книги / Углеродные адсорбенты и их применение в промышленности

Таблица I

Динамические xapf ктеристики адсорбции хлористого метилена углем СКТ-2

Разлитие адсорбционного процесса в коротком слое угля характеризовалось отсутствием параллельного переноса об­ ласти градиента концентраций как во влажном,так и в сухом потоке воздуха,даже при высоких степенях использования динамической емкости слоя. Подобные зависимости известны в литературе,в частности,они опубликованы в диссертациях /1 ,2 / и позволяют сделать вывод,что для описания процесса динамики адсорбции микропримесей в коротких слоях актив­ ного угля использование асцимптотического приближения о параллельном переносе области градиента концентраций по длине слоя неприменимо. Оно может быть справедливым лишь для больших длин слоев,когда степень использования дина­ мической емкости йд o.oi/a р приближается к единице и можно говорить лишь о равновесии,достигаемом во всем'слое, даже при его работе до проскока.

При отсутствии параллельного переноса по длине слоя адсорбента,характерном для коротких слоев, представляете я оправданным пренебречь влиянием факторов,приводящих ^сж а­ тию фронтов,в частности,выпуклости изотерм адсорбции. Это отмечалось в работе АЛДуховицкого, Я.Л.Забелинского и

А.С.Ваничкиной / 8 / . Следует учесть и то,что поглощение паров в коротких слоях адсорбента происходит в ограничен­ ном по длине слоя числе зерен,меняющимся от опыта к опыту, и что при этом на общий проще с существенно влияют пере­ менные условия входа в слой воздушного потока и условия его выхода из слоя. Адсорбция микропримесей коротким сло­ ем сопряжена с диффузией адсорбата,с неизбежными неодно­ родностями параметров пористой структуры сорбента, не од­ нородностями в распределении зерен в слое,колебаниями многочисленных условий эксперимента,свойств измерительной аппаратуры,поэтому вполне оправдано использоаание пред­ ставлений об определяемой экспериментально проскоковой концентрации адсорбата как о случайной величине. Для опи­ сания распределения проскока во времени мы попробовали использовать эмпирическое уравнение Вейбулла,имеющего две

Если представить выходную кривую как интегральную фун­ кцию распределения вероятности отказов во времени,то уравнение ( I) для описания выходной кривой с обозначения­ ми величин,принятыми в сорбционной технике,может быть представлено в виде уравнения (2) или в линейном виде, как уравнение (3 ):

На рис.1 представлен пример семейства выходных кривых сорбции паров ацетона различными слоями угля ПАУ из осу­ шенного воздушного потока в билогарифмических координа­

162

носительной влажностью 90$ (CH?Q= 14,8 “г/л ). Видно,что

кривые становятся линейныии л шь с определенного для каж­ дого слоя момента времени. Сопоставление с данными по &я-

Рис.2. Семейство выходных кривых адсорбции

паров ацетона (Со=0,04> мг/л) на угле Ш1 из воздушного потока с относительной влаж­

нетике сорбции паров воды показало,что этому моменту вре­ мени соответствует полное насыщение слоя парами воды. На выходной кривой 2 обозначен^ точка,отвечавшая моменту вре­ мени насыщения слоя длиной 2 см парами воды до состояния, близкого к равновесному. Следовательно,при описании про­ цесса динамической сорбции необходимо учитывать изменение во времени и по длине слоя условий поглощения микроприщесей. В общем случае качественно различных условий может быть три:

1. Слой,поглощающий микропримеси,не насыщен парами воды.

2. Слой,поглощающий микропримеси,одновременно поглоща­ ет и пары воды.

3. Слой,поглощающий микропримеси,равновесно увлажнен парами воды.

(А) - выходная кривая на равновесноувлажненном адсорбенте.

На рис.З сопоставлены выходные кривые адсорбции паров изооктана (С0 = 0,9 мг/л) углем АУ-2,где отчетливо видны все три стадии качественно различных условий его поглоще­ ния слоем.

Видна существенная деформация выходной кривой (Б).С на­ чала она почти параллельна выходной кривой (В ),затем с из­ менением во времени условий поглощения стремится к парал­ лельному направлению с выходной кривой (А).

Для адсорбентов различной пористой структуры изменения условий поглощения вызваны различием в кинетике адсорбции паров воды.

На рис.4 сопоставлены кинетические кривые адсорбции па­

166

а

Jr,

Рис.4 . Кинетические кривые адсорбции паров

воды слоем углей: di -ФТД- I (Еп~ 27 кДж/моль), б-СКТ-2а (Е0 ~ 24 кДж/моль) и0 Ь -СКТ-ба

(Е0 — 19 кДж/моль).

подъёма изотермы адсорбции паров воды сдвигается в сто­ рону более высоких относительных давлений. С этих пози­ ций объяснимы особенности поглощения из влажного возду­ ха адсорбтивов,размеры молекул которых соизмеримы с ли­ нейными размерами микропор. Характерным примером явля­ ется сопоставление кинетических кривых поглощения угля­ ми ПАУ и СКТ-2 ( L сл>= 1*5 см) паров воды с выходными кривыми адсорбции паров изооктана и бензола.

Быстрое насыщение водой угля ПАУ прежде всего сказа­ лось на адсорбции разветвленных молекул изооктана «который поглощался в участках слоя ненасыщенных парами воды. В случав угля СКТ-2 порядок выходных кривых изменился. Пог­ лощение бензола происходило совместно с парами воды и при полном насыщении слоя парами воды.

Наиболее наглядную информацию о взаимном влиянии раз­

вития по слою процесса поглощения паров микропримесей и паров воды дает сопоставление кривых распределения адсор­

батов по слою. Нами в идентичных условиях определены для различных длин слоев СКТ-2 кинетические кривые адсорбции

11-4 356

167

0.8

Об ОН

Ц2

Рис.5. Кинетические кривые поглощения углями ПДУ (А) и СКТ-2 (Б) паров воды и выходные кривые адсорбции изооктана (С0= 0,9 мг/л) и бензола <С0=1,2 м г/л ).

Длина слоя сорбентов 1,5 си. Концент­ рация паров воды в потоке 13 м г/л ( о - вода; о-изооктан; ▼-бензол).

паров воды при относительной влажности воздуха 60% и вы­ ходные кривые паров ацетона (С0 = 0,04 м г/л). Непосред­ ственное определение выходных кривых паров воды за корот­ кими слоями угля оказалось неудобным,поскольку почти мгно­ венно за слоем фиксировались концентрации,близкие к исход­ ным. Для семейства кинетических кривых адсорбции воды бы­ ли рассчитаны кривые распределения и выходные кривые.Рас­ чет производился по приближенным формулам (б) и (7 ):

(б)

где Спр - средняя просноковая концентрация на определен­ ном участке слоя L L .Формула (6) отражает баланс адсорби-

168

где Эи.©- средняя величина адсорбции на малом участке слоя между Li и Li--/ ; ЗД - количество погло­ щенного вещества слоем длиной Ь<- .

Рис.б. Кинетические (А) и расчетные выходные кривые (Б) по парам воды на угле GKT-2a. Длина слоя в см:

Эи - 2,0; 6 - 4 ,0 ; £ - 6,0. Концентрация паров воды в потоке 10 мг/л.

На рис,б сопоставлены кинетические кривые адсорбции паров воды и их расчетные выходные кривые.

Видно,что пары воды эффективно поглощаются слоем и при

приближении относительной проококовой концентрации к еди­ нице. Эта существенная особенность адсорбции паров воды объясняется тем, что она происходит в узком диапазоне кон­ центраций, и при онижении в слое относительной влажнооти

169

воздуха до 0,5Со слой угля практически прекращает погло­ щать пары воды.

Из выходных кривых адсорбции паров ацетона были рас­ считаны аналогичный способом кинетические кривые его по­ глощения слоек,а затек графическим методом - кривые рас­ пределения. На рис.7 сопоставлены расчетные кривые рас­ пределения паров воды и паров ацетона по слою угля СКТ-2 для одинаковых конентов времени.

а

Рис.7 . Кривые распределения паров воды и паров ацетона по длине слоя угля СКТ-2 для одинаковых моментов времени: 1 - 2 5 мин; 2 - 5 0 мин;

3 - 100 мин.; 4-200 мин.(— вода; —ацетон).

Длина работающего слоя по парам воды,особенно в началь­ ные моменты времени,не велика и соизмерима с длиной слоя, работающего по парам органического вещества. В данном случае ацетон поглощался,в основном, лишь в участках слоя ухе насыщенных парами воды. Можно представить,что при не-

170