Основные условные обозначения

х – концентрация извлекаемого компонента (адсорбтива) в твердой фазе;

у – концентрация адсорбтива в газовой (жидкой) фазе;

G – расход паровоздушной смеси;

L – расход адсорбента;

– диаметр частиц адсорбента;

– кажущаяся плотность адсорбента;

– насыпная плотность адсорбента;

– порозность слоя адсорбента;

Re – критерий Рейнольдса;

Аг – критерий Архимеда;

Nu' – диффузионный критерий Нуссельта;

Рг' – диффузионный критерий Прандтля;

w – скорость газового потока;

– объемный коэффициент массопередачи;

– объемный коэффициент массоотдачи в газовой (жидкой) фазе;

– объемный коэффициент массоотдачи в твердой фазе;

– коэффициент аффинности;

Т – абсолютная температура;

– время.

1.2.1. Определение скорости газового потока

Скорость газового потока можно определить изходя из соотношения

(1.2)

Для режима устойчивого псевдоожижения зерен адсорбента [14]

(1.3)

где

(1.4)

Подставив, получим:

Тогда скорость газового потока будет

Диаметр аппарата найдем из уравнения расхода:

1.2.2. Определение расхода адсорбента

Необходимый расход адсорбента определяют, приняв по [15], что на выходе из аппарата адсорбент насыщен полностью, т. е.

По изотерме адсорбции (табл. 1.1) находим:

Тогда по уравнению материального баланса расход поглотителя

Принимая количество адсорбента с учетом истирания и уноса на 30 % большее, получим расход твердой фазы

1.2.3. Определение объемного коэффициента массопередачи

Объем собственно адсорбента в аппарате находят по основному уравнению массопередачи:

где – объемный коэффициент массопередачи, отнесенный к объему зерен адсорбента, с^-1.

Коэффициент меняется от тарелки к тарелке, причем скорость процесса может лимитироваться как внешне-, так и внутридиффузионной кинетикой. По мере перетекания адсорбента на нижележащие тарелки доля внутридиффузионного сопротивления возрастает.

Экспериментально показано [12], что величина , называемая средним эффективным коэффициентом массообмена, близка к объемному коэффициенту внутренней массоотдачи, практически не зависящему от скорости газового потока. На этом основании принимаем , .

Для определения коэффициента массоотдачи в псевдоожиженном слое адсорбента рекомендуется следующее уравнение [12, 15]:

; (1.5)

(1.6а)

где − критерий Нуссельта;

– коэффициент диффузии адсорбтива в воздухе, м²/с;

– безразмерный комплекс;

– удельный расход адсорбента, м³/(м²с);

– концентрация насыщенного пара адсорбируемого вещества, кг/м³;

– коэффициент аффинности;

В – структурная константа адсорбента (см. табл. 1.2), 1/(град²);

Н – высота неподвижного слоя адсорбента на тарелке, м;

Т – абсолютная температура, К.

Подставив численные значения, получим:

1.2.4. Определение общего числа единиц переноса

Для построения рабочей линии процесса из уравнения материального баланса находим концентрацию адсорбтива в адсорбенте на выходе из адсорбера:

Строим рабочую и равновесную линии процесса на диаграмме х–у (см. рис. 1.2). С помощью диаграммы определяем вспомогательные величины, необходимые для графического интегрирования.

Методом графического интегрирования (рис. 4.3) находим число единиц переноса:

.

Определяем объем, занимаемый собственно адсорбентом:

.

Объем слоя адсорбента:

Число тарелок в адсорбере:

Принимаем п = 5.

0,025	0,0010	0,0240	41,67
0,024	0,0009	0,0231	43,29
0,023	0,0008	0,0222	45,04
0,022	0,0007	0,0313	46,95
0,021	0,0006	0,0204	49,02
0,020	0,0006	0,0194	51,55
0,019	0,0005	0,0185	54,05
0,018	0,0004	0,0176	56,82
0,017	0,0003	0,0167	59,88
0,016	0,0002	0,0158	63,29
0,015	0,0001	0,0149	67,11
0,010	0,000	0,0100	100,00
0,004	0,000	0,004	250,00
0,001	0,000	0,0010	1000,00

Рис. 1.3. Определение числа единиц переноса

Расстояние между тарелками Н₀ с учетом конструкции переточного устройства, неравномерности псевдоожижения и возможных колебаний скорости газового потока принимают равным (3–5) Н_пс.

Высота неподвижного слоя Н на тарелке и высота псевдоожиженного слоя Н_пс связаны соотношением [13]:

(1.6б)

где ε – порозность неподвижного слоя адсорбента на тарелке.

В данном случае

и высота псевдоожиженного слоя адсорбента на тарелке равна:

м.

С запасом принимаем расстояние между тарелками 0,4 м. Высота тарельчатой части аппарата

м.

Расстояния от крышек аппарата до верхней и нижней тарелок определяются конструкциями распределительных и питательных устройств [112]. Приняв эти расстояния равными 2Н₀ получим общую высоту аппарата:

м.

Подбор и расчет вспомогательного оборудования (газодувок, фильтров, холодильников) изложен в других главах. Расчет гидравлического сопротивления зернистых слоев приведен в главе 1 части 1.

Некоторые данные, характеризующие остальные стадии процесса (десорбция, сушка, охлаждение адсорбента) приведены в работах [3, 5, 6].