Сорбционные процессы

Расчет к разделу 2.3
Р.20. Речь пойдет о промышленном предприятии, осуществляющем 
ликвидацию отравляющего вещества (ОВ). Это очень опасное производство, 
аппараты в котором тщательно герметизированы, а само помещение 
оборудовано приточно-вытяжной вентиляцией. Совокупность мер защиты в 
нормальном режиме работы цеха обеспечивает в помещении концентрацию 
ОВ 1,39.10
-6
мг/л, что несколько ниже ПДК. Таким образом, формально нужда 
в дополнительной очистке вентиляционных выбросов отсутствует. 
Рассматривается, однако, нештатная ситуация: в силу некоторых 
непредсказуемых причин (например, из-за аварийной разгерметизации 
одного из аппаратов) концентрация ОВ в помещении и в выбросах резко 
увеличивается. Нужно сохранить чистоту воздуха, поступающего в 
атмосферу. Для этого вентиляционные коммуникации цеха оборудуют 
адсорбционным фильтром. Адсорбент (активный уголь) в нем, конечно, 
будет работать однократно: после ликвидации аварии он будет выгружен из 
адсорбера, направлен на дезактивацию и захоронение. 
Исходя из некоторых предположений, в основе которых лежат 
представления о максимальном количестве ОВ, способном попасть в 
атмосферу цеха, проектировщик установил, что в адсорбционном фильтре 
должно находится 0,26 м
3
активного угля, и предложил конструкцию 
фильтра. Пусть он представляет собой вертикальный короб сечением 1,7 м
2
и 
шириною 0,15 м. Воздух проходит через сечение короба и выбрасывается в 
атмосферу. Уголь, если возникнет потребность в его замене, будет выгружен 
в герметичную тару под действием собственного веса через патрубок, 
расположенный внизу короба. 
Однако, срок наступления аварии неизвестен, а воздух непрерывно 
проходит через фильтр. Уголь, естественно, постепенно теряет свои 
поглотительные свойства, так как в проходящем через него воздухе всегда 
содержится небольшое количество ОВ. Возникает вопрос: не будет ли уголь 
к моменту наступления аварии полностью дезактивирован? Требуется 
определить, как часто уголь требуется менять. 
Через фильтр, заполненный активным углем, при 20 
0
С и атмосферном 
давлении проходит 2500 м
3
/ч воздуха, который содержит ОВ в концентрации 
1,39.10
-6 
мг/л. Определим срок службы фильтра (0,26 м
3 
угля) до появления 
за слоем его относительной концентрации С/Со = 0,5. 
1.Физические свойства ОВ: давление насыщенного пара при указанной 
температуре 0,29 мм рт.ст., плотность в жидкой фазе 1,88 г/см
3
, парахор 285. 
2.
Структурные параметры угля по ТОЗМ: W =0,3 см
3
/г, В = 1,097.10
-6
К
-2
. 

---

76 
3.Определим концентрацию ОВ в паровоздушном потоке, отвечающую 
условиям насыщения: 
С
S
= Р
S
М/RТ = 0,29.207,3.10
3
/62,36.293 =3,3 мг/л 
В этом уравнении: С
S
– искомая концентрация, Р
S
= 0,29 мм рт.ст. – 
давление насыщенного пара ОВ, М = 207,3 –молекулярная масса ОВ, R = 
62,36 мм рт.ст.л/(К.моль)- газовая постоянная, Т = 293 К – температура. 
Относительная концентрация ОВ в поступающем воздухе равна: Со/С
S
= 
1,39.10
-6
/3,3 = 4,2.10
-7
. 
4.Определим коэффициент аффинности: β = П
ОВ
/П
БЕНЗОЛ
= 285/207 = 1,38, 
где П
ОВ 
, П
БЕНЗОЛ
– парахоры ОВ и бензола. 
5.Найдем равновесную величину адсорбции ОВ по уравнению ТОЗМ: 
Х(Со) = Wρ.exp[-B(T.lg(C
S
/C)/β)
2
] = 
= 0,3.1,88 exp[ - 1,097.10
-6
(293.lg(1/4,2.10
-7
)/1,36)
2
] = 0,063 г/г угля, 
или 0,063.450 =28 г/л, или 28.10
3
мг/л (450 г/л – насыпная масса угля).
6.Найдем предельную возможность слоя угля: 
ПВ
c
= Х(Cо)/Cо = 28.10
3
/1,39.10
-6
= 2.10
10 
л/л 
7.Относительная 
проскоковая 
концентрация 
С/Со 
=0,5 
примерно 
соответствует «центру тяжести» выходной кривой. Следовательно, в данном 
случае предельная возможность соответствует реальной возможности. 
Определим, какое количество воздуха может быть очищено слоем угля 
объемом 0,26 м
3
:
0,26. 2.10
10
= 5,2.10
9
м
3
. 
8.Найдем срок службу угля; он равен: 5,2.10
9
/2500 = 2.10
6
. В году около 9000 
ч и срок службы угля превысит 200 лет (!). Очевидно, что цех по 
уничтожению химического оружия так долго существовать не будет. 
Следовательно, если не произойдет аварии, уголь заменять не потребуется.
2.4.Циклические процессы с регенерацией адсорбента прямым вводом 
тепла теплоносителем – газом 
2.4.1.Назначение и условия осуществимости 

---

77 
Этот тип циклических процессов (разновидность TSA) применяют