Расчет адсорбера в статических условиях

Процесс адсорбции в статических условиях осуществляется путем интенсивного перемешивания воды с адсорбентом в течение определенного времени t и последующего отделения сорбента от воды отстаиванием, фильтрованием и т.п. При последовательном введении чистых порций адсорбента в очищаемую воду можно очистить ее от загрязняющих веществ до любой концентрации.

В основу расчета адсорбционных аппаратов с перемешивающими устройствами при однократном введении адсорбента в количестве m кг на 1 м³ сточной воды положено балансовое уравнение:

ma + QC = QC _o, (4.60)

где m – масса адсорбента, кг; a – удельная адсорбция, кг/кг; Q – объем обрабатываемых сточных вод, м³; С _о – концентрация адсорбата в исходной воде, кг/м³.

Масса адсорбента определяется по уравнению

. (4.61)

где С – концентрация вещества, кг/м³, по истечении времени t.

Концентрация очищенной жидкости при принятой массе адсорбента:

C = (QC _o – ma)/ Q. (4.62)

При достаточно длительном перемешивании воды с адсорбентом (например, в течение нескольких часов) значения С и a будут равновесными:

a _равн = K _адс С _равн , (4.63)

Однако фактическое время перемешивания t может быть принято значительно меньше t _равн, при котором достигается практически равновесное состояние. В этом случае соотношение между С и a будет:

а = kC, (4.64)

при этом значение k будет меньше, чем k _равн, a – меньше, чем a _равн . Величины a и a _равн связаны между собой зависимостью

, (4.65)

где и t _o – кинетические параметры, устанавливаемые по экспериментально измеренным C ₁ и C ₂ после контакта воды с сорбентом в течение времени t ₁ и t ₂:

(4.66)

(4.67)

Для расчета адсорбционных установок необходимо знать значение коэффициента распределения k, для вычисления которого следует определить значение текущей концентрации адсорбата C, устанавливающейся в очищаемой жидкости по прошествии времени t. Значение C определяется по формуле

. (4.68)

После подстановки формулы (4.68) в выражение (4.64) легко получить значение коэффициента k.

Таким образом, для расчета установок по статической адсорбции в распоряжении проектировщика должны быть изотерма сорбции (рис. 4.23) и два значения текущих концентраций адсорбата C ₁ и C ₂, соответствующих времени перемешивания воды с адсорбентом t ₁ и t ₂. По этим данным вычисляются значения необходимых вспомогательных величин и t _о, а также определяются значения C, a и k. Для однократной адсорбции расход адсорбента определяется по формуле (4.61), а концентрация адсорбата – по формуле (4.62). Однако после определения значения k по уравнению (4.64) значения C и m удобнее вычислять по выражениям

, (4.69)

. (4.70)

На крупномасштабных производствах эксплуатируются установки очистки сточных вод в статических условиях путем последовательного и противоточного введения адсорбента.