|
Особенности процесса.
На рис. 2.27 приведена схема распределения
воды по слою в адсорбере безнагревной установки в конце стадий адсорбции
и десорбции. Как видно из рисунка, распределения адсорбата охватывают
весь слой. Эти распределения принципиально отличаются от распределений,
рассмотренных ранее, которые имели почти «обрывную» конфигурацию и
изменения концентраций в которых охватывали небольшой участок слоя. С
чем же связана особая конфигурация распределений при безнагревной
осушке?
Массообмен при безнагревной осушке, как и при обычном процессе,
может
лимитироваться
внутренней
или
внешней
диффузиями.
Распределения,
приведенные
на
рис
2.27,
характерны
для
внутридиффузионного режима, в котором степень отработки гранулы
2
1
Рис.2.27. Распределения воды в адсорбере безнагревной установки: 1 –
к концу стадии адсорбции, 2 – к концу стадии регенерации.
определяется значением критерия Фурье: Fo = π
2
Dt/ΓR
2
. При значении Fo = 1
степень отработки адсорбционной емкости составляет примерно 30 %, а
глубина отработки, например, сферической гранулы равна 10 % от его
диаметра. Значение Fo = 1 часто рассматривают в качестве условной
границы, разделяющей малые и большие степени отработки гранул, а время t
= t
x
, соответствующее Fo = 1, - в качестве некоторого характерного времени
протекания диффузионного процесса.
129
Определим t
x
= ГR
2
/π
2
D для типичного адсорбционного процесса
осушки воздуха. В этом случае: Г = 1,5.10
4
– коэффициент Генри для
линейных изотерм, который при нелинейных изотермах условно заменяют
коэффициентом распределения, R = 1.10
-3
– радиус гранулы адсорбента, м,π
2
= 0,1, D – коэффициент диффузии в порах адсорбента, м
2
/с. Примем, что
перенос вещества в порах гидрофильного адсорбента происходит по
механизму нормальной диффузии и введем поправки на повышенное
давление при адсорбции (Р
а
= 5 ата) и извилистость пор, которая учитывается
отношением ε/К
2
, ε = 0,4 – пористость гранулы, К = 1,5 – коэффициент
извилистости. Отсюда D=D
n
0,4/(1,5
2
.5) = 0,26.10
-4
0,4/(1,5
2
.5) = 9,1.10
-7
м
2
/с,
где D
n
= 0,26.10
-4
м
2
/с – коэффициент диффузии воды в воздухе при
атмосферном давлении.
Подстановки дают следующее значение характерного времени, при
котором Fo < 1: t
х
=
1,5.10
4
.(1.10
-3
)
2
/3,14
2
.9,1.10
-7
=
1700
с.
Продолжительность стадий в процессе осушки, как уже указывалось, не
превышает τ ≤ 600 с. Так как τ<x
, то, следовательно, во
внутридиффузионном безнагревном процессе осушки газов реализуются
крайне низкие степени отработки емкости адсорбента. Вода в условиях этого
процесса в стадии адсорбции поглощается тонким поверхностным слоем
гранулы и в стадии десорбции из него же и удаляется. Пары, не
поглотившиеся в некотором сечении, вместе с потоком переходят в другое
сечение и в результате вместо «обрывного» образуется распределение,
охватывающее весь слой.
На
рис.2.27
заштрихована
площадь,
расположенная
между
предельными кривыми распределения. Она пропорциональна количеству
воды, уловленному за одну стадию адсорбции, или, что то же самое,
количеству ее, удаленному за одну стадию регенерации. Площадь невелика и
безнагревная установка, следовательно, не может удалить много воды в
течение единичного цикла. Но низкая производительность в единичном
цикле компенсируется его малой продолжительностью и производительность
(количество потока, переработанного в единицу времени) в безнагревных
установках, как правило, выше, чем в установках нагревного типа
Характер распределений определяет и некоторые другие особенности
этого безнагревного процесса. Как было показано выше, при .осушке газов в
нагревных адсорбционных установках стабильное остаточное содержание
воды в осушенном газе достигается после небольшого количества циклов. В
безнагревных установках осушки продолжительность выхода установки на
стабильный режим крайне велика. Например, если в адсорберы безнагревной
установки был помещен воздушно сухой адсорбент, то ожидаемое
остаточное содержание воздуха – 70 °С будет достигнуто примерно через 7
суток непрерывной работы. Это говорит о том, что в адсорберах
безнагревной установки в течение долгого времени протекают процессы
перераспределения концентрации воды по слою адсорбера и по зерну
адсорбента. Они составляют суть первого, нестационарного, этапа работы
безнагревной установки. На втором этапе, который называют циклически
130
стационарном, установки работают устойчиво. Большая продолжительность
этих процессов перераспределения не удивительна, так как в течение каждой
единичной стадии изменения распределений малы.
Нагревные процессы осушки газов чрезвычайно инерционны.
Изменения, например, скорости потока сразу не сказываются на остаточном
влагосодержании газа. Они проявятся через некоторый промежуток времени.
Отклик безнагревной установки на изменение технологических параметров
мгновенен и изменение скорости или давления сразу же отражаются на
основном показателе ее работы – остаточном содержании воды в осушенном
газе. Высокая инерционность нагревных процессов является следствием того,
что зона эффективного массообмена в них невелика в сравнении с длиною
слоя адсорбента. В безнагревных процессах, которые ведут себя
противоположным образом, в процессе осушки участвует весь зернистый
слой.
В беззнагревных установках осушки очень отчетливо проявляется тип
стадии, лимитирующей массоперенос. Во внешнедиффузионном режиме
небольшое изменение скорости потока ( например, ее увеличение) приводит
к сравнительно небольшому изменению остаточного влагосодержания газа.
И, наоборот, во внутридиффузионной области изменения скорости, не
компенсирующиеся увеличением интенсивности массообмена, влияют на
массообмен значительно сильнее. Процесс осушки обычно ведут в начале
внутридиффузионной области. В случае воздуха - при 0,2 м/с в расчете на
условия стадии адсорбции.
Do'stlaringiz bilan baham: |
