2015-06-10
2245
В адсорберах с неподвижным слоем угля потеря напора определяется по зависимости С. Эргана
. (4.71)
Достоинством этого соотношения является то, что для расчетов достаточны минимальные сведения о физических параметрах зернистого слоя: d и ε. Порозность слоя ε выражает долю свободного пространства между частицами в единице объема, занятого слоем адсорбента, и ее нетрудно найти, имея табличные значения насыпной массы ρн и кажущейся плотности ρк активного угля:
ε = 1 – ρн /ρк. (4.72)
Известные затруднения вызывает определение диаметра зерна слоя, поскольку частицы промышленных активных углей (дробленых или гранулированных) имеют форму, отличающуюся от сферической. К тому же адсорбент, загружаемый в аппараты с плотным слоем, как правило, представляет собой смесь частиц самого различного размера. По этой причине определяющий диаметр зерна загрузки d находят на основе условной замены реальной смеси зернистого материала широкого фракционного состава системой частиц правильной формы одинакового размера, используя для этого значения коэффициента формы частиц Ф и среднего диаметра d с полидисперсной совокупности:
|
|
|
d = Ф d c. (4.73)
Средний диаметр d c следует рассчитывать на основании ситового анализа по формуле
, (4.74)
где ∆ i – массовая доля в смеси частиц размера di; di – диаметр зерен, определяемый для частиц узкой фракции как среднеарифметическое значение между диаметром отверстий сита, через которое зерна данного размера проходят d 1, и диаметром отверстий сита d 2, на котором эти зерна задерживаются;
. (4.75)
Коэффициент формы частиц активных углей Ф, представляющий собой отношение поверхности шара, объем которого равен объему частицы, к внешней поверхности этого зерна является экспериментально определяемой величиной. Значения Ф для ряда промышленных активных углей, которые получили наибольшее распространение в технологии адсорбционной очистки воды и промышленных сточных вод, приведены в табл. 4.8.
Данные о физических характеристиках неподвижного слоя ряда промышленных активных углей, приведенные в табл. 4.8, позволяют с удовлетворительной погрешностью рассчитывать гидравлическое сопротивление неподвижного слоя при адсорбционной очистке сточных вод, предварительно освобожденных от взвешенных веществ. Предварительное удаление взвеси из очищаемой воды, как указывалось ранее, является непременным условием нормальной эксплуатации аппаратов с неподвижным слоем угля.
Для расчета перепада давления в движущемся слое можно пользоваться уравнением (4.71), учитывая, что порозность ε движущегося слоя на 10-20 % выше, чем неподвижного.
|
|
|
Перепад давления в псевдоожиженном слое пористых частиц определяется по зависимости
, (4.76)
где 
– пористость зерна адсорбента; Н – высота неподвижного (исходного) слоя, м.
Таблица 4.8
Физические характеристики неподвижного слоя промышленных активных углей
| Марка угля | Форма частиц | Среднеситовой размер частиц di, мм | Коэффициент формы частиц Ф | Эквивалентный диаметр, мм | Удельная поверхность частиц а о , м2/м3 | Порозность ε | |
| частиц d | порового канала d э | ||||||
| КАД-иодный (монодисперсный слой) БАУ (монодисперсный слой) КАД-иодный (полидисперсный слой) АГ-3 АГ-5 | Неправильная То же То же Цилиндрическая То же | 0,75 1,5 2,5 4,0 2,5 2,81 2,020 1,23 | 0,891 0,880 0,852 0,789 0,793 0,832 0,770 0,789 | 0,670 1,320 2,130 3,156 1,983 2,338 1,556 0,97 | 0,240 0,539 0,987 1,524 0,648 0,208 0,788 0,477 | 0,35 0,38 0,41 0,42 0,37 0,31 0,38 0,36 |
Другой важной гидродинамической характеристикой псевдоожиженного слоя, играющей большую роль в инженерных расчетах и исследованиях, является скорость начала псевдоожижения зернистого материала v к.
Ее можно получить по зависимости
. (4.77)
Учитывая, что Re = v к d ρ/μ, нетрудно рассчитать скорость начала псевдоожижения, подставив в уравнение (4.77) значения критерия Архимеда. Для кипящего слоя пористых частиц, взвешенных потоком жидкости, критерий Ar следует вычислять по формуле
. (4.78)
При увеличении скорости восходящего потока жидкости, превышающем критическую скорость псевдоожижения v к, слой начинает расширяться и его порозность εп псевдоожиженного слоя увеличивается по сравнению с первоначальной ε. Вместе с изменением порозности εп псевдоожиженного слоя увеличивается и его высота Н п. В расчетах адсорбционных аппаратов особый интерес представляет вычисление требуемой скорости потока w при заданном значении Н п и εп или решение обратной задачи – определение Н п и εп при заданном значении w.
Порозность кипящего слоя адсорбента ε в зависимости от скорости восходящего потока жидкости составляет 0,5÷0,8.
В процессе адсорбции в аппаратах с мешалками для определения минимально необходимой частоты вращения мешалки справедлива зависимость, приведенная в учебнике А.Г. Касаткина «Основные процессы и аппараты химической технологии».
