Расчет адсорбера с неподвижным адсорбентом.

При адсорбционном разделении треб-ся осущ-ть след. основные стадии.

Адсорбция — контактирование подлежащей разделению смеси с адсорбентом, в результате которого определенные компоненты смеси адсорбируются, а оставшиеся выводятся из слоя.

При адсорбционном разделении жидких смесей во многих случаях к ним добавляют р-ль, к-ый плохо адсорбируется. Его основное назначение закл-ся в снижении вязкости среды, облегчающем диффузию адсорбируемых комп-ов.

Дес-ия — контактирование отработанного адсорбента с десорбирующим агентом с целью извлечения поглощенных комп-ов и достижения необх-ой степени регенерации адсорбента. Для облегчения десорбции и сокращения расхода десорбирующего агента, а также для более полной регенерации адсорбента процесс дес., как пр-ло, проводят при повышен темп-ре.

Удаление десорбирующего агента из слоя адсорбента и подготовка адсорбента для проведения адсорбции или окислительной регенерации. Удаление десорбирующего агента из слоя адсорбента часто сопровождается охлаждением слоя до температуры процесса адсорбции.

Адсорберы 3 типов: с неподвижн, подвижным и псевдоожиженным слоем

При расчете адсорбера (десорбера) обычно пользуются экспериментальными данными по активности адсорбента для соответствующих компонентов разделяемой смеси а_i

Общая масса компонентов, поглощенных в единицу времени (производительность), составит

Для адсорбера с неподвижным слоем адсорбента при продолжительности стадии адсорбции τ_A будет поглощена масса вещества

Средняя активность адсорбента определяется из выражения

Масса адсорбента, необходимая для осуществления процесса, равна

а объем адсорбента

где ρ_А — насыпная плотность адсорбента, кг/м³

Диаметр адсорбера D обычно составляет 2 — 3 м, а высота Н не превышает 12 м. Высота слоя адсорбента лимитируется прочностью гранул и сопротивлением слоя адсорбента. Скорость газа в свободном сечении аппарата составляет около 0,1 —0,2 м/с.

При нисходящем потоке адсорбента и восходящем потоке разделяемого сырья линейная скорость движения последнего не должна превышать такого значения, при котором наиболее мелкие частицы адсорбента могут увлекаться восходящим потоком сырья. В связи с этим обстоятельством при выборе размеров адсорбера необходимы тщательные гидравлические расчеты.

Высота слоя адсорбента

где N, — число, параллельных потоков, обеспечивающих заданную производительность G.

Чтобы обеспечить непрерывную работу установки в каждом из параллельных потоков необходимо иметь следующее число аппаратов:

где — длительность полного цикла; τ_i длительность отдельной стадии процесса, τ_А- длительность стадии адсорбции.

Общее число адсорберов на установке составит

Расчет числа теоретич ступеней изм-я концентраций (ЧТТ) м.быть выполнен с использ изотермы адс и рабочей линии (рис. VIII-12). ЧТТ опред-ся графическим построением ломаной линии между ИзотАдс и Раб Линией, соотв-й уравнению

g_a/G₀=(y_н-y_к)/(а_к-а_н).

На основе такого построения производится определение общего ЧТ ступеней изменения концентраций N_T. Необходимая высота адсорбера опр-ся по ур.: H=N_Th_{э ,} где h_э -высота слоя адсорбента, эквив-я одной теор ступени изм-я концентраций, опред-ся экспериментально.

Объем адсорбента V_A может быть найден также, если известна величина допустимой объемной скорости V_Д по исходному разделяемому сырью или продолжительность контакта τ_к: V_A=V_C/V_Д или V_A=V_Cτ_к/ε, где V_C -об. расход сырья, м³/с; V_Д -допустимая об скорость подачи сырья (об сырья, кот может быть подано в ед. времеи на ед. объема адсорбента), м³/(м³с) или с^-1; ε -порозность слоя адсорбента, м³/м³.

Рис. VIII-12 Графическое определение ЧТ ступеней изм-я концентрации для адсорбера: ОС-изотерма адсорбции; AB-раб линия

20. Способы регенерации адсорбентов.

Регенерация адсорбента проводится с целью восстановления его адсорбционной спос-ти. Основные способы регенерации адсорбента:

1. Вытеснение поглощенных компонентов с поверхности адсорбента другим в-вом, обладающим более высокой адсорбируемостью. И последующее его выделение из адсорбента.

2. Вытеснение адсорбированных компонентов веществом, обладающим меньшей адсорбируемостью (неполярные растворители). В этом случае процесс десорбции осуществляется за счет нарушения состояния равновесия между адсорбатом и протекающим через слой адсорбента раствором и обусловливается меньшей концентрацией данных компонентов в растворе, чем соответствующая условию равновесия с адсорбатом.

3. Испарение адсорбированных компонентов при нагреве адсорбента или при понижении общего давления в системе либо парциального давления адсорбированных компонентов. Метод исп-ся для разделения смесей сравнительно летучих компонентов.

4. Окислительная регенерация, при к-ой адсорбированные комп-ты удаляют из адсорбента путем их сжигания. Этот метод применяют в тех случаях, когда адсорбированные вещества отличаются весьма высокой адсорбционной способностью и удаление их изложенными выше способами практически невозможно. К этому способу регенерации адсорбента прибегают в тех случаях, когда адсорбированные компоненты не являются целевыми и их потеря в виде продуктов сгорания допустима по экономическим и экологическим соображениям.

Часто процесс регенерации адсорбента осуществляется комбинированием методов. Метод регенерации адсорбента выбирают в зав-ти от конкретных условий, свойств разделяемой смеси, масштаба производства, экономики процесса, выполнения условий охраны окружающей среды.

Десорбция облегчается с повышением Т и увеличением расхода десорбирующего агента, при понижении Р в с-ме. Экономичность пром-го адсорбционного разделения зависит от режима пр-са регенерации адсорбента, т.к существенная часть энергозатрат пр-са в целом приходится на стадию десорбции.

В рез-те десорбции адсорбционная спос-ть адсорбента может восстанавливаться полностью или частично. Неполное восстановление активности адсорбента позволяет сократить эксплуатационные затраты.

Зав-ть активности адсорбента а (по отношению к первоначальной его активности а₀) от числа регенераций N представлена на рис. Приведенная кривая показывает, что наибольшее снижение активности адсорбента наблюдается после первой регенерации. В дальнейшем активность снижается постепенно и в меньшей степени.

Такой характер восстановления активности адсорбента объясняется тем, что при регенерации часть его активной поверхности остается занятой адсорбированными компонентами и в дальнейшем исключается из участия в процессе адсорбции. При использовании в качестве десорбирующих агентов полярных растворителей активность адсорбента восстанавливается наиболее полно. При окислительной регенерации активность адсорбента восстанавливается практически полностью.

21. Основное уравнение гидростатики

Гидростатика -раздел гидравлики, в котором изучаются законы равновесия жидкостей. Важное место в гидростатике имеет понятие о гидравлическом давлении.

Выделим в жидкости, находящийся в равновесном состоянии, объем ∆V рис 1. Чтобы определить силы, действующие в жидкости, рассечем выделенный объем плоскостью ∆F, отбросим одну из частей, например верхнюю, и заменим действие отброшенной части силой ∆P.

Отношение ∆P к ∆F называется средним гидростатическим давлением

.

Очевидно, что в каждой точке площадки ∆F гидростатическое давление будет различным, при этом среднее гидростатическое давление будет тем меньше отличаться от истинного, чем меньше величина площадки ∆F.

Рис 1.

Таким образом истинное давление в точке А будет равно предельному

Рис 2.

Выделим в жид-ти, находящейся в покое, объем, имеющий форму призмы со сторонами ∆х, ∆у и ∆z. Рис 2. Рассмотрим равновесие этого объема под действием приложенных к нему сил. Спроектируем силы на вертикальную ось. Очевидно, равнодействующая всех сил, направленных вертикально, будет равна нулю, так как тело находится в равновесии. След. или

отсюда основное уравнение гидростатики.

Гидростатическое давление в жидкости пропорционально высоте ее слоя и на одинаковой глубине имеет одну и ту же величину во всех точках жидкости.

Если верхнее основание выделенного объема совпадает с поверхностью жидкости, давление на которой равно то . Поскольку разность Р и Р₁ является подъемной (выталкивающей) силой, то запишем:

Режимы движения жидкости

Режим движения вязкой ж-ти может быть ламинарным и турбулентным.

Ламинарный режим течения наблюдается при малых скоростях движения или большой вязкости жидкости. При этом жидкость движется как бы параллельными струйками, которые не смешиваются одна с другой.

По сечению трубопровода скорости струек изменяются по параболическому закону, однако скорости всех струек направлены вдоль оси потока и постоянны по величине. Около стенки трубы скорость равна нулю, на оси трубы – она макс. Средняя скорость жидкости равна половине макс-ой.

Опыты, проведенные в 1883г. Рейнольдсом:

 

 

Турбулентный режим наблюдается при больших скоростях. Частички жидкости движутся беспорядочно по рассекающимся направлениям. Однако в каждый момент имеется некоторое распределение скоростей, определяющее движение частиц жидкости вдоль оси потока. В каждой точке потока происходит пульсация скорости относительно некоторой средней величины.

Переход ламинарного течения к турбулентному тем легче, чем больше массовая скорость жидкости, диаметр и меньше вязкость жидкости , которые определяют величину безразмерного комплекса – критерия Рейнольдса:

Re < 2300 – устойчивый ламинарный режим

2300 < Re < 10000 – неустойчиво турбулентный режим

Re > 10000 – устойчиво турбулентный режим

23.Уравнение неразрывности потока
(Материальный баланс потока)

Рассмотрим объем элементарной струйки между двумя сечениями. Слева в выделенный объем втекает в единицу времени количество жидкости

А справа из этого объема за то же время вытекает количество жидкости

 

Если же жидкость несжимаема, через боковую поверхность струйки расход жидкости отсутствует и в жидкости не образуются пустоты:

 

 

Поскольку это соотношение справедливо для любых двух сечениях струйки:

- Уравнение неразрывности

 

 

Для потока жидкости уравнение неразрывности записывается:

 

Отсюда

 

 

Т.е. средние скорости потока жидкости обратно пропорциональны площади поперечного сечения соответствующих сечениях потока.