4.3.5. Расчет адсорберов непрерывного действия

При рассмотрении методов проектирования стационарных адсорберов с движущимся слоем предполагается, что процесс протекает в изотермических условиях и адсорбируется только один компонент. В этом случае процесс аналогичен абсорбции газа. Отличие состоит лишь в замене жидкого растворителя твердым адсорбентом. Здесь и далее скорости потоков и концентраций будут относиться к материалам, не содержащим растворенных веществ, а вместо массовой доли будет использоваться массовое отношение. Таким образом: Y — масса растворенного вещества/ масса раствора; G_s — масса газообразного растворителя/(единица времениединица площади); Х — масса адсорбата/(масса адсорбента); L_s - масса адсорбента/(единица времени единица площади).

На рис. 4.21 приведена схема противоточного адсорбера с движущимся слоем непрерывного действия с удалением одного компонента. Показаны также соотношения между переменными.

Рис. 4.21. Расчетная схема противоточного адсорбера.

Баланс растворенного вещества по всей колонне выражается уравнением:

(4.40)

Аналогично для верхней части колонны:

(4.41)

Эти два уравнения задают рабочую линию для системы. Уравнение (4.41) может быть решено относительно Y:

Y = (L_s/G_s) Х + [Y₂ - (L_s/G_s)Х₂]. (4.42)

Соответствующая зависимость Y от Х представляет собой прямую линию с наклоном (L_s/G_s) и отрезком, отсекаемым на оси ординат, равным [Y₂ — (L_s/G_s) X₂].

При адсорбции больших количеств вещества существенными становятся тепловые эффекты. Расчеты этих тепловых эффектов очень сложны. При их проведении предполагают, что адсорбция осуществляется из разбавленной газовой смеси. По аналогии с абсорбцией массоперенос характеризуют суммарным коэффициентом массопереноса в газовой фазе, в который входит величина площади наружной поверхности, приходящаяся на единицу объема адсорбента (удельная поверхность контакта фаз), а_S. Скорость переноса растворенного вещества для элемента высоты слоя адсорбента dZ в этом случае:

. (4.43)

Тогда

. (4.44)

Высота единицы переноса определяется как

, (4.45)

а число единиц переноса выражается интегралом

. (4.46)

Если линия равновесия, как и рабочая линия, представляет собой прямую, то для получения N_G можно использовать средние логарифмические значения:

; (4.47)

. (4.48)