1.4.3. Расчет длины слоя адсорбента

Требуемую длину движущегося слоя адсорбента определяют через число единиц переноса по уравнению массопередачи

где S – площадь поперечного сечения слоя, м²; К – объемный коэффициент массопередачи, с ^–1; – высота, эквивалентная единице переноса, м; – число единиц переноса.

Объемный коэффициент массопередачи определяем из соотношения

где – объемный коэффициент массоотдачи в газовой фазе, с ^–1; – объемный коэффициент массоотдачи в твердой фазе, с ^–1; т – коэффициент распределения.

Поскольку коэффициент распределения очень мал, то величиной можно пренебречь. Тогда . Для расчета объемного коэффициента массоотдачи газовой фазы необходимо определить число Рейнольдса для зернистого слоя [2]:

где w – скорость газовой фазы, м/с; а – удельная поверхность зернистого слоя, м²/м³.

Удельную поверхность для зернистого слоя адсорбента находим из соотношения [2, с. 102]:

(1.14)

Фактор формы Ф для промышленных гранулированных активных углей и силикагелей лежит в пределах Ф = 0,7–0,9 [12]. Выбрав Ф = 0,8, найдем а:

м²/м³.

Тогда число Рейнольдса равно:

При Re > 30 для расчета используют соотношение [2, с. 572]:

(1.15)

где

Находим значение из выражения [2, с. 572]:

Коэффициент диффузии бензола в воздухе ( м²/с) взят из справочных таблиц [14].

Рассчитываем значение Nu':

Значение эквивалентного диаметра для зернистого слоя находим по соотношению [2]:

м.

Определяем :

Принимаем

Число единиц переноса находим методом графического интегрирования. Для этого задаемся рядом значений y в интервале от у_н до у_к. Для каждого значения у находим соответствующее значение х на рабочей линии, а для каждого х – значение у* на равновесной линии, пользуясь рисунком 1.6.

Рис. 1.6. Рабочая (АВ) и равновесная (ОС) линии процесса адсорбции бензола из воздуха на активном угле марки АР-А

Строим график зависимости от у (рис. 1.7). Площадь под кривой, ограниченная ординатами = 0,030 кг/м³ и у_к = 0,001 кг/м³, равна f = 2020 мм². Находим масштабы по осям: = 10 по оси и М₂ = 0,0002 по оси у. Число находим по уравнению [2, с. 415]:

Определяем требуемую длину движущегося слоя адсорбента:

м.

Рис. 1.7. Определение числа единиц переноса методом графического интегрирован

При таком соотношении диаметра аппарата и высоты движущегося слоя возможен проскок адсорбтива вследствие колебаний скорости потока, особенно скорости движения слоя, обеспечиваемой разгрузочными и загрузочными устройствами. Исходя из этого, принимаем = 0,2 м.

Загрузочные и разгрузочные устройства адсорберов с движущимся слоем поглотителя весьма громоздки и сложны (рис. 1.18 и 1.20), однако от них зависит скорость и равномерность движения слоя адсорбента. Приняв высоту установки загрузочного устройства 0,8 м, а для разгрузочного – 1 м, получим высоту адсорбера

м.

Расход адсорбента определим из уравнения

Методики расчета аппаратуры, входящей в технологические схемы адсорбционных установок (газовых холодильников, калориферов и т. д.), подбора вентиляторов и другого вспомогательного оборудования (емкости, конденсатоотводчики и др.), а также расчета гидравлического сопротивления зернистых слоев изложены в соответствующих разделах данной книги.

Специфическим требованием для вспомогательного оборудования является его взрывобезопасное исполнение. Вентиляторы, например, должны иметь герметичный корпус во избежание утечек растворителя, исключения возможности попадания в него твердых частиц, способных вызвать искрение.

Корпус вентилятора из этих соображений часто футеруют цветными металлами (медь, латунь). Иногда вентиляторы и электродвигатели к ним устанавливают в смежных помещениях, пропуская вал вентилятора в сальнике через стену.

Из тех же соображений взрывобезопасности в схеме адсорбционных установок предусматриваются огнепреградители и предохранители-компенсаторы.

Огнепреградители предназначены для предотвращения распространения пламени в случае возгорания паровоздушной смеси. Принцип их действия заключается в поглощении выделяющегося при горении тепла, различными насадками (металлические сетки, фарфоровые шарики, гравий, другие теплоемкие элементы). Чаще всего используются гравийные огнепреградители, конструкции и характеристики которых приведены в литературе [3, с. 107]. Размер частиц гравия 3,5 х 3,5 мм, толщина слоя 70–80 мм.

Предохранители-компенсаторы служат для предотвращения разрушений адсорбционной установки при возникновении взрыва. Они представляют собой участки трубопровода, снабженные мембранами из тонколистовой меди, латуни, алюминия. Толщина мембраны 0,1–0,2 мм [6, с. 168].