химический каталог




Активные угли и их промышленное применение

Автор X.Кинле, Э.Бадер

фактором, контролирующим кинетику в продолжении всего процесса адсорбции, так как подключающиеся в дальнейшем механизмы переноса играют лишь второстепенную роль. Экспериментальные и теоретические исследования этого вида диффузии выполнены Хайлем [16] и Шпаном [17]. Скорость диффузии в пленке определяется градиентом концентрации в граничной пленке. Достаточно высокие скорости потока способствуют образованию тонкой граничной пленки, а следовательно, сокращению времени диффузии в пленке.

После преодоления граничной пленки следует массоперенос в сообщающихся с поверхностью макро- и мезопорах. Диффу-

30

зия в этих порах мало отличается от свободной молекулярной диффузии в газе или в жидкости, заполняющей поры. Поскольку сечение этих пор во много раз превышает диаметр молекул адсорбтива, столкновения со стенками пор, замедляющие перенос, имеют второстепенное значение. В процессе внутренней диффузии, обусловленной градиентом концентраций, устанавливается адсорбционное равновесие между концентрацией вещества на поверхности зерна и на внутренней поверхности пор. В жидкостях диффузия в порах через некоторое время (~0,5 ч) становится ничтожно малой, так как с проникновением молекул адсорбтива в тонкие микропоры их подвижность заметно снижается в результате столкновения со стенками пор. Для такого вида диффузии характерна зависимость коэффициента диффузии от радиуса пор; по имени описавшего ее ученого она называется кнудсеновской диффузией. Параллельно диффузии в порах и кнудсеновской диффузии протекает так называемая поверхностная диффузия, когда молекула адсорбтива диффундирует вдоль стенок поры и не десорбируется с них. В микропорах, имеющих диаметры, соизмеримые с размерами молекул адсорбтива, такой вид диффузии является единственным транспортным механизмом. После заполнения макро- и мезопор поверхностная диффузия становится процессом, контролирующим скорость адсорбции.

Скорость диффузии зависит от градиента концентраций ад-сорбта на поверхности. Медленно протекающая поверхностная диффузия является причиной часто наблюдаемого явления, когда отработанный слой адсорбента после определенного перерыва («отдыха») вновь начинает поглощать. Это наблюдается в процессе перколяции водных растворов.

3.7. ПРОЦЕСС ДИНАМИЧЕСКОЙ АДСОРБЦИИ В СЛОЯХ АКТИВНОГО УГЛЯ

Для расчета параметров адсорбционных аппаратов большой интерес представляет протекание процесса адсорбции во времени. В большинстве случаев — независимо от механизмов диффузии, описанных выше,— исследуется только общая зависимость снижения концентрации от времени и влияние рабочих параметров динамического процесса. Основой для решения этой задачи применительно к жидкой и газовой фазам служит модель «длины неиспользованного слоя» (модель LUB — Lan-ge des unbenutzten Bettes), впервые предложенная Коллинзом [18]. В соответствии с этой моделью (рис. 3.9) слой активного угля делится на 3 части: в первой части, на входе в слой, имеет место равновесная адсорбция, т. е. достигается максимальное насыщение в равновесии с исходной концентраци-ей С0- Далее, в направлении потока за ней непосредственно следует так называемая зона массопередачи (MOZ); замыкает слой последняя, еще не насыщенная адсорбтивом часть. Харак-

31

Рис. 3.9. Модель LVJВ:

о — зона массопередачи; б — выходная кривая.

терное для адсорбционного процесса поглощение адсорбтива осуществляется в зоне массопередачи.

В процессе адсорбции адсорбционная зона перемещается в направлении потока по слою адсорбента пока ее фронт не достигнет выхода из слоя. В этот момент происходит проскок. При последующем продвижении зоны массопередачи проскоко-вая концентрация возрастает до тех пор, пока концентрация на выходе из слоя С не станет равной начальной концентрации С0. Адсорбционный слой насыщается в равновесии с начальной концентрацией. Однако на практике такое насыщение одноступенчатого адсорбера не допускается, так как процесс насыщения прекращается при достижении определенной про-скоковой концентрации.

Длина зоны массопередачи является решающим критерием для расчета адсорбционного аппарата, так как для эффективного адсорбционного процесса необходимо, чтобы адсорбционная зона находилась в слое. Кроме того, отношение этого работающего слоя к общей длине угольной шихты определяет степень использования последней, и поэтому знание длины и скорости продвижения зоны массопередачи очень важно для практики.

Наиболее надежным способом определения этих параметров является деление адсорбционного слоя на 2—3 части и определение соответствующих выходных кривых за этими участками слоя. По времени, которое необходимо для прохождения этих участков соответствующими точками на выходных кривых, можно рассчитать скорость продвижения зоны массопередачи. Поскольку на практике, особенно в водных системах, иногда наблюдаются сильно растянутые зоны массопередачи, времена проскока, соответствующие концентрациям С/Со ^ 0,9 и С/Со ^0,1, часто значительно расходятся.

Аналитическое определение скорости продвижения зоны массопередачи осложняется также возможными колебаниями значений Со- Поэтому перемещение зоны массопередачи принято контролировать по точке, в которой С/С0 = 0,5.

Скорость продвижения зоны массопередачи UM0Z описывается формулой:

UMUZ-(W2-ff.)/(4ft-4lT.) <3:20)

32

Рис. 3.10. Изменение зон массопередачи в зависимости от времени работы слоя:

а — постоянная форма; б — пропорциональная форма. §

где Н] — длина слоя на участке 1; Н2 — общая §

длина слоя участков 1+2; 4о. н,-—время до вы- §-

хода точки с С/С0 = 0,5 за соответствующим §

участком слоя. S

Длину зоны массопередачи Lmoz мож- | но рассчитать следующим образом: §

-'л, *«)/('«• л, "Л я,) <3-21)

где /s, Ht — время до насыщения (С/С0 = 1 за слоем #,); tD, — время до первого проскока за слоем Hi.

Эти закономерности, естественно, выполняются при условии постоянной скорости продвижения и так называемой «постоянной» формы адсорбционной зоны [19]. Однако процессы поглощения многих содержащихся в воде органических веществ характеризуются «пропорциональной» формой зоны массопередачи, т. е. эта форма меняется как функция времени работы адсорбера (рис. 3.10). Так, процесс поглощения органических соединений хлора в воде, используемой для получения питьевой воды, отличается постоянной формой адсорбционной зоны [20], тогда как для обычных органических веществ, содержащихся в воде, характерна пропорциональная форма адсорбционной зоны.

Многочисленные процессы динамической адсорбции на активных углях преследовали цель оптимизировать параметры адсорбционного слоя посредством изменения условий процесса и соответственно длины адсорбционной зоны. Как видно из рис. 3.6, скорость адсорбционных процессов определяется различными механизмами адсорбции. Поэтому вполне очевидно, что скорость адсорбции, выражаемая как время достижения половинной концентрации t*, зависит от размера зерен адсорбента [21]:

1 = агП (3.22) где а — константа; г — радиус зерна; п — константа, теоретически равная 2.

Зависимость длины зоны массопередачи от размера зерна (Цилиндрических гранул) можно показать на серии опытов, результаты которых представлены ниже [22]:

Диаметр зерен, мм 0,8 1,2 1,5 2,5 4,0

Время до проскока to, 75 60 35 18 5

мин

В динамическую трубку засыпаются равные навески цилиндрических угольных гранул, имеющих одинаковое распределение пор и равную плошадь поверхности, но различающихся по

* t—время уменьшения концентрации раствора до половины исходного значения.

2 Зак. 806

83

диаметру. Через слой угля пропускается поток воздуха, содержащий 50 г/м3 хлорпикрина, и определяется время защитного действия, т. е. время до появления проскока. С увеличением диаметра зерен сокращается время до проскока, что вызвано увеличением длины зоны массопередачи. Кроме размера зерен на длину зоны массопередачи существенно влияет линейная скорость потока. Ниже представлены величины, рассчитанные с помощью уравнения (3.21) из опытных данных для потока сухого воздуха, содержащего 12 г/м3 тетрахлорэти

страница 8
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58

Скачать книгу "Активные угли и их промышленное применение" (2.76Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
сезонный букет невесты купить
Фирма Ренессанс винтовые лестницы из металла - всегда надежно, оперативно и качественно!
кресло престиж комплектующие
Самое выгодное предложение в KNSneva.ru: MSI GS72 6QE-437 - офис продаж со стоянкой: Санкт Петербург, ул. Рузовская, д.11, тел. (812) 490-61-55.

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(09.12.2016)