Кимёвий технология асосий жараён ва курилмалари

5.33. Adsorbstiya statikasi va kinetikasi

Adsorbstiya jarayoni boshqa qattiq fazali sistemalarda massa almashinish jarayonidan (mexanizmi) farq qilmaydi.

Umumiy holatda adsorbentda yutilayotgan moddaning diffuziya jarayoni (5.24) kriterial tenglamasi yordamida ifodalanadi:

Qo’zg`almas adsorbent qatlamiga yutilayotgan moddaning boshlang`ich konstentrastiyasi u bo’lgan oqim uzluksiz ravishda uzatilish holatini ko’rib chiqamiz.

Adsorbent qatlami orqali oqim aralashmasdan, ideal siqib chiqarish rejimida harakatlanmoqda deb faraz qilamiz.
Ma’lum vaqt o’tgandan so’ng, adsorbent qatlamining boshlang`ich qismi tezda to’yinadi va adsorbtivni adsorbstiya qilishi to’xtaydi. Natijada, yutilayotgan modda konstentrastiyasi o’zgarmas qatlamning boshlang`ich qismidan o’tib ketadi va adsorbstiya zonasi yuqoriga qarab ko’tarilib boradi. Adsorbent qatlami balandligi bo’yicha adsorbtivning tarqalishi ravon va adsorbstiya ko’lami hosil bo’ladi (5.75-rasm). Ushbu rasmda ₁, ₂, ₃_n vaqtlarda adsorbent qatlami balandligi h bo’yicha adsorbtiv nisbiy konstentrastiyasining taqsimlanish egri chiziqlari keltirilgan. Shuni ta’kidlash kerakki ₁₂₃_n bu erda _n-jarayon boshlanishidan o’tgan vaqt.
Jarayon davomida biror vaqt o’tishi bilan adsorbstiya ko’lami o’zgarmaydi. Adsorbstiya jarayonida adsorbtiv qatlamining to’yinish paytigacha ishlash vaqti, adsorbstiya ko’lamining tashkil etish davri deb nomlanadi. Adsorbentning butun qatlami bo’yicha adsorbstiya zonasi vaqt o’tishi bilan qatlamda adsorbtiv konstentrastiyasi ravon o’zgaradi. Natijada, adsorbstiya ko’lami qandaydir o’zgarmas tezlik bilan siljiydi. Adsorbtivning "o’tib ketishiga" to’g`ri keladigan vaqtdan boshlab adsorbent qatlamining adsorbstion yoki himoyalovchi ta’siri tamom bo’ladi.
Adsorbent qatlamidan adsorbtivning "o’tib ketish" vaqtiga mos keladigan o’rtacha konstentrastiyasi qatlamning dinamik faolligi deb ataladi.
Adsorbstiya jarayoni boshlanishidan muvozanat holatigacha adsorbent massasi birligida yutilgan modda miqdori adsorbentning statik faolligi deyiladi. Ma’lumki, dinamik faollik har doim statik faollikdan kichik bo’ladi. Demak, adsorbentning sarfi uning dinamik faolligiga qarab tanlanadi. Adsorbent qatlami ishlatilishining frontal (qatlamli) modeli prof. Shilov I.A. tomonidan yaratilgan.



Yutilayotgan modda konstentrastiyasi boshlang`ichdan "o’tib ketish" konstentrastiyasigacha o’zgarayotgan adsorbent qatlamining h<sub>o</sub> qismi ishchi qatlam deyiladi. Ushbu jarayonga to’g`ri keladigan vaqt - himoya qilish vaqti deyiladi.
Prof. Shilov I.A. tomonidan o’zgarmas tezlik u da adsorbstiya ko’lamining siljishini ifodalash uchun tegishli formulasi keltirib chiqarilgan. Adsorbstiya yoki himoyalovchi ta’sir vaqtini ushbu tenglamadan topish mumkin:
(5.169)

bu erda k=1/u - qatlamni himoyalovchi ta’sir koeffistienti; _o - qatlamni himoyalovchi ta’sir vaqtining yo’qotilishi.

(5.169) tenglamadagi kattaliklar tajribaviy yo’l bilan aniqlanadi va ularning grafik tasviri 5.76-rasmda ko’rsatilgan. Egri chiziq to’g`ri qismining qiyalik burchak tangensi (tg=k) qatlamning himoyalovchi ta’siri koeffistientiga teng. Ordinata o’qi davomi bilan egri chiziqning to’g`ri qismining kesishgan joyidagi kesma esa, himoyalovchi ta’sir vaqti yo’qotilishi ₀ ga tegishli.

Adsorbstiya ko’lamining siljish tezligini hisoblash uchun quyidagi tenglama tavsiya etiladi:
(5.170)

bu erda w₀ = w - oqimning soxta tezligi (w- adsorbent zarrachalari orasidagi kanallarda oqimning tezligi;  - adsorbent qatlamining g`ovakliligi); x_m - oqimdagi adsorbtivning hajmiy konstentrastiyasi u_n bilan muvozanatdagi adsorbent qatlamidagi adsorbtiv konstentrastiyasi.

Adsorbent qatlami balandligi h₀ massa o’tkazishning asosiy tenglamasidan aniqlanadi:

(5.171)

bu erda m_y=0,9 u_b/u_ur - gaz yoki suyuqlik faza o’tkazish birligining umumiy soni; K_uv - massa o’tkazish koeffistientining hajmiy koeffistienti.

Massa o’tkazishning hajmiy koeffistienti ushbu formuladan aniqlanadi:

(5.172)

bu erda _uv va _xv - suyuq va qattiq fazalarda hajmiy massa berish koeffistientlari; m - muvozanat chizig`i qiyalik burchagining o’rtacha tangensi.

Adsorbstiya jarayonining tezligi adsorstiya izotermalari shakli, adsorbent va qatlami tabiati va geometrik xarakteristikalari, adsorbtiv konstentrastiyasi, suyuqlik fazasi tezligi, hamda massa berishning tashqi tezligi (gaz yoki suyuqlik fazasidagi massa berish koeffistienti) yoki ichki massa o’tkazish qarshiligining tezligi bilan belgilanadi.

Adsorbstiya jarayonida ichki va tashqi fazaviy tezliklar Bio (Bi) kriteriysi bilan ifodalanadi. Agar, Bi30 bo’lsa, jarayon tezligi adsorbent zarrachalarining ichidagi massa o’tkazuvchanlik tezligi bilan belgilanadi. Bi0,1 bo’lganda esa, jarayonning tezligi gaz yoki suyuqlik fazalaridagi tashqi diffuziyaning tezligi bilan aniqlanadi. Lekin, adsorbstiya jarayonining tezligiga bu ikkala fazaviy diffuziya tezliklari har birini ta’sirini miqdoriy jihatdan alohida aniqlash qiyin.
Donador adsorbent qatlamining massa berish koeffistientini aniqlash uchun quyidagi formulalardan foydalanish mumkin:
laminar rejimda (Re<30):
(5.173)
turbulent rejimda esa (Re=30...150):


(5.174)
(5.173) va (5.174) tenglamalardagi Nu_D va Re kriteriylarida aniqlovchi geometrik o’lcham sifatida ekvivalent diametr d_e hisoblanadi. Nu_D=_uvd_e/D - Nusselt diffuzion kriteriysi; Re=w₀d_e/v - Reynolds kriteriysi; Pr_D=v/D - Prandtl diffuzion kriteriysi; D – gaz yoki suyuqlik fazadagi diffuziya koeffistienti; w₀ - oqimning sohta tezligi; v - oqimning kinematik qovushoqligi.