Метод адсорбции основан на физических свойствах некоторых твердых тел с ультрамикроскопической структурой селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты из газовой среды. Адсорбцию применяют для удаления большого числа различных газообразных загрязнений, особенно органических, до получения их очень низких объемных концентраций (менее миллионных долей).
Основными областями применения этого метода являются обработка больших объемов газов с очень низкой концентрацией загрязняющих веществ и снижение концентраций этих веществ до следовых уровней. Полярные адсорбенты, такие как активированные оксиды алюминия, силикагель и молекулярные сита, обладают высокой селективностью по отношению к газам с полярными молекулами. Однако присутствие таких часто встречающихся полярных продуктов, как водяной пар, может приводить к снижению их адсорбирующей способности по отношению к другим веществам или делать их вовсе неэффективными. Неспецифический адсорбент — активированный уголь получил наиболее широкое распространение. Он является одним из немногих адсорбентов, которые можно использовать для влажных газов. Вследствие неспецифичности активированный уголь адсорбирует все газы, присутствующие в малых количествах, пропорционально их концентрациям, поэтому следует учитывать тот факт, что, помимо газа, который необходимо уловить, будут адсорбироваться и другие примеси.
При разработке адсорбционных систем необходимо учитывать следующие основные принципы:
1) достаточное время контакта между газовым потоком и слоем сорбента, позволяющее обеспечить необходимую эффективность очистки (малые поверхностные скорости и соответствующая высота слоя);
|
|
2) достаточная емкость адсорбента, обеспечивающая возможно более длительный срок службы;
3) возможно более низкое сопротивление газовому потоку для снижения энергетических расходов;
4) равномерное распределение воздушного потока, обеспечивающее полное использование сорбента;
5) либо проведение в случае необходимости предварительной обработки для удаления твердых частиц, мешающих газообразных примесей или веществ, которые нельзя десорбировать, либо предварительное охлаждение газов;
6) обеспечение возможности регенерации или замены отработанного насыщенного сорбента.
При расчете определяют необходимое количество сорбента, продолжительность процесса поглощения, размеры адсорбционной аппаратуры и энергетические затраты.
 |
Рисунок 3. Адсорбер вертикальный
1. труба для ввода газа
2. слой пористого сорбента
3. труба для удаления очищенного газа
4. барбатер
5. труба для отвода пара
Основные обозначения и единицы измерения:
§ Расход очищаемого газа - W, м3/ч;
§ Начальная концентрация - Со, г/м3;
§ Температура в адсорбере - tр, оС;
§ Давление в адсорбере – Р, Н/м2;
§ Плотность паровоздушной смеси - rг, кг/м3;
§ Вязкость паровоздушной смеси - n, м2/с;
§ Диаметр гранул поглотителя – d, мм;
§ Длина гранул – l, мм;
§ Насыпная плотность - rн, кг/м3;
§ Кажущаяся плотность - rк, кг/м3;
§ Эффективность процесса очистки h;
По изотерме адсорбции и заданной величине Со, г/м3, находим статическую емкость сорбента: a0, г/кг
1) Определить весовое количество очищаемого газа:
|
|
кг/с (18)
2) Перевести весовую статическую емкость сорбента a0, в объемную a0’:
кг/м3 (19)
3)Определить массу сорбента:
, кг, (20)
где К = 1.1…1.2 – коэф. запаса;
t – заданная продолжительность процесса сорбции, с.
Выбрать скорость потока газа в адсорбере w, м/с. Обычно фиктивная скорость паровоздушной смеси или скорость, рассчитанная на полное сечение слоя, выбирается в пределах 0.1…0.25 м/с.
4) Определить геометрические размеры адсорбера. Для цилиндрического аппарата:
- диаметр 
м (21)
- длина (высота) слоя адсорбента 
м (22)
5) Найти пористость сорбента 
(23)
6)Рассчитать эквивалентный диаметр зерна сорбента:
м (24)
Коэффициент трения найти в зависимости от характера движения
при Re<50 l=220/Re
при Re³50 l=11.6/Re0.25,
где 
- критерий Рейнольдса (25)
7) Определить гидравлическое сопротивление, оказываемое слоем зернистого поглотителя при прохождении через него потока очищаемого газа
, (26)
где Ф– коэффициент формы
8) Определить коэффициент молекулярной диффузии паров этилового спирта в воздухе при заданных условиях: Д0, при Т0 и Р0, Па:
(27)
9) Найти диффузионный критерий Прантля
(28)
Для заданного режима течения газа (определяется значением Rе) вычислить величину коэффициента массопередачи для единичной удельной поверхности, м/с
при Rе<30 
(29)
при Rе>30 
(30)
По изотерме адсорбции найти:
- количество вещества, максимально сорбируемое поглотителем при данной температуре; Ск
- величину концентрации поглощаемого вещества на входе в адсорбер Сх;
10) Рассчитать удельную поверхность адсорбента:
м2/м3 (31)
11) Определить концентрацию загрязнений на выходе из аппарата:
|
|
, (32)
где h - эффективность очистки в долях единицы
12) Находим продолжительность защитного действия адсорбера:
(33)
Полученные в результате расчета параметры должны обеспечивать заданный режим работы адсорбера в течении более чем t времени. Если t >> t, то в целях экономии адсорбента можно уменьшить высоту его слоя.