Вспомогательное оборудование криогенных установок
Грачев А.Б., Боярский М.Ю., Савинова Н.М.

5. Методика приближенного расчета адсорбера

а) Адсорбция

1. В исходных данных задается количество смеси, поступающей на очистку, ее температура, давление и концентрация поглощаемого (поглощаемых) компонента.

2. Определяют диаметр адсорбера из уравнения

(3-8)

где V_см – объем смеси, поступающей на очистку,
w_ф – фиктивная скорость.

Если диаметр D при расчете получается слишком большим (не конструктивным), то необходимо уменьшить величину V_см или принять в схеме параллельное включение нескольких адсорберов.

3. Задаются временем t_р работы адсорбера до переключения. В промышленных условиях t_p удобно принимать кратным 8, например 8, 16, 24 и т.д. часам.

4. Устанавливают время t защитного действия из отношения

(3-9)

Запас времени защитного действия обусловлен тем, что в процессах адсорбции и десорбции адсорбент насыщается и десорбируется неравномерно; возможны также пульсации потоков и попадание (при осушке) капельной влаги.

5. Определяют из уравнения (2-7) высоту H слоя адсорбента, подставляя t из (3-9) и вместо w, принимая w_ф или w_ф'

(3-10)

где x₀ – содержание примеси в потоке-носителе, граммах;
a_дин – динамическая активность;
t – время защитного действия.

Для силикагеля и активного глинозема или алюмогеля динамическая активность по парам воды равна a_дин = 0,1 см³/г, для цеолитов – 0,1-0,16 см³/г.

Активность различных адсорбентов по другим веществам приведена в [16].

Если величина H получается из расчета неконструктивной, новое значение t и расчет повторяют.

6. Определяют массу адсорбента

(3-11)

ρ'_адс - объемная масса адсорбента.

7. Определяют гидравлическое сопротивление слоя адсорбента

(3-12)

где f – коэффициент сопротивления, ρ - плотность газа,
H - высота слоя адсорбента, w_ср - скорость потока,
d_э – эквивалентный диаметр каналов между зернами,
ε - пористость слоя.

Величины ρ, d_э, ε можно найти в [14, 16].

б) Десорбция

1. 3адаются временем t_дес десорбции адсорбента. Величину t_дес принимают не более 0,5 t_р из условия того, что адсорбент к моменту переключения адсорберов должен быть после десорбции охлажден.

2. В тех случаях, когда десорбцию проводят регенерирующим газом, его количество определяют из условия полной очистки адсорбента.

(3-13)

где ρ_рег, х_0,рег - соответственно плотность и концентрация примеси в регенерирующем газе.

Для простоты расчета можно принять х_0,рег ≈ х₀ .

Коэффициентом 1,2 учитывается неравномерность процесса десорбции.

Целесообразно также проверить необходимое количество регенерирующего газа, поступающего на десорбцию по тепловому балансу процесса регенерации [14].

(3-14)

где Q₁ ÷ Q₅ - соответственно количество тепла, затраченное на нагревание адсорбера, адсорбента, изоляции, на десорбцию поглощенного вещества и потерю тепла в окружающую среду,
C_p – теплоемкость регенерирующего газа,
T_вх, Т_вых - температура газа на входе и выходе из адсорбера.

3. Определяют мощность электроподогревателя

(3-15)

где C_p – теплоемкость газа регенерирующего потока, 1,3 – коэффициент запаса.

В случае регенерации адсорбента в системе очистки с использованием вакуумной откачки десорбируемого вещества, электроэнергия расходуется на нагревение адсорбера и асорбента, а также на привод вакуумнасоса.

Мощность электроподогревателя определяется из уравнения

(3-16)

где коэффициент 1,3 учитывает потери, связанные с несовершенством изоляции,

Q₁, Q₂, Q₃ - расход тепла на нагрев адсорбера, адсорбента и на десорбцию поглощенного газа. Теплота десорбции Q₃ различных газов приведена в [15].

Мощность привода вакуумнасоса определяется из уравнения

(3-17)

где S – быстрота откачки насоса, которая приводится в его паспорте,
p, p_а – давления на всасывании и нагнетании насоса.
K – показатель адиабаты.

Следующая страница: 3.2. Очистка газов вымораживанием примесей