Внешнедиффузионный процесс.

В реальных условиях большое влияние на процесс поглощения вещества оказывают условия течения газа. Для слоя из зернистого материала ламинарный режим наблюдается, если критерий Рейнольдса Re < 20; турбулентный режим — если Re > 200; при 20 < Re < 200 возникает переходный режим. Если адсорбент имеет достаточно развитые транспортные поры и диффузия молекул абсорбтива внутри адсорбента совершается значительно быстрее, чем приближение молекул адсорбтива к поверхности гранул, то внешнедиффузионный массообмен является лимитирующим в кинетике адсорбции. В этом случае уравнение кинетики адсорбции имеет вид:

r_H ¶a/¶t = bо (с - с*),                                              (7.13)

r_H — насыпная плотность адсорбента, кг/м³; bo —коэффициент массоотдачи, отнесенный к 1 м³ слоя, с^-1; с – концентрация адсорбтива в газовом потоке, кг/м³; с* — концентрация в газовой фазе адсорбтива, находящегося в равновесии с поглощенным веществом, кг/м³.

Основная задача кинетики адсорбции — определение кинетических коэффициентов для использования их в уравнениях динамики адсорбции, поэтому разумным подходом к решении этой задачи является определение кинетических коэффициентов при экспериментальном изучении динамики адсорбции. Кинетический коэффициент обычно определяют из опытов по изучению начальной (первой) стадии динамики адсорбции, которая описывается уравнением

с/с₀ = ехр (-bе L/w),                             (7.14)

с₀ — содержание адсорбтива на входе в слой адсорбента, с – текущее содержание адсорбтива, равновесное с поглощенным веществом, bе — эффективный кинетический коэффициент; L - длина слоя адсорбента; w — скорость газового потока.

При наличии продольного переноса компонента, обусловленного молекулярной диффузией, коэффициент массоотдачи bе уменьшается; в этом случае учитывают поправочный коэффициент

,                             (7.15)

где w — скорость газа, отнесенная к площади полного сечению аппарата, м/с; bо – коэффициент массоотдачи, 1/с; f — удельная площадь поверхности массообмена, м²/м³; D* — коэффициент продольного переноса (обычно D*»0,5wdэ); dэ — эквивалентный диаметр зерна адсорбента.

 В практических расчетах, если неизвестно точное значение коэффициснта bо для данной системы, его определяют по эмпирическим критериальным уравнениям              

Nu_д = 0,883 Rе^0,47 Pr_д^0,33 , при Re < 30;

Nu_д = 0,53 Rе^0,64 Pr_д^0,33 , при 30 < Re < 150                 (7.16)

где Nu_д = bо×dэ/ D; Rе= w×dэ×rг / m; Pr_д = m/(rг D)

D – козффициент молекулярной диффузии компонента в смеси, м²/с;

rг, m плотность и динамическая вязкость газа, кг/м³ и Па×с.

Внутридиффузионный процесс.

Внутридиффузионный процесс лимитирует скорость процесса поглощения вещества при сравнительно больших скоростях газового потока. В этом случае для практических целей используют приближенное уравнение Глюкауфа

¶a/¶t = bт×(а* - а),                                                             (7.17)

где bт — кинетический коэффициент внутренней диффузии; а*— величина адсорбции, равновесная текущей концентрации адсорбтива в потоке на внешней поверхности гранул. Кинетический коэффициент внутренней диффузии зависит от размера гранул адсорбента, степени его заполнения q, типа адсорбента и природы адсорбируемого вещества. С увеличением степени заполнения значение bт уменьшается. Если известен коэффициент внутренней диффузии D_i, который обычно определяют по экспериментальным данным, то коэффициент bт можно вычислить по формуле

bт = 4 p² D_i / dэ .                                                               (7.18)

Коэффициент внутренней диффузии можно также найти расчетом:

D_i = Kф r² / (p²t_0,5),                                                            (7.19)

где Kф — коэффициент, зависящий от формы гранул (для промышленных адсорбентов Kф = 0,1 ... 0,6); t_0,5 — время отработки половины емкости гранулы.

Численное значение D_i при отсутствии молекулярно-ситовых эффектов часто лежит в интервале (1 ... 20) 10^-5 см² /с. Следует иметь в виду, что коэффициент D_i носит формальный характер, так как гранулы промышленных адсорбентов имеют не однородную, а бидисперсную пористую структуру.

⇐ Предыдущая14151617181920212223Следующая ⇒

Поделиться: