Сорбционные процессы

Остаточное содержание воды в осушенном газе. 
Это самый важный 
и самый неопределенный показатель процесса осушки. Уточним, что же 
имеется в виду. 
При заданных параметрах процесса осушки расчетным путем 
достаточно легко определить момент появления за слоем любой, сколь 
угодно низкой концентрации воды – проскоковой концентрации, при 
появлении которой стадия адсорбции должна быть прекращена. Однако 
практика эксплуатации установок осушки свидетельствует о том, что 
задолго до наступления проскока, практически сразу после начала стадии 
адсорбции, за слоем возникает некоторая фоновая концентрация воды в газе, 
которая не поддается управлению, а является характеристикой данной 
установки. Эту фоновую концентрацию и называют остаточным 
содержанием воды в осушенном газе. Иногда она выше желаемой, т.е. 
диктуемой технологическими требованиями, проскоковой концентрации, и 
работу установки, которая характеризуется таким соотношением между 
концентрациями, следует считать неудовлетворительной.
Величина остаточного влагосодержания определяет качество осушки, 
которая может быть умеренной (точка росы – 30 - -40 
0
С), глубокой (- 40 – - 
60 
0
С) и сверхглубокой (ниже – 60 
0 
). Почему же в целом идентичные 
установки часто проявляют разные качества? Тип адсорбента, как мы 
показали выше, сам по себе качество не определяет. 
Одной из причин наличия фоновой концентрации, как кажется, 
является выделение тепла, всегда сопровождающего процесс адсорбции 
Приведем данные одного из опытов по осушке воздуха силикагелем при 
атмосферном давлении (неопубликованные результаты И. Гордеева). Они 
схематично представлены на рис.2.12 в виде концентрационной и 
температурной выходных кривых. Начальная температура воздуха 
составляла 20 
0
С
. В течение некоторого промежутка после начала процесса 
осушки времени такой же была температура газа на выходе из адсорбера. 

---

91 
Затем температура за слоем возросла до 50 
0
С и более не изменялась. Такой 
вид температурной кривой является вполне естественным. Адсорбция 
сопровождается выделением тепла, скорость движения температурного 
фронта на несколько порядков выше, чем скорость движения 
концентрационного фронта. Следовательно, из слоя в течение почти всего 
процесса адсорбции выходит «горячий» газ.
Концентрационная волна отражает изменения, которые имели место на 
волне температурной. В течение того промежутка времени, когда из слоя 
выходил относительно холодный воздух, его влагосодержание отвечало 
точке росы – 70
0
С. Появление за слоем сравнительно теплого воздуха 
привело к увеличению точки росы до – 40 
0
С. Поэтому можно
1
2
50
°C
-40 С
°
20 С
°
-70 С
°
T
C
ИЛИ
T
Рис.2.12.Концентрационная и температурная кривые, наблюдавшиеся 
при осушке атмосферного воздуха силикагелем: 1 – концентрационная 
выходная кривая, 2 – температурная выходная кривая 
предположить, что нагрев газа и адсорбента теплом, выделяющимся при 
адсорбции, привел к увеличению упругости паров воды, всегда 
присутствующей в адсорбенте, и вызвал повышение остаточного 
влагосодержания. 
Дополнительным аргументом в пользу такой трактовки результатов
является один из описанных в литературе опытов. В нем было показано, что 
охлаждение воздуха, вышедшего из адсорбера (точка росы – 40 
0
С), до 
комнатной температуры и пропускание его через второй слой силикагеля 
позволяет 
получить 
газ 
с 
фантастически 
низким 
остаточным 
влагосодержанием, равным – 100 
0
С. 
С повышением давления возрастает теплоемкость газа и разогрев слоя 
и газа, обусловленный теплом адсорбции паров воды (см. уравнение (1.30)), 
уменьшается. При давлении 3 – 5 МПа он становится пренебрежимо малым. 
Однако для установок, работающих при высоких давлениях потока, также 
характерна сравнительно низкая глубина осушки. Следовательно, имеются и 
другие причины, кроме тепла, сопровождающего адсорбцию пара, которые 
определяют качество осушки. Такой причиной является наличие в потоке 
капельной влаги. Она образуется при охлаждении сжатого газа и в принципе 
должна быть удалена в системе водо-маслоотделения. Но аппаратам этой

---

92 
вспомогательной системы не уделяют необходимого внимания и вода в виде 
капель в сжатом воздухе, как правило, присутствует. 
Зернистый слой адсорбента, находящегося в адсорбере, по 
определению, является механическим фильтром. Он захватывает капли воды, 
которые переходят в адсорбент, что сопровождается выделением тепла 
смачивания и адсорбции. Дальнейший механизм понижения остаточного 
влагосодержания будет таким же, как и при адсорбции паров воды. Тепловая 
волна прогревает замыкающие слои адсорбента и повышает парциальное 
давление пара воды в них. 
К сожалению, количественные закономерности влияния капельной 
воды на степень осушки газа не изучены и база для прогнозов, таким 
образом, отсутствует. 
Следующую группу причин, негативно воздействующих на остаточное 
влагосодержание, можно назвать гидродинамической. Поток газа в адсорбере 
никогда не распределен равномерно по сечению адсорбера. Известны 
существенные факторы, влияющие на качество распределения. Это 
отношения D/d и H/D, где D, d, H – соответственно диаметр аппарата, 
диаметр зерен адсорбента и высота слоя. С увеличением этих отношений
распределение потока по сечению становится более равномерным и степень 
осушки возрастает. Обычно рекомендуют следующие значения: D/d > 20, 
H/D>2. В процессах глубокой очистки газов эти рекомендации, как правило, 
выполняются, что далеко не всегда приводит к желаемому эффекту.
Значительно хуже изучено влияние конструктивных особенностей 
аппарата. К ним относятся способы ввода и вывода газа, отношение диаметра 
входного (выходного) патрубка к диаметру аппарата, наличие или отсутствие 
в аппарате распределительных решеток, их конструкция и расположение и 
др. Между тем, неудачные решения конструктивных проблем оказывают
очень большое воздействие на качество осушенного газа и могут обесценить 
достоинства самой хорошей технологии и самого совершенного адсорбента.
Соображения, которые мы привели, носят качественный характер. 
Удачные конструктивные решения в процессах глубокой очистки в 
значительной степени выявляются на интуитивном уровне. Поэтому можно 
сказать, что создание высокоэффективного процесса осушки сегодня скорее 
предмет искусства, чем науки.