видаляється з газу до того, як він виходить з колони (насичення в колоні не відбувається). Такий випадок є ідеальним, таким, що вимагає колони з нескінченною висотою.
Рис. 8.17. Лінія рівноваги і робоча лінія в адсорбері з нерухомим шаром
Проте найбільший інтерес представляє сама адсорбційна зона. Робоча лінія для всієї адсорбційної колони описується наступними рівняннями:
;
,
а також
,
де Gs − швидкість газового потоку-інерту, що подається , кг/(с∙м2);
Ls − швидкість потоку адсорбенту, що не містить розчиненої речовини, кг/(с∙м2).
Тепер можна скласти баланс мас, використовуючи поняття висоти одиниці перенесення:
,
де KY − коефіцієнт масопередачі в газовій фазі, кг/(с∙м2);
as − питома поверхня частинок адсорбенту, м2/м3;
Y* − рівноважна масова частка (концентрація) розчиненої речовини в газовій фазі, кг/кг.
Тоді висота адсорбата (адсорбційної зони) в адсорбері складе:
.
Число одиниць перенесення визначається виразом:
,
а висота одиниць перенесення рівна:
.
Отже, висота адсорбційної зони рівна:
.
Для визначення часу, по завершенні якого відбувається проскакування, визначимо спочатку поняття ступеня насичення шару (СНШ). Об’єм адсорбата V − це:
.
Отже, Z=V/F − об’єм адсорбата на одиницю площі поперечного перерізу адсорбційного шару F.
Тоді, при відомій величині густини шару: Z∙F∙ρs − маса адсорбенту; Z∙F∙ρs∙Xr − маса розчиненої речовини, адсорбованої в умовах рівноваги; (Z-ZA)∙F∙ρs∙Xr − маса розчиненої речовини, адсорбованої в тій частині колони, де досягається насичення; Z∙F∙ρs∙Xr∙(1-φ) − маса розчиненої речовини, адсорбованої в тій частині колони, де насичення не досягається; φ − парціальна здатність адсорбційної зони до адсорбції розчиненої речовини.
Тоді ступінь насичення шару (СНШ) може бути визначена таким чином:
;
;
.
Тоді час, за який досягається проскакування, визначається як:
;
.
Розрахунки адсорберів періодичної дії з нерухомим адсорбентом можуть виконуватися в наступному порядку.
1. Визначають рівноважну концентрацію забруднювача в твердій фазі. Значення концентрацій забруднювача в адсорбенті, рівноважних при даній температурі з його концентраціями в газовій фазі, виражають у вигляді ізотерми сорбції. По відомій ізотермі сорбції визначають кількість забруднювача, яка може поглинути адсорбент при даній температурі, якщо процес триватиме до рівноважного стану. Форма функціональної залежності Ceq=f(C) повинна бути пристосована для практичних розрахунків.
Константи, що входять в рівняння ізотерм сорбції, можуть бути знайдені тільки експериментально. Поки що їх значення надійно визначені лише для деяких видів сорбентів і забруднювачів. Тому доводиться вважати процеси адсорбції будь-яких речовин на однакових сорбентах подібними. На цій підставі ізотерму сорбції даного забруднювача розраховують по емпіричному рівнянню або графіку для якої-небудь із добре досліджених сполук, вважаючи її стандартним, з введенням поправки, яку називають коефіцієнтом афінності і знаходять із співвідношення:
,
де νn, νn.ст − молярні об’єми даної і стандартної речовин, м3/кмоль.
Коефіцієнти афінності деяких речовин по відношенню до бензолу приведені в табл. 8.2.
Таблиця 8.2
Коефіцієнти афінності
Речовина |
Формула |
z |
Метанол |
СН3ОН |
0,4 |
Метилбромід |
СН3Вг |
0,57 |
Етилбромід |
С2Н5Вг |
0,61 |
Етанол |
С2Н5ОН |
0,61 |
Мурашина кислота |
НСООН |
0,61 |
Сульфід вуглецю |
CS2 |
0,7 |
Етилхлорид |
C2H5Cl |
0,76 |
Пропан |
C3H8 |
0,78 |
Хлороформ |
СНСl3 |
0,86 |
Ацетон |
(CH3)2CO |
0,88 |
Бутан |
С4Н10 |
0,9 |
Оцтова кислота |
СН3СООН |
0,97 |
Бензол |
С6Н6 |
1,0 |
Циклогексан |
6Н12 |
1,03 |
Тетрахлорид вуглецю |
CCl4 |
1,05 |
Диетиловий ефір |
(C2H5)2OCO |
1,09 |
Пентан |
C5H12 |
1,12 |
Толуол |
С7Н8 |
1,25 |
Хлорпікрін |
CCl3NO2 |
1,28 |
Гексан |
С6Н14 |
1,35 |
Гептан |
C7H16 |
1,59 |
Молярні об’єми забруднювача і стандартної речовини в рідкому стані при 273К обчислюються за формулами:
;
,
де mп і mп.ст − молярні маси забруднювача і стандартної речовини, кг/моль;
ρк, ρст − густина забруднювача і стандартної речовини при 273К в рідкому стані, кг/м3.
Серйозним відхиленням від реальних характеристик адсорбції є також припущення про ізотермічність процесу. Адсорбція може бути ізотермічною тільки при відповідній організації тепловідводу із зони конденсації. У інших випадках тепло, що виділяється при конденсації адсорбата і змочуванні поверхні адсорбенту, піде на нагрів оброблюваного газу, частинок адсорбенту. Проте з метою спрощення розрахунків вважають адсорбцію ізотермічним процесом, температуру якого Тср(К) знаходять як середню арифметичну між температурами оброблюваного газу на вході і виході адсорбера.
2. Вибирають тип адсорбера і його конструктивні параметри. Приймають фіктивну швидкість оброблюваних газів в адсорбері w=0,3...0,5 м/с, по заданій витраті газів підраховують діаметр апарату і підбирають найближчий типорозмір адсорбера вибраної конструкції. По конструктивних характеристиках апарату підбирають прийнятну висоту шару адсорбенту.
3. Визначають коефіцієнт масопередачі. При адсорбції на активованому вугіллі коефіцієнт масовіддачі в газовій фазі рекомендується знаходити з рівняння:
;
,
де ε − порозность шару адсорбенту;
ρн − насипна густина шару, кг/м3;
ρч − густина частинок адсорбенту, кг/м3.
Числа Рейнольдса і Прандтля підраховують за співвідношеннями:
;
,
де dч.г − еквівалентний діаметр частинок адсорбенту, м;
Dг − коефіцієнт дифузії пари забруднювача, м2/с.
Значення dч.г для активованого вугілля можна прийняти рівним 2∙10-3 м.
Коефіцієнт масовіддачі від газу до поверхні адсорбенту (коефіцієнт зовнішньої масовіддачі) βг знаходять по величині Nu:
.
Коефіцієнт масовіддачі всередині пор адсорбенту:
,
де Dа − коефіцієнт дифузії в порах адсорбенту, м/с, який може бути надійно визначений тільки на основі дослідних даних.
Якщо відомі розміри пор адсорбенту, то для оцінки величини Dа можна скористатися рівнянням:
,
де εч − пористість частинок адсорбенту (частка об’єму пор від об’єму частинки);
dп − середній діаметр пор сорбенту, м;
R − універсальна газова стала, Дж/(кмоль К);
тп − молекулярна маса забруднювача, кг/кмоль.
Для активованого вугілля середній діаметр пор можна прийняти орієнтовно в межах 6∙10-9 м.
Пористість частинок знаходять із співвідношення:
,
де ρз − густина зерна адсорбенту, кг/м3;
ρа − густина матеріалу адсорбенту, кг/м3.
Коефіцієнт масопередачі:
.
Відхилення від режиму ідеального витіснення через повздовжнє перемішування може бути враховане введенням додаткового дифузійного опору, для чого визначається коефіцієнт повздовжнього перемішування С:
.
Коефіцієнт масопередачі (м/с) з поправкою на повздовжнє перемішування знаходять із співвідношення:
.
Об’ємний коефіцієнт масопередачі (с-1):
.
Якщо надійних відомостей про характеристики пористості адсорбенту немає, то при адсорбції на активованому вугіллі з розмірами частинок 1,7...2,2 мм і фіктивній швидкості потоку w=0,3...2 м/с:
4. Визначають тривалість адсорбції. Для шару адсорбенту висотою h підраховують число одиниць перенесення:
.
Із виразу для безрозмірного часу процесу Т:
знаходять час процесу τ (с):
,
де Ср − рівноважна концентрація забруднювача в адсорбенті, що відповідає його початковій концентрації в газових викидах.
Вихідну криву адсорбції розраховують за допомогою рівняння Томаса:
,
де J(α,γ) − функція двох змінних α і γ, які тут відповідно рівні Nг∙T і Nг. Значення J(α,γ) наведені в табл. 8.3 і 8.4.
Результати розрахунків вихідної кривої зручно представити графічно у вигляді залежності безрозмірних концентрацій С/Ср від безрозмірного часу процесу Т (рис. 8.18). За цим графіком для заданої вихідної (кінцевої) концентрації і співвідношення С/Ср неважко відшукати відповідний безрозмірний розрахунковий час Т, а за рівнянням − розрахункову тривалість стадії адсорбції τ.
Рис. 8.18. Залежність безрозмірних концентрацій С/Ср від безрозмірного часу процесу Т
5. За розрахунковою тривалістю процесу знаходять кількість тепла, що виділяється при адсорбції забруднювача, і оцінюють величину перепаду температур відхідних газів на вході і виході адсорбера. Якщо отриманий перепад температур значно відрізняється від заздалегідь прийнятого (орієнтовно в 1,5...2 рази і більше), то перераховують характеристики процесу.
Таблиця 8.3
Значення функції J(α, γ/α)
α |
γ/α |
|||||||||||
0,1 |
0,15 |
0,25 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,75 |
0,8 |
0,85 |
0,88 |
0,9 |
|
0,01 |
0,9901 |
0,9901 |
0,9901 |
0,9901 |
0,9901 |
0,9901 |
0,9901 |
0,9901 |
0,9901 |
0,9901 |
0,9901 |
0,9901 |
0,02 |
0,9802 |
0,9802 |
0,9803 |
0,9804 |
0,9804 |
0,9804 |
0,9804 |
0,9805 |
0,9805 |
0,9805 |
0,9805 |
0,9805 |
0,05 |
0,9515 |
0,9516 |
0,9518 |
0,9532 |
0,9524 |
0,9526 |
0,9529 |
0,9530 |
0,9531 |
0,9532 |
0,9532 |
0,9533 |
0,10 |
0,9057 |
0,9062 |
0,9071 |
0,9084 |
0,9093 |
0,9101 |
0,9108 |
0,9114 |
0,9119 |
0,9124 |
0,9126 |
0,9128 |
0,20 |
0,8220 |
0,8238 |
0,8267 |
0,8314 |
0,8374 |
0,8314 |
0,8395 |
0,8417 |
0,8460 |
0,8445 |
0,8454 |
0,8460 |
0,50 |
0,6214 |
0,6291 |
0,6427 |
0,6628 |
0,6756 |
0,6880 |
0,7248 |
0,7056 |
0,7092 |
0,7152 |
0,7189 |
0,7248 |
1,0 |
0,4038 |
0,4167 |
0,4543 |
0,5010 |
0,5301 |
0,5578 |
0,5758 |
0,5965 |
0,6090 |
0,6139 |
0,6233 |
0,6318 |
1,5 |
0,2724 |
0,2952 |
0,3425 |
0,4078 |
0,4487 |
0,4874 |
0,5159 |
0,5858 |
0,5581 |
0,5688 |
0,5792 |
0,5858 |
2 |
0,1957 |
0,2162 |
0,2690 |
0,3456 |
0,3943 |
0,4409 |
0,4731 |
0,5064 |
0,5259 |
0,5417 |
0,5528 |
0,5602 |
3 |
0,0992 |
0,1235 |
0,1778 |
0,2633 |
0,3209 |
0,3777 |
0,4175 |
0,4597 |
0,4842 |
0,5066 |
0,5184 |
0,5297 |
4 |
0,0528 |
0,0745 |
0,1234 |
0,2085 |
0,2700 |
0,3331 |
0,3827 |
0,5129 |
0,4571 |
0,4864 |
0,4996 |
0,5129 |
5 |
0,0309 |
0,0463 |
0,0878 |
0,1686 |
0,2313 |
0,2982 |
0,4998 |
0,4011 |
0,4333 |
0,4682 |
0,4998 |
0,4998 |
6 |
0,0198 |
0,0298 |
0,0635 |
0,1380 |
0,063 |
0,2695 |
0,3257 |
0,3796 |
0,4169 |
0,4536 |
0,4720 |
0,4891 |
8 |
0,0077 |
0,0152 |
0,0341 |
0,0948 |
0,1535 |
0,2242 |
0,45260 |
0,3446 |
0,3886 |
0,4699 |
0,4526 |
0,4699 |
10 |
0,0025 |
0,0089 |
0,0188 |
0,0665 |
0,1198 |
0,4547 |
0,4547 |
0,3163 |
0,3638 |
0,4090 |
0,4348 |
0,4547 |
15 |
0,0006 |
0,0013 |
0,0045 |
0,0288 |
0,0674 |
0,1292 |
0,3711 |
0,2627 |
0,3125 |
0,3711 |
0,4032 |
0,4259 |
20 |
|
0,0006 |
0,0011 |
0,0130 |
0,0393 |
0,0909 |
0,1652 |
0,4040 |
0,2792 |
0,3448 |
0,3798 |
0,4040 |
30 |
|
|
0,0002 |
0,0028 |
0,0142 |
0,0472 |
0,1161 |
0,1619 |
0,2268 |
0,2997 |
0,3414 |
0,3703 |
40 |
|
|
|
0,0006 |
0,0053 |
0,0254 |
0,3138 |
0,1258 |
0,1881 |
0,2644 |
0,3138 |
0,3440 |
50 |
|
|
|
0,0002 |
0,0021 |
0,0140 |
0,0572 |
0,0961 |
0,1580 |
0,2379 |
0,2879 |
0,3221 |
60 |
|
|
|
0,0000 |
0,0008 |
0,0078 |
0,0410 |
0,0754 |
0,1339 |
0,2159 |
0,2685 |
0,3032 |
80 |
|
|
|
|
0,0001 |
0,0025 |
0,0215 |
0,0473 |
0,0979 |
0,1808 |
0,2348 |
0,2714 |
100 |
|
|
|
|
0,0000 |
0,0008 |
0,0116 |
0,0299 |
0,0727 |
0,1528 |
0,2453 |
0,2453 |
150 |
|
|
|
|
|
|
0,0026 |
0,0110 |
0,0361 |
0,0931 |
0,1478 |
0,1951 |
200 |
|
|
|
|
|
|
0,0006 |
0,0040 |
0,0185 |
0,0624 |
0,1109 |
0,1585 |
300 |
|
|
|
|
|
|
|
0,0006 |
0,0052 |
0,0293 |
0,0694 |
0.1082 |
400 |
|
|
|
|
|
|
|
0,0001 |
0,0015 |
0,0143 |
0,0442 |
0,0759 |
500 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0,0008 |
0,0078 |
0,0261 |
0,0541 |
600 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,0046 |
0,0166 |
0,0390 |
800 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,0025 |
0,0069 |
0,0207 |
1000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,0012 |
0,0029 |
0,0112 |
Таблиця 8.4
Значення функції J(α, γ/α)
α |
γ/α |
|||||||||||||
0,92 |
0,94 |
0,95 |
0,96 |
0,98 |
1,0 |
1,02 |
1,04 |
1,05 |
1,06 |
1,08 |
1,10 |
1,12 |
1,15 |
|
0,01 |
0,9901 |
0,9901 |
0,9901 |
0,9901 |
0,9901 |
0,9901 |
0,9901 |
0,9901 |
0,9901 |
0,9901 |
0,9901 |
0,9901 |
0,9901 |
0,9902 |
0,02 |
0,9805 |
0,9805 |
0,9806 |
0,9806 |
0,9806 |
0,9806 |
0,9806 |
0,9806 |
0,9806 |
0,9806 |
0,9806 |
0,9806 |
0,9806 |
0,9807 |
0,05 |
0,9533 |
0,9533 |
0,9534 |
0,9535 |
0,9535 |
0,9536 |
0,9536 |
0,9537 |
0,9537 |
0,9537 |
0,9538 |
0,9538 |
0,9538 |
0,9539 |
0,10 |
0,9129 |
0,9130 |
0,9131 |
0,9132 |
0,9134 |
0,9135 |
0,9137 |
0,9138 |
0,9138 |
0,9145 |
0,9142 |
0,9143 |
0,9145 |
0,9147 |
0,20 |
0,8465 |
0,8470 |
0,8473 |
0,8476 |
0,8481 |
0,8487 |
0,8492 |
0,8498 |
0,8501 |
0,8503 |
0,8508 |
0,8513 |
0,8516 |
0,8527 |
0,50 |
0,7264 |
0,7279 |
0,7288 |
0,7296 |
0,7312 |
0,7329 |
0,7368 |
0,7389 |
0,7408 |
0,7412 |
0,7421 |
0,7429 |
0,7442 |
0,7461 |
1,0 |
0,6358 |
0,6415 |
0,6456 |
0,6492 |
0,6519 |
0,6543 |
0,6611 |
0,6664 |
0,6702 |
0,6738 |
0,6768 |
0,6789 |
0,6828 |
0,6857 |
1,5 |
0,5920 |
0,5986 |
0,6044 |
0,6096 |
0,6140 |
0,6215 |
0,6314 |
0,6388 |
0,6431 |
0,6460 |
0,6493 |
0,6522 |
0,6598 |
0,6657 |
2 |
0,5669 |
0,5749 |
0,5810 |
0,5876 |
0,5932 |
0,6035 |
0,6145 |
0,6220 |
0,6227 |
0,6308 |
0,6349 |
0,6384 |
0,6491 |
0,6578 |
3 |
0,5396 |
0,5458 |
0,5535 |
0,5601 |
0,5681 |
0,5833 |
0,5966 |
0,6039 |
0,6098 |
0,6162 |
0,6205 |
0,6258 |
0,6410 |
0,6546 |
4 |
0,5132 |
0,5311 |
0,5373 |
0,5446 |
0,5558 |
0,5717 |
0,5861 |
0,5948 |
0,6018 |
0,6084 |
0,6138 |
0,6238 |
0,6394 |
0,6542 |
5 |
0,5068 |
0,5178 |
0,5254 |
0,5356 |
0,5464 |
0,5639 |
0,5798 |
0,5901 |
0,5978 |
0,6045 |
0,6115 |
0,6235 |
0,6392 |
0,6559 |
6 |
0,4970 |
0,5074 |
0,5163 |
0,5249 |
0,5382 |
0,5582 |
0,5775 |
0,5870 |
0,5956 |
0,6024 |
0,6110 |
0,6232 |
0,6402 |
0,6597 |
8 |
0,4803 |
0,4918 |
0,5020 |
0,5138 |
0,5207 |
0,5503 |
0,5719 |
0,5839 |
0,5924 |
0,6011 |
0,6119 |
0,6259 |
0,6437 |
0,6657 |
10 |
0,4651 |
0,4782 |
0,4921 |
0,5032 |
0,5205 |
0,5449 |
0,5684 |
0,5822 |
0,5904 |
0,6002 |
0,6139 |
0,6298 |
0,6478 |
0,6721 |
15 |
0,4383 |
0,4568 |
0,4719 |
0,4865 |
0,5058 |
0,5366 |
0,5618 |
0,5801 |
0,5902 |
0,6038 |
0,6202 |
0,6402 |
0,6202 |
0,6882 |
20 |
0,4206 |
0,4401 |
0,4685 |
0,4738 |
0,4971 |
0,5316 |
0,5601 |
0,5808 |
0,5910 |
0,6064 |
0,6265 |
0,6518 |
0,6716 |
0,7034 |
30 |
0,3916 |
0,4176 |
0,4398 |
0,4558 |
0,4819 |
0,5258 |
0,5598 |
0,5849 |
0,5985 |
0,6168 |
0,6428 |
0,6705 |
0,6922 |
0,7309 |
40 |
0,3708 |
0,4019 |
0,4259 |
0,4429 |
0,4737 |
0,5223 |
0,5580 |
0,5919 |
0,6058 |
0,655 |
0,7588 |
0,6884 |
0,7158 |
0,7588 |
50 |
0,3531 |
0,3879 |
0,4156 |
0,4338 |
0,4672 |
0,5200 |
0,5599 |
0,5975 |
0,6142 |
0,6341 |
0,6689 |
0,7044 |
0,7258 |
0,7812 |
60 |
0,3379 |
0,3778 |
0,4068 |
0,4263 |
0,4620 |
0,5182 |
0,5603 |
0,6034 |
0,6233 |
0,6432 |
0,6819 |
0,7188 |
0,7538 |
0,7996 |
80 |
0,3087 |
0,3576 |
0,3811 |
0,4132 |
0,4528 |
0,5158 |
0,5642 |
0,6128 |
0,6369 |
0,6610 |
0,7041 |
0,7441 |
0,7827 |
0,8298 |
100 |
0,2820 |
0,3362 |
0,3728 |
0,4026 |
0,4447 |
0,5141 |
0,5682 |
0,6242 |
0,6488 |
0,6768 |
0,7239 |
0,7657 |
0,8112 |
0,8572 |
150 |
0,2376 |
0,2980 |
0,3412 |
0,3774 |
0,4302 |
0,5115 |
0,5765 |
0,6448 |
0,6759 |
0,7076 |
0,7622 |
0880,8 |
0,8552 |
0,9000 |
200 |
0,2017 |
0,2691 |
0,3152 |
0,3542 |
0,4219 |
0,5100 |
0,5848 |
0,6629 |
0,6980 |
0,7312 |
0,7926 |
0,8415 |
0,8868 |
0,9295 |
300 |
0,1558 |
0,2276 |
0,2744 |
0,3192 |
0,4079 |
0,5081 |
0,6033 |
0,6958 |
0,7340 |
0,7739 |
0,8392 |
0,8879 |
0,9308 |
0,9635 |
400 |
0,1229 |
0,1971 |
0,2425 |
0,2896 |
0,3937 |
0,5071 |
0,6145 |
0,7205 |
0,7630 |
0,8026 |
0,8688 |
0,9189 |
0,9532 |
0,9806 |
500 |
0,1011 |
0,1717 |
0,2156 |
0,2667 |
0,3814 |
0,5063 |
0,6295 |
0,7395 |
0,7857 |
0,8291 |
0,8955 |
0,9405 |
0,9685 |
0,9896 |
600 |
0,0808 |
0,1490 |
0,1939 |
0,2466 |
0,3693 |
0,5058 |
0,6402 |
0,7581 |
0,8068 |
0,8504 |
0,9151 |
0,9939 |
0,9790 |
0,9939 |
800 |
0,0526 |
0,1139 |
0,1618 |
0,2132 |
0,3485 |
0,5050 |
0,6593 |
0,7895 |
0,8411 |
0,8839 |
0,9431 |
0,9753 |
0,9905 |
0,9981 |
1000 |
0,0348 |
0,0883 |
0,1371 |
0,1861 |
0,3306 |
0,5045 |
0,6758 |
0,8151 |
0,8646 |
0,9088 |
0,9613 |
0,9993 |
0,9956 |
0,9993 |
6. За рівнянням Томаса, записаному для безрозмірної концентрації поглиненого адсорбентом забруднювача у вигляді:
,
будують профіль концентрацій в адсорбенті (рис. 8.19).
При користуванні таблицями 8.3 і 8.4 необхідно враховувати, що тут α=NгТ, а γ/α=Nг/(NгT)=T1. Відстані х (м) від початкового шару адсорбенту до точки з концентрацією Ср представляють у вигляді функції від безрозмірного часу Т:
.
Рис. 8.19. Профіль концентрацій в адсорбенті
7. Виконують перевірку збіжності знайдених параметрів, складаючи матеріальний баланс. Для цього обчислюють кількість забруднювача, що поступив в адсорбер, і порівнюють його з кількістю забруднювача поглиненого адсорбентом, що залишився в газовій фазі шару адсорбенту і вийшов з апарату відповідно до заданого проскакування. Кількість забруднювача, що надходить в адсорбер (кг):
.
Кількість забруднювача (кг), поглиненого адсорбентом:
,
де f − площа поперечного перерізу адсорбера, м2.
Кількість забруднювача (кг) в газовій фазі шару адсорбенту:
.
Кількість забруднювача (кг), викинутого в атмосферу:
де τ0 − час з початку процесу до виходу забруднювача із адсорбера, с;
τа − час адсорбції, с.
Інтеграли у вище наведених рівняннях знаходять графічним методом як площі відповідно під профілем концентрації (рис. 8.19) і під вихідною кривою (рис. 8.18).
Складають матеріальний баланс забруднювача:
.
При значній неув’язці лівої і правої частин розрахунки повторюють, варіюючи тривалістю адсорбції або висотою шару адсорбенту.
8. Визначають тривалість допоміжних стадій процесу обробки газів. При компонуванні схеми адсорбції з 4-х апаратів тривалість кожній з допоміжних стадій − десорбції, сушки і охолоджування адсорбенту, приймають однаковими з розрахунковою тривалістю адсорбції.
При компонуванні з 2-х або 3-х апаратів можна відводити на стадію десорбції не менше 0,5...1 год, а час, що залишився, ділити порівну на стадії сушки і охолоджування.