4.3.4. Расчет адсорберов периодического действия

Наиболее распространенным массобменным процессом очистки газовых выбросов, осуществляемым в аппаратах с неподвижным слоем твердой фазы, является адсорбция. Такого рода процессы являются нестационарными и периодическими. При этом концентрации в твердом материале и в газе, находящихся внутри аппарата, меняются во времени.

В закрепленном слое адсорбента происходит движение адсорбционной зоны вниз по колонне. Можно рассмотреть и такой случай, когда твердая фаза движется вверх по колонне противотоком жидкости со скоростью, обеспечивающей стационарность адсорбционной зоны в колонне (рис. 4.16).

Рис. 4.16. Расчетная схема адсорбера с неподвижным слоем

На рис. 4.17. показаны линия равновесия и рабочая линия. Видно, что твердая фаза с концентрацией X_т, расположенная в верхней части, нахо­дится в равновесии с поступающим газом концентрацией Y₀, т.е. X_т = Y₀, и все растворенное вещество удаляется из газа до того, как он выходит из колонны (насыщения в колонне не происходит). Такой случай является идеальным, требующим колонны с бесконечной высотой.

Рис. 4.17. Линия равновесия и рабочая линия в адсорбере

с неподвижным слоем.

Однако наибольший интерес представляет сама адсорбционная зона. Рабочая линия для всей адсорбционной колонны описывается следующими уравнениями:

G_S(Y₀ - 0) = L_S(X_т - 0); G_SY₀ = X_тL_S, (4.22)

а также

G_S Y = X L_S, (4.23)

где G_S - скорость подаваемого газового потока-инерта, кг/(с^.м²); L_S – скорость потока адсорбента, не содержащего растворенного вещества, кг/(с^.м²).

Теперь можно составить баланс масс, используя понятие высоты единицы переноса:

G_S dY = K_Y a_S(Y – Y*)dZ, (4.24)

где K_Y – коэффициент массопередачи в газовой фазе, кг/(с^.м²); a_S – удельная поверхность частиц адсорбента, м²/м³; Y* - равновесная массовая доля (концентрация) растворенного вещества в газовой фазе, кг/кг.