29
слоем , Л., «Химия». 1968), граничное значеиие критерия Рейнольдса для
турбулентной области в зернистом слое равно 30. Процесс протекает в
турбулентном режиме, для которого коэффициенты уравнения (1.14) таковы:
A = 0,395, m = 0,64, n =0,333.
5.Критерии Шмидта и Нуссельдта.
Sc = μ/(ρD
n
) = 1,3.10
-5
/(43,4.4,9.10
-7
= 0,64.
Nu = ARe
m
Sc
n
= 0,395.870
0,64
0,64
0,33
=37,4.
6.Определим коэффициент внешней массоотдачи:
β*
ex
= Nu.D
n
/d
e
= 37,4.4,9.10
-7
/1,3.10
-3
= 1,41.10
-2
м/с.
Удельная внешняя поверхность гранул составляет: f=6/d =6/3.10
-3
= 2.10
3
м
2
/м
3
. Отсюда коэффициент
внешней массоотдачи, отнесенный к единице
объема слоя,равен:
β
ех
= β*
ех
f = 1,41.10
-2
. 2.10
3
= 28,2 1/с.
7.Определим по уравнению (1.12) коэффициент диффузии в объеме
транспортных пор гранулы адсорбента:
D
v2
= (ε/K
i
2
)D
n
= (0,5/1,5
2
)4,9.10
-7
= 1,1.10
-7
м
2
/с.
8. Информация о диффузии по поверхности транспортных пор
отсутствует.
Можно считать, что приведенное выше значение есть
минимальная оценка коэффициента диффузии в транспортных порах: D
2
>
D
v2.
. Отсюда время пребывания молекул воды в транспортной пористости не
превышает t2 = R
2
/D
2
= ((1,5.10
-3
)
2
/(1,1.10
-7
) =20 с.
9.В
монографии
Д.П.Тимофеева
Кинетика
адсорбции
М., 1962 приведено значение эффективного коэффициента диффузии воды в
кристаллах цеолита NaA: D
e1
= 0,6.10
-10
м
2
/с. Отсюда время пребывания в
адсорбирующих порах (в первичной пористости) равно:
t1 = r
2
/D
e1
Г =(1,5.10
-6
)
2
/ ((0,6.10
-10
) .3,9.10
3
) = 1.10
–5
с.
Здесь: 1,5.10
-6
м – радиус частиц кристаллита. Считают,
что в случае
нелинейных изотерм адсорбции, к которым относится изотерма адсорбции
воды на цеолите, возможна приближенная замена Г на К = Х/С
0
= 3,9.10
3
.
10. Общее время пребывания молекул адсорбата в грануле цеолита:
Т = t1 + t2 = 1.10
-5
+ 20 = 20 с.
Лимитирующим сопротивлением в рассмотренном примере является
сопротивление транспортных пор.
11.Найдем β
in
по уравнению (1.17.):
β
in
= 15/Т= 15/20 = 0,75 1/с.
12.Найдем диффузионный критерий Пекле (Ре).
Для его определения
используем диаграмму, приведенную на стр.229 монографии М.Э.Аэрова и
О.М.Тодеса. Согласно этой диаграмме, при Re = 470 и Sc = 0,64 критерий Ре
= 2.
13.Определим коэффициент продольной диффузии:
D*= Wd
e
/Pe = 0,2.1,3.10
-3
/2 = 1,3.10
-4
м
2
/с.
14.Определим коэффициент массоотдачи, отвечающий продольной
диффузии:
β
d
= W
2
/D* = 0,2
2
/(1,3.10
-4
) = 308 1/с.
30
15.Рассчитаем
сумму
диффузионных
сопротивлений
и
найдем
коэффициент массопередачи:
(1/β
о
) = (1/β
ex
) + (1/β
in
) + (1/β
d
) = (1/28,2) + (1/0,75) +1/308) = 1,3 с,
β
о
= 0,75 с
-1
Процесс адсорбции в рассмотренном нами случае
лимитируется внутренней
диффузией, которая в свою очередь определяется диффузией в транспортных
порах цеолита.
1.4. Конвективный тепло-массообмен в неподвижном зернистом слое
1.4.1.Объекты рассмотрения
Как правило, адсорбционные процессы проводят, пропуская поток через
слой неподвижного зернистого адсорбента. При контактировании потока с
зернами происходит адсорбция примесей и очистка потока. Это
конвективный массообмен в неподвижном зернистом слое.
Адсорбция
сопровождается выделением тепла. Иногда оно невелико и можно считать,
что массообмен протекает в изотермических условиях. В большинстве
случаев выделение тепла значительно и адсорбцию следует рассматривать
как совмещенный тепло-массообмен в зернистом слое.
В ходе адсорбции происходит насыщение
адсорбента примесями и он
постепенно
утрачивает
свою
очистительную
способность.
Ее
восстанавливают, пропуская через слой поток нагретого газа. Это тоже
процесс конвективного тепло-массообмена: нагрева адсорбента и десорбции
примеси. И наконец, нагретый адсорбент перед
повторным использованием
охлаждают потоком холодного чистого газа. Это процесс теплообмена.
Таким образом, тепло- и массообмен в неподвижном зернистом слое – суть
многих технологических адсорбционных процессов.
Конвективный тепло- массообмен в зернистом слое часто называют
Do'stlaringiz bilan baham: 
