Сорбционные процессы

Расчеты к подразделу 1.4.2 
Р.5. Теплоемкость двухатомных газов при атмосферном давлении 
составляет h = 1,25 кДж/м
3
.К; теплоемкость адсорбента равна H = 0,96 
кДж/кг.К. Определить минимальное количество воздуха с температурой 20 
°С, которое необходимо пропустить через слой объемом 15 м
3
, имеющим
начальную температуру 200 °С, чтобы охладить слой, и самую высокую
температуру слоя после такого охлаждения. 
1.Изменим размерность H: 
Н = 0,96.ρ
а
= 0,96.600 = 580 кДж/м
3
.К, где ρ
а
= 600 кг/м
3
– насыпная 
плотность
адсорбента. 
2.Определим 
предельную 
возможность, 
которая 
является 
минимальной; она равна: 
ПВ
t
= (Н + h)/h = (580 +1,25)/1,25 = 460 м
3
/м
3
3.Для охлаждения 15 м
3
слоя потребуется воздуха не менее 15.460 = 
6900 м
3 
. 
4.Самая высокая температура слоя будет находиться в сечении, 
противоположном сечению ввода охлаждающего воздуха. При пропускании 
того количества, которое было определено выше, в этом сечении будет 
находиться центр тяжести тепловой волны, для которого у = 0,5. По 
определению имеем: 
у = (Т – Т
0
)/(Т
n
– Т
0 
) = 0,5
0,5 = (Т – 20)/(200 – 20); 
Т = 110 °С.
Р.6. В слой некоторого сорбента, объем которого составляет 15 м
3
, 
ввели поток. В нем находится нежелательный компонент, адсорбция 
которого на данном адсорбенте характеризуется коэффициентом Генри Г = 
(Х*
о
+ С
0
)/С
0
= 1000 м
3
/м
3 
. Определить предельную возможность слоя в 
удалении нежелательной примеси и максимальное количество очищенного 
потока. 
1.Для 1 м
3
имеем: ПВ
с
= Г = 1000 м
3
/м
3 
.

---

39 
2.Для 15 м
3
имеем: 15.1000 = 15000 м
3
– таково максимально 
возможное количество очищенного потока.
Р.7. В условиях примера Р.6 определить практическое количество 
очищенного потока, если остаточное содержание нежелательного 
компонента в очищенном потоке не должно превышать 0,05 С
0
. 
Коэффициент массопередачи принять равным β
0
= 1,09 1/с, скорость потока 
0,2 м/с, сечение 4 м
2
. Начальным содержанием адсорбата в адсорбенте 
пренебречь. 
Подстановкой в правую и левую части уравнения (1.19) произведения 
(SW)
1/2
придадим ему следующую форму: 
Q
1/2
= (VΓ)
1/2
– Ф(y).(WSГ/β)
1/2
1.По условию задачи у = 0,05. Найдем Ф(у) по таблице, приведенной в 
пособии Е.Н.Серпионова. Промышленная адсорбция газов и паров. М., 
«Высшая школа», 1969, стр.87. При указанном значении у имеем: Ф(у) = 
1,19. 
2.Подставим условия задачи в модифицированное уравнение: 
Q
1/2
= (15.1000)
1/2
– 1,19. (0,2.4.1000/1.09)
1/2
= 95,38 м
3/2
, или Q = 9100 
м
3
. Практическое количество очищенного потока примерно на 40 % ниже 
максимально возможного, определенного в предыдущем расчете. 
Обратим внимание на то, что расчет практического количества 
очищенного потока потребовал задания ряда конструктивных параметров, 
тогда как расчет максимального базировался только на свойствах системы. 
Таким образом, эти два расчета относятся к разным этапам проектирования: 
расчет максимального к более раннему этапу, а расчет практического к
более позднему.
Р.8. Слой нагретого адсорбента охлаждают потоком, скорость которого 
составляет 0,2 м/с. Поток содержит нежелательную примесь, которая не 
адсорбируется нагретым адсорбентом, но поглощается в слое после 
охлаждения. Теплоемкости потока и адсорбента приведены в примере Р.5. 
Будет ли одновременно с охлаждением идти процесс адсорбции, если Г = 
1000? Если Г= 100? 
1.Найдем скорость движения концентрационного фронта при Г =1000. 
U
с
= W/Г =0,2/1000 = 0,0002 м/с 
2.Найдем скорость движения теплового фронта: 
U
е 
= Wh/(Н + h) = 0,2.1,25/(580 + 1,25) = 0,00043 м/с. 
Скорость движения теплового фронта примерно в два раза больше, чем 
концентрационного. Поэтому в слое образуется некоторая зона, в которой 
адсорбент уже охлажден, но еще не насыщен примесью. Охлаждение будет 
сопровождаться очисткой, хотя, возможно, и неэффективной. 
3.При Г = 100 скорость движения концентрационного фронта составит: 
U
с
= 0,002 м/с. Скорость движения теплового фронта приведена в п.2. Она 
примерно в 5 раз выше скорости движения концентрационного фронта. В 

---

40 
слое отсутствуют условия для образования холодной зоны ненасыщенного 
адсорбента. В этих условиях охлаждение не сопровождается очисткой. 
1.4.3. Динамика изотермической адсорбции при произвольной изотерме 
адсорбции