Методика расчета адсорбера

Метод адсорбции основан на физических свойствах некоторых твердых тел с ультрамикроскопической структурой селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты из газовой среды. При расчете определяют необходи­мое количество сорбента, продолжительности процесса поглоще­ния, размеры адсорбционной аппаратуры и энергетические затра­ты. Исходные данные для расчета - род поглотителя и поглощае­мого вещества; количество очищаемого газа С, кг/с; концентра­ция поглощаемого вещества на входе в адсорбер с0, кг/м³. Кроме того, нужно знать физико-химические константы поглотителя и поглощаемого вещества и иметь изотерму адсорбции поглощаемого вещества на поглотителе.

Расчет адсорбера включает две стадии: а) приближенный конструктивный расчет для определения необходимой массы и гео­метрии аппарата; б) проверочный расчет для определения времени

- 49 -

защитного действия адсорбера и, в случае необходимости, прове­дения корректировки размеров аппарата.

Расчет адсорбера ведут в следующем порядке:

1. Выбирают тип сорбента и рабочую температуру. Для уве­личения его емкости рабочая температура выбирается минимально возможной. Изотерма адсорбции паров этилового спирта на активи­рованном угле при 20°С представлена на рис. 4.1. По изотерме адсорбции и заданной величине С0. г/м³, находят статическую емкость сорбента а0, г/кг.

2. Определяют весовое количество количество очищаемого газа, С, кг/с, из выражения

(4.15)

где Lм - производительность местного отсоса от паровоздушной смеси, rг - плотность паровоздушной смеси

3. Переводят весовую статическую емкость сорбента а0, в объемную а’0,по формуле

(4.16)

где rн - насыпная плотность выбираемого сорбента.

4. Определяют массу сорбента, кг, по формуле

(4.17)

где К = 1,1...1,2 - коэффициент запаса; t - продолжитель­ность процесса сорбции, с; С - весовое количество очищаемого газа, кг/с; Со - концентрация поглощаемого вещества на входе в адсорбер, кг/м³; а'о - статическая емкость адсорбера, кг/м³.

5. Выбирают скорость потока газа в адсорбере W, м/с. Обычно фиктивная скорость паровоздушной смеси или скорость, рассчитанная на полное сечение слоя, выбирается в пределах 0,1...О,25 м/с.

6. Определяют геометрические размеры адсорбера. Так, для цилиндрического аппарата диаметр Да, м, и длину (высоту) слоя адсорбента Lа, м, подсчитывавт по формулам:

(4.18)

- 50 -

(4.19)

7. Находят пористость сорбента по формуле

(4.20)

где rк и rн - кажущаяся и насыпная плотность сорбента, кг/

8. Рассчитывают эквивалентный диаметр зерна сорбента, м,

по формуле

(4.21)

где d и l - диаметр и длина зерна сорбента, м.

9. Коэффициент трения l находят в зависимости от характера движения по выражению:

при Re < 50 l = 220 / Re; (4.22)

при Re ³ 50 l = 11.6 / (4.23)

где - критерий Рейнольдса; n - кинематическая вязкость газа, м*м/с.

10. Определяют гидравлическое сопротивление, оказываемое слоем зернистого поглотителя при прохождении через него потока очищаемого газа Dр, Па, по формуле

(4.24)

где Ф = 0,9 - коэффициент формы.

11. Определяют коэффициент молекулярной диффузии паров этилового спирта в воздухе при заданных дсловиях Т и Р по формуле

(4.25)

где До = при То = 273°К и атмосферном давлении Ро = Па.

12. Находят диффузионный критерий Прантля по формуле

(4.26)

13. Для заданного режима течения газа (определяется зна­чением Re) вычисляют величину коэффициента массопередачи для единичной удельной поверхности, м/с:

при Re < 30 (4.27)

при Re ³ 30 (4.28)

- 51 -

14. По изотерме адсорбции (см. рис. 4.1) находят величину - количество вещества, максимально сорбируемое поглотителем при данной температуре, и величина концентрации поглощаемого вещества на входе в адсорбер Сх, соответствующую величине .

15. Рассчитывают удельную поверхность адсорбента f, м²/ по формуле

(4.29)

16. Определяют концентрацию паров этилового спирта на вы­ходе из аппарата, г/м³, по формуле

(4.30)

где h - эффективность процесса очистки.

17. Находят продолжительность защитного действия адсорбе­ра, с, по формуле

(4.31)

18. Если получаемое время защитного действия адсорбера отличается от заданного на величину Dt, то изменяем длину (высоту) слоя сорбента на величину DLa, м, определяемую по формуле

(4.32)

где F - площадь поперечного сечения слоя адсорбента, м². Констрдктивно аппараты адсорбции выполняются в виде вер­тикальных, горизонтальных или кольцевых емкостей, заполненных пористым сорбентом, через который фильтруется поток очищаемого воздуха.