Адсорбция примесей из газов

Рис. 4.30 . Графическое определение общего числа единиц переноса
Число единиц переноса определяют из выражения

где Mi - масштаб по оси 1 / (у - у*); М2 - масштаб по оси у.
Для определения у*, необходимых для построения описанного выше графика, нужно построить рабочую линию процесса адсорбции и изотерму адсорбции (рис. 4.31).

Рис. 4.31. Графическое изображение изотермы адсорбции и рабочей линии
Изотерму адсорбции строят на основании экспериментальных или справочных данных. Если изотерма адсорбции неизвестна, ее можно построить но изотерме адсорбции стандартного вещества. В качестве стандартного вещества обычно принимают бензол. Величину адсорбции для исследуемого вещества пересчитывают по формуле

где х* - ордината изотермы стандартного вещества (обычно бензола), кг/кг; х*₂ - ордината определяемой изотермы, кг/кг; Uj,u₂ - мольные объемы стандартного и исследуемого вещества в жидком состоянии, м³/кмоль; р_а = и₂ / ц - коэффициент аффинности исследуемого вещества.
Мольные объемы веществ можно определить по выражению:

где M_t - молярная масса вещества в жидком состоянии, кг/кмоль; р_ж/ - плотность вещества в жидком состоянии, кг/м³.
Высоту единицы переноса h_n определяют по формуле:

где G_r - массовый расход парогазовой смеси, кг/с; S_cn - сечение слоя адсорбента, м²; р_г - объемный коэффициент массоотдачи в газовой смеси, 1/с; р_г - плотность парогазовой смеси, кг/м³.
Объемный коэффициент массопередачи К_г по газовой фазе определяется по уравнению
где (З_т - объемный коэффициент массоотдачи в твердой фазе, 1/с; т = у_н / х*_к - коэффициент распределения (средний тангенс угла наклона линии равновесия к оси абсцисс);
Величина т = у_н/ х*_к обычно мала, поэтому

На этом основании в уравнении (4.36) вместо коэффициента массопередачи приведен коэффициент массоотдачи р_г.
Коэффициент массоотдачи определяют из выражения диффузионного критерия Нуссельта Nu:

Критерий Нуссельта определяют в зависимости от численных значений модифицированного критерия Рейнольдса Re и диффузионного критерия Прандтля Рг:

где w_T - скорость парогазовой смеси, отнесенная к свободному сечению слоя адсорбента, м/с; с1_э - эквивалентный диаметр зерна адсорбента, м; р_г,р_г - плотность, кг/м³, и динамическая вязкость, Па с, газа соответственно; ?_н - порозность неподвижного слоя адсорбента; D_r - коэффициент молекулярной диффузии в газовой фазе, м²/с.
Объем слоя адсорбента У_ад определяют по формуле

Продолжительность т (с) процесса адсорбции определяют в зависимости от вида изотермы адсорбции (рис. 4.23) и (рис. 4.31).
1) Если изотерма адсорбции выражена линейной зависимостью (точка у_н находится в первой области изотермы адсорбции), то изотерма адсорбции приближенно отвечает закону Генри:
где у_н - начальная концентрация адсорбируемого вещества в парогазовом потоке, кг/м³; х* - равновесное количество адсорбированного вещества, кг/кг (принимается по изотерме адсорбции и умножается на насыпную плотность адсорбента); Н - высота слоя адсорбента, м; b - коэффициент, определяется по справочным данным.
2) Если зависимость между концентрацией газа и количеством поглощенного вещества является криволинейной (вторая область изотермы адсорбции):
Здесь у* - содержание вещества в газовом потоке, равновесное с количеством, равном половине вещества, максимально поглощаемого адсорбентом при данной температуре, т. е ^ПР^И *1х^/2>^кг/м3-
3) Если количество вещества, поглощаемого адсорбентом, достигает предела и остается постоянным (третья область изотермы адсорбции):