Сорбционные процессы

Расчеты к подразделу 1.4.6
Р.16. Рассчитать равновесную адсорбцию пропана и бутана на цеолите 
NаХ в следующих условиях: содержание пропана 0,28, бутана 0,065 об.%, 
метан (условно неадсорбирующийся компонент) – остальное. Общее 
давление смеси 1,7 ата. 
1.Определим парциальные давления адсорбирующихся компонентов 
смеси. Для пропана имеем: 
Р
1 
= 0,28.10
-2
.1,7.760 = 3,62 мм рт.ст.. 
То же для бутана: 
Р
2 
= 0,065.10
-2
. 1,7.760 = 0,84 мм рт.ст. 
Суммарное давление адсорбирующихся компонентов: 3,62 + 0.84 = 4,46 мм 
рт.ст. 
2.Определим величины индивидуальной адсорбции пропана и бутана 
на цеолите при Р = 4,46 мм рт. ст. Обширная информация об адсорбции на 
цеолитах содержится в монографии Д.Брек, Цеолитовые молекулярные сита, 
1976, М., «Мир». Она приведена для кристаллических цеолитов. Для 

---

61 
гранулированных цеолитов с учетом потери активности при грануляции и 
старения следует принимать значения примерно в два раза более низкие, чем 
указано в монографии. После введения поправок имеем: 
Х
0
1
= 0,024 г/г = 0,024.1000/44 = 0,54 ммоль/г 
Х
0
2 
= 0,064 г/г = 0.064.1000/56 = 1,14 ммоль/г. 
Из этих цифр следует, что в смеси пропана и бутана лучше 
адсорбирующимся компонентом является бутан. 
3.Запишем уравнение Люиса: 
(Х
12
/Х
0
1
) + (Х
21
/Х
0
2
) = (Х
12
/0,54) + (Х
21
/1,14) = 1. 
4.Определим коэффициент разделения по уравнению (1.35). Входящие 
в него коэффициенты аффинности вычисляются по отношению парахоров, 
но известны также их экспериментальные значения (см.Н.В.Кельцев. Основы 
адсорбционной техники. М., 1984). Для пропана и бутана они равны 2,27 и 
2,90.
lg Кр = -0,23 +4,76 (1 – β 
пропан
/ β 
бутан
) = -0,23 + 4,76 (1 – 2,27/2,90); Кр = 6,3. 
5.Запишем уравнение (1.34) в явном виде. 
Кр = 6,3 = (Х
21
/С
2
)(С
1
/Х
12
) = (Х
21
/0,84) (3,62/Х
12
)
Х
21
/Х
12
= 6,3.0,84/3,62 = 1,46. 
6.Решим совместно два уравнения и определим величины адсорбции 
пропана и бутана из их бинарной смеси: 
(Х
12
/0,54) + (Х
21
/1,14) = 1 
Х
21
/Х
12 
= 1,46. 
Х
12
=0,32 ммоль/г, Х
21
0,47 ммоль/г.
Р.17. В условиях примера Р.16 рассчитать скорости движения фронтов 
сорбции пропана и бутана при скорости потока 0,2 м/с. При расчете принять, 
что адсорбция пропана происходит на участке изотермы, который отвечает 
полной насыщенности адсорбента по этому веществу. Это допущение 
означает, что изменение концентрации пропана в газовой фазе не изменяет 
его величину адсорбции. 
1.Концентрация бутана, равная 0,065 %, отвечает следующему его 
содержанию в газовой фазе: 
С
2
= 0,065.10
-2
.10
6
/22,4 = 29 ммоль/м
3
Величина адсорбции бутана из смеси, равная 0,47 ммоль/г, в другой 
размерности составляет: 

---

62 
Х
21 
= 0,47.500.10
3
= 2,35.10
5 
ммоль/м
3
. 
В этом уравнении 500 г/л – насыпная плотность адсорбента. 
2.По уравнению (1.37) найдем скорость движения фронта сорбции 
бутана: 
U
2
=WC
2
/X
21 
= 0,2.29/2,35.10
5 
= 2,47.10
-5
м/с. 
3.Концентрация пропана в газовой фазе, равная 0,28 %, отвечает 
следующему его содержанию в газовой фазе: 
С
1
=0,28.10
-2
.10
6
/22,4 = 125 ммоль/м
3
. 
Согласно допущению, сделанному в условиях задачи, величина адсорбции 
пропана не зависит от его содержания в потоке и равна Х
1 
= Х
01
(С’
01
) = 0,46 
моль/г, или 
Х
1
= 0,46.500.10
3
= 2,3. 10
5 
моль/м
3
. 
Пересчет величины сорбции пропана из смеси с бутаном в нужную 
размерность дает: 
Х
12
= 0, 32 ммоль/г = 1,6.10
5 
моль/м
3
. 
4.По уравнению (1.38) определим исправленную концентрацию 
пропана С’
01
. В преобразованном виде уравнение (1.38) записывается так: 
C’
01
= C
1 
+ U
2
(X
01
(C’
01
) – X
12
)/W = 125 + 2,47.10
-5
(2,3 – 1,6).10
5
/0,2 = 133,6 
ммоль/м
3
. 
5.По уравнению (1.36) найдем скорость движения фронта сорбции 
пропана: 
U
1
= WC’
01
/X’
01
(C’
01
) = 0,2.133,6/2,3.10
5
=1,16.10
-4
м/с. 
Фронт адсорбции пропана опережает фронт адсорбции бутана.
Р.18 На очистку от сероводорода поступает природный газ следующего 
состава: пропан 0,20; диоксид углерода 0,08; бутан 0,06; сероводород 0,005 % 
(остальное метан). Прочие условия см. в примерах Р.16 и Р.17.Рассчитать 
максимальное количество газа, которое может быть очищено 1 м
3
цеолита. 
1.Упростим состав смеси. Согласно литературным данным, 
коэффициент разделения в системе бутан-сероводород-цеолит очень близок к 
единице. Это означает, что эти вещества адсорбируются практически 

---

63 
одинаково. Коэффициент разделения в системе пропан-диоксид углерода-
цеолит невелик (~3,5) и эти вещества адсорбируются почти одинаково. 
Таким образом, вместо пятикомпонентной смеси можно условно 
рассматривать адсорбцию трехкомпонентной смеси состава: «пропан» 0.28, 
«бутан» 0,065 %, остальное метан.
2.Определим максимальную возможность слоя цеолита по «бутану». 
Все составляющие приведены в примере Р.17 для бутана (без кавычек). 
ПВ
с
= W/U
2
=0,2/2,47.10
-5
= 8,1.10
3
м
3
/м
3
. 
Эта же возможность характерна для удаления сероводорода.