Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

А.4 Кинетика периодической адсорбции

Читайте также:
  1. А.3 Равновесие при адсорбции
  2. Газдық жану реакциясының кинетикасы
  3. Газеты как разновидность периодической печати.
  4. Гелевая кинетика
  5. Жанудың кинетикалық константасын анықтау
  6. Журналы как разновидность периодической печати.

 

Периодическая адсорбция является нестационарным процессом массообмена между потоком разделяемой газовой смеси, содержащей поглощаемый компонент (адсорбтив), и неподвижным слоем адсорбента. В общем случае этот процесс характеризуется последовательным массопереносом адсорбтива из ядра потока к поверхности частиц адсорбента (внешний массоперенос) и от этой поверхности - внутрь частиц (внутренний массоперенос). В отдельных случаях процесс может лимитироваться либо внешним, либо внутренним массопереносом.

Расчет адсорберов периодического действия основывают на закономерности изменения во времени степени насыщения адсорбента и концентрации адсорбтива в газовой фазе в каждом сечении слоя адсорбента. Это пространственно - временное распределение поглощаемого компонента между фазами можно представить следующим образом. При входе газового потока с постоянной начальной концентрацией адсорбтива (кг/м3) в слой свежего адсорбента с концентрацией поглощаемого компонента (адсорбата) а=0 адсорбируемый компонент начинает поглощаться первым рядом гранул адсорбента, затем вторым, третьим и т.д. С течением времени вовлекается в работу много последовательно расположенных рядов частиц адсорбента, однако, каждый последующий ряд омывается потоком газа с концентрацией адсорбтива , так как часть его уже поглощена предыдущими рядами.

Рис. А.3. Кривая распределения концентрации адсорбата по высоте слоя адсорбента После предельного насыщения частицы первого ряда выключаются из процесса поглощения, и газ с концентрацией начинает омывать частицы второго ряда, затем третьего и т.д. Таким образом, с течением времени по высоте слоя адсорбента Н образуются три зоны (рис. А.3): 1 - зона отработанного адсорбента (высота Н1), где достигнута предельная емкость (концентрация) а* (т.е. находящаяся в равновесии с газовым потоком концентрации ); 2 - работающая зона (высота Н2), где предельная емкость еще не достигнута, и процесс адсорбции продолжается; 3 - зона не включенного еще в работу адсорбента (высота Н3). Насыщение первого ряда частиц адсор-бента происходит с падающей скорос-

тью, так как по мере приближения к предельному значению а* непрерывно уменьшается движущая сила процесса.

Математическая модель процесса периодической адсорбции может быть представлена в виде следующей системы уравнений в предположении о движении газовой фазы, соответствующем идеальному вытеснению

 

(А.3)

(А.4)

(А.5)

, (А.6)

 

где - порозность зернистого слоя адсорбента, W –фиктивная скорость движения газа в слое, rm – источник (сток) массы, обусловленный переносом адсорбтива из газовой фазы в твердую, kV объемный коэффициент массопередачи, - насыпная плотность адсорбента. Система дифференциальных уравнений с частными производными должна быть дополнена соответствующими начальными и граничными условиями. Обычно предполагается, что начальная концентрация адсорбата равна нулю или некоторой остаточной после регенерации величине ао, а граничная концентрация абсорбтива в газовой фазе Сн.

Анализ решения системы уравнений (А.3) - (А.6) показывает, что для выпуклой изотермы адсорбции (А.2) рис. А.1 и постоянного значения коэффициента массопередачи kV втечение определенного времени происходит формирование стационарного профиля концентрации С (х) – фронта адсорбции, а затем осуществляется его параллельный перенос с постоянной скоростью (рис.А.4). Для линейной и тем более вогнутой изотерм адсорбции профиль концентрации С(х, t) с течением времени все более расширяется, что не позволяет говорить в этих случаях о параллельном переносе стационарного фронта адсорбции.

Для расчета и анализа работы адсорберов периодического действия используется понятие времени проскока tпр (времени защитного действия слоя), соответствующее времени работы адсорбера при котором концентрация адсорбтива на выходе из слоя адсорбента станет равной некоторой заданной максимально допустимой проскоковой концентрации Спр, по достижении которой следует процесс прекращать и производить регенерацию адсорбента. Оно может быть найдено решением системы уравнений (А.3)-(А.6) при С (Н, tпр)=Спр, которое получается аналитически либо численными методами в зависимости от вида изотермы адсорбции.

 

Рис. А.4. Профили концентраций адсорбтива С(х,t)при прохождении слоя адсорбента   Средняя концентрация адсорбата в слое при проскоке называется динамической активностью или емкостью адсорбента (рис. А.3), причем * вследствие того, что концентрация адсорбата в конечных слоях адсорбента меньше равновесной. Получить максимальное значение вре-мени проскока можно вос-пользовавшись моделью идеа-льной равновесной адсорбции, в соответствии с которой пред-полагается бесконечно большая скорость массопередачи () и предельно выпуклая

(ступенчатая) изотерма адсорбции. В этом случае каждый элементарный слой адсорбента будет насыщаться адсорбатом до равновесного значения а*н) и лишь затем включаться в работу следующий слой. Проскок наступит лишь тогда, когда весь адсорбент насытиться адсорбатом до а*н).

Время проскока можно определить из уравнения материального баланса, приравняв количество адсорбитва, ушедшего из газовой фазы за время t, количеству адсорбата, поглощенного адсорбентом

 

, (А.7)

 

где - объемный расход газа, S – площадь поперечного сечения слоя адсорбента. Учитывая, что , перепишем (А.7) в виде

 

(А.8)

 

Время проскока для модели идеальной адсорбции tпр.ид . будет соответствовать насыщению всего слоя адсорбента высотой Н

 

(А.9)

Действительное время проскока будет меньше идеального, и для его нахождения используют вместо статической активности (равновесной концентрации адсорбата) динамическую активность

 

(А.10)

 

либо вводят величину потери времени защитного действия слоя tо, обусловленную конечной скоростью массопередачи

 

(А.11)

 

Последнее уравнение носит название уравнения Шилова.

Из уравнения материального баланса можно получить и величину скорости параллельного переноса фронта адсорбции u. Запишем его для системы отсчета, перемещающейся с фронтом адсорбции

 

(А.12)

(А.13)

 

где Wист – истинная скорость движения газового потока в слое адсорбента. Такое же решение для u получается и из системы уравнений (А.3) – (А.6).

 


Дата добавления: 2015-10-24; просмотров: 193 | Нарушение авторских прав


<== предыдущая страница | следующая страница ==>
А.3 Равновесие при адсорбции| А.5 Непрерывная адсорбция

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.008 сек.)