9第三章第四節(jié)固定床吸附過程的計(jì)算

1、 # 第四節(jié)固定床吸附過程的計(jì)算固定床吸附器結(jié)構(gòu)簡單，但由于氣體吸附過程是氣固傳質(zhì)，對任一時(shí)間或任一顆粒來說都是不穩(wěn)定過程，因此固定床吸附器的吸附操作是非穩(wěn)態(tài)的，計(jì)算過程非常復(fù)雜，一般要涉及到物料衡算方程、吸附等溫線方程和傳熱速率方程及熱量衡算。而在氣態(tài)污染物的吸附凈化設(shè)計(jì)中，由于所涉及到的物系是低濃度的氣態(tài)混合物，且氣量一般比較大，吸附熱相對較小，因此可近似地按等溫過程處理，可不考慮傳熱速率方程和熱量方程（升溫脫附除外）。這樣在設(shè)計(jì)過程中可采用簡化了的方法進(jìn)行近似計(jì)算，計(jì)算時(shí)往往提出如下假設(shè)：（1）氣相中吸附質(zhì)濃度低；（2）吸附操作在等溫下進(jìn)行；（3）傳質(zhì)區(qū)通過整個(gè)床層時(shí)長度保持不變；（4）

2、床層長度比傳質(zhì)區(qū)長度大得多。這些簡化限制條件對目前工業(yè)上應(yīng)用的吸附器來說，一般是符合的。設(shè)計(jì)中較常采用的是希洛夫近似計(jì)算法和透過曲線計(jì)算法。計(jì)算過程一般是在吸附劑的選擇、吸附設(shè)備的選擇和吸附效率確定之后進(jìn)行的。設(shè)計(jì)計(jì)算的任務(wù)是求出吸附器的床層直徑和高度，吸附劑的用量，吸附器的一次循環(huán)工作時(shí)間，床層壓降等。下面首先介紹固定床吸附器的吸附過程。一、固定床吸附器的吸附過程在固定床吸附器的吸附操作中，一般是混合氣體從床層的一端進(jìn)入，凈化了的氣體從床層的另一端排出。因此，首先吸附飽和的應(yīng)是靠近進(jìn)氣口一端的吸附劑床層。隨著吸附的進(jìn)行，整個(gè)床層會(huì)逐漸被吸附質(zhì)飽和，床層末端流出污染物，此時(shí)吸附應(yīng)該停止，完成了

3、一個(gè)吸附過程。為了描述吸附過程，提出了以下概念。（一）吸附負(fù)荷曲線與透過曲線吸附負(fù)荷曲線在實(shí)際操作中，對于一個(gè)固定床吸附器，氣體以等速進(jìn)入床層，氣體中的吸附質(zhì)就會(huì)按某種規(guī)律被吸附劑所吸附。吸附一定時(shí)間后，吸附質(zhì)在吸附劑上就會(huì)有一定的濃度，我們把這一定的濃度稱為該時(shí)刻的吸附負(fù)荷。如果把這一瞬間床層內(nèi)不同截面上的吸附負(fù)荷對床層的長度（高度）作一條曲線，即得吸附負(fù)荷曲線。也就是說，吸附負(fù)荷曲線是吸附床層內(nèi)吸附質(zhì)濃度x隨床層長度z變化的曲線。 圖3-12附負(fù)荷曲線3-13吸府負(fù)荷曲絃在理想狀態(tài)下，若床層完全沒有阻力，吸附會(huì)在瞬間達(dá)到平衡，即吸附速率無窮大，則在床層內(nèi)所有斷面上的吸附負(fù)荷均為一個(gè)相同的值

4、，吸附負(fù)荷曲線將是一個(gè)直角形的折線，如圖3-12所示。但實(shí)際上是不可能的，在實(shí)際操作中由于床層中存在著阻力，在某一瞬間床層內(nèi)各個(gè)截面上的吸附負(fù)荷會(huì)有差異，我們這時(shí)所繪制的曲線將是圖3-13所示的吸附負(fù)荷曲線。圖中把曲線分成了三個(gè)區(qū)域：飽和區(qū)（所有吸附劑已經(jīng)達(dá)到了飽和）、傳質(zhì)區(qū)（有一部分吸附劑還正在吸附）和未用區(qū)（所有吸附劑上均未有吸附質(zhì)）。如果經(jīng)過一段時(shí)間的吸附，繪制另一時(shí)刻的吸附負(fù)荷曲線時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)曲線前進(jìn)到了II線的位置，所以我們又形象地把吸附負(fù)荷曲線稱為吸附波或吸附前沿。當(dāng)吸附波的下端到達(dá)床層未端時(shí)，說明已有吸附質(zhì)漏出，這時(shí)床層被穿透，當(dāng)床層被穿透的這個(gè)時(shí)刻，稱為破點(diǎn)。此時(shí)流出氣體中吸附質(zhì)

5、的濃度稱為破點(diǎn)濃度。在實(shí)際工作中，由于吸附劑中吸附質(zhì)的濃度（即吸附負(fù)荷）不易測定，故目前許多場合，曲線的縱坐標(biāo)都以床層中混合氣體的濃度c來表示。因此，吸附負(fù)荷曲線又可定義為在穩(wěn)定吸附狀態(tài)下，床層中氣相中吸附質(zhì)的濃度隨床層高度（長度）變化的曲線。由于床層的阻力不同，吸附負(fù)荷曲線會(huì)有不同的形狀。床層阻力愈大，某一時(shí)刻床層內(nèi)各截面上濃度差別越大，吸附負(fù)荷曲線也就變得越平緩，這當(dāng)然是我們不希望出現(xiàn)的情況。透過曲線吸附負(fù)荷曲線表達(dá)了床層中濃度分布的情況，可直觀地了解床層內(nèi)操作的狀況。但要從床層中各部位采出吸附劑樣品進(jìn)行分析是相當(dāng)困難的，這樣易破壞床層的穩(wěn)定。因此通常改用在一定的時(shí)間間隔內(nèi)。分析床層流出物

6、中吸附質(zhì)濃度的變化，以流出物中吸附質(zhì)濃度y為縱坐標(biāo)。時(shí)間t為橫坐標(biāo)，則隨時(shí)間的推移可畫出一條T-y曲線。如圖3-14所示，開始時(shí)流出物中吸附質(zhì)濃度為yB，它是與吸附劑中的xB濃度相平衡的（xB為破點(diǎn)時(shí)床層出口端的吸附負(fù)荷）。流出物中吸附質(zhì)濃度開始上升，到te時(shí)升到y(tǒng)E,即接近床層進(jìn)口濃度，這時(shí)床層已完全沒有吸附能力，吸附波的末端也離開床層了。于是在T-y圖上，從TB到TE呈現(xiàn)一個(gè)S型曲線，這條曲線稱“透過曲線”。它的形狀與吸附負(fù)荷曲線是完全相似的，只是方向相反。由于它與吸附負(fù)荷曲線成鏡面對稱相似,所以也稱吸附負(fù)荷曲線為“吸附波”或“傳質(zhì)前沿”。圖3-14吸附床吸附il梓中流出物分析曲線由于透過

7、曲線易于測定和標(biāo)繪出來，因此也用它來反映床層內(nèi)吸附負(fù)荷曲線的形狀，而且也能準(zhǔn)確地求出破點(diǎn)。如果透過曲線比較陡，說明吸附過程比較快，反之則速度較慢。如果透過曲線是一條豎直的直線，則說明吸附過程是飛快的，是理想的吸附波。（二）保護(hù)作用時(shí)間保護(hù)作用時(shí)間是固定床吸附器的有效工作時(shí)間。它定義為從吸附操作開始到床層被穿透所經(jīng)歷的時(shí)間稱為保護(hù)作用時(shí)間，如圖3-14所示的由T0到TB所經(jīng)歷的時(shí)間，到達(dá)tb時(shí)，床層內(nèi)吸附劑還沒有完全飽和。圖中的yB0,是根據(jù)排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定出的一個(gè)值。圖3-14還出現(xiàn)一個(gè)點(diǎn)，即te，時(shí)間到達(dá)te時(shí)，吸附波整個(gè)移出床層，說明床層內(nèi)的吸附劑已完全飽和，完全失去了吸附能力，這一點(diǎn)稱為耗竭

8、點(diǎn)或稱干點(diǎn)，到達(dá)干點(diǎn)時(shí)，床層內(nèi)流出的氣體中，吸附質(zhì)濃度基本回復(fù)到進(jìn)口濃度。在實(shí)際操作中，一旦達(dá)到了破點(diǎn)，就應(yīng)停止操作，切換到另一吸附床，穿透了的吸附床轉(zhuǎn)入脫附再生。（三）傳質(zhì)區(qū)高度把一個(gè)吸附波所占據(jù)的床層高度稱為傳質(zhì)區(qū)高度，用Za表示。從理論上講，傳質(zhì)區(qū)高度應(yīng)是流出氣體中溶質(zhì)濃度從0變到y(tǒng)0這個(gè)區(qū)間內(nèi)吸附波在Z軸上占據(jù)的長度，但實(shí)際上再生后的吸附劑中還殘留一定量的吸附質(zhì)（一般為初始濃度y0的5%10%）,而吸附劑完全達(dá)到飽和的時(shí)間又太長，所以一般把由破點(diǎn)時(shí)間tb對應(yīng)的氣體濃度yB到干點(diǎn)時(shí)間te對應(yīng)的氣體濃度yE這段時(shí)間內(nèi)吸附波在Z軸上所占據(jù)的長度稱為傳質(zhì)區(qū)高度。為了使吸附操作比較可靠，就必須使

9、床層有足夠的長度，起碼要包含一個(gè)穩(wěn)定的傳質(zhì)區(qū)。而形成一個(gè)穩(wěn)定的傳質(zhì)區(qū)需要一定時(shí)間。如果吸附器床層長度比傳質(zhì)區(qū)長度還短，那就不能出現(xiàn)一個(gè)穩(wěn)定的傳質(zhì)區(qū)，操作不穩(wěn)定，出現(xiàn)破點(diǎn)的時(shí)間會(huì)比計(jì)算的來得快，為避免此點(diǎn)，吸附器床層長度一定要比傳質(zhì)區(qū)長度長。例如實(shí)驗(yàn)室內(nèi)所用吸附柱高度就規(guī)定應(yīng)至少是傳質(zhì)區(qū)長度的兩倍，而吸附柱直徑最少應(yīng)是最大吸附劑顆粒直徑的10倍。（四）傳質(zhì)區(qū)吸附飽和率（度）和剩余飽和能力分率這兩個(gè)概念可用下式表示：吸附飽和率度*Za內(nèi)吸附劑達(dá)飽和時(shí)的吸附量剩余飽和吸附能力分率%內(nèi)吸附劑仍具有吸附能力這也是量度固定吸附床操作性能內(nèi)兩個(gè)指達(dá)到飽和時(shí)飽吸率越大，剩余飽和吸附能力分率越小，說明吸附床的操

10、作性能越好。二、希洛夫近似計(jì)算法（一）希洛夫公式在理想狀態(tài)下，在理想保護(hù)作用時(shí)間tb內(nèi)通過吸附床的吸附質(zhì)將全部被吸附，即通過床層的吸附質(zhì)的量一定等于床層內(nèi)所吸附的量，即：(3-19)G/AcZApxSBoBT式中GS氣體通過床層的速率，kg/（m2s）；A吸附床層截面積，m2；xT吸附劑的靜活性（平衡吸附量），kg/kg；t；理想保護(hù)作用時(shí)間，min；c0氣體中污染物初始濃度，kg/m3；PB吸附劑堆積密度，kg/m3；Z床層長度，m。由上式可得：(3-20)pxBTGcS0對于一定的吸附系統(tǒng)和操作條件，PB、xT、GS、co均已確定，因此可令PBXTKGSc0(3-21)則（3-21）式可變

11、成：t；B=KZ（3-22）但對一個(gè)實(shí)際的操作過程，由于床層存在阻力，因此實(shí)際上的保護(hù)作用時(shí)間TB要比理想保護(hù)作用時(shí)間Tb短，我們把被縮短的這段時(shí)間稱為保護(hù)作用時(shí)間損失，用T。來表示。阻力越大，T。越大。三個(gè)時(shí)間的關(guān)系可表示如下:tb=tbt。將(3-22)式代入上式，即得：，B=KZ,0=K(ZZ0)(3-23)(3-24)(3-24)式即為具有實(shí)用價(jià)值的希洛夫公式，Z?？梢苑Q為床層長度損失。T和Zo均可由實(shí)驗(yàn)求得。利用希洛夫公式的簡化計(jì)算在吸附凈化的設(shè)計(jì)中，常利用希洛夫公式進(jìn)行簡化計(jì)算。簡化計(jì)算還是以實(shí)驗(yàn)作基礎(chǔ)，利用希洛夫公式求出K與To,再根據(jù)生產(chǎn)要求的操作周期求出吸附床層長度，并根據(jù)氣

12、速，求出所需床層半徑或截面積。具體步驟簡述如下：選擇吸附劑，確定操作條件，包括溫度、壓力和流速。固定吸附床的氣體流速一般掌握在0.20.6m/s之間；規(guī)定出合適的破點(diǎn)濃度；在一定氣速u下，測不同床層長度Z的保護(hù)作用時(shí)間tb，作出TB-Z直線，求出K和T0；定出操作周期TB，化為min；將K、t0、tb代入希洛夫公式，求出乙若Z過長可以分層。用下式計(jì)算床層直徑：4V兀uD7、求吸附劑用量W：W=A式中PB吸附劑堆積密度，kg/m3。為避免裝填損失，可多取10%裝填量。(3-25)(3-26)例3-1用活性炭固定床吸附器吸附凈化廢氣。常溫常壓下廢氣流量為1000m3/h，廢氣中四氯化碳初始濃度為2

13、000mg/m3,選定空床氣速為20m/min?；钚蕴科骄綖?mm，堆積密度為450kg/m3，操作周期為40小時(shí)。在上述條件下，進(jìn)行動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)取得如下數(shù)據(jù)：床層高度Z/m0.10.150.20.250.30.35透過時(shí)間TB/min109231310462550650B請計(jì)算固定床吸附器的直徑、高度和吸附劑用量。解：以Z為橫坐標(biāo)，tb為縱坐標(biāo)將上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪在坐標(biāo)圖上得一直線(例3-1附圖)。依據(jù)圖，求出直線的斜率即為K,截距即為-t0,得K=2143(min/m)T0=95(min)將K、T0、TB代入希洛夫公式得：=1.164(m)rt+T40 x60+95Z=0=K2143 取

14、Z=1.20m。采用立式園柱床進(jìn)行吸附，計(jì)算出吸附床直徑:4V4x1000D1.03(m)，u,x20 x60可取D=1m。所需吸附劑量,WAZPb1.2X-xl2X450=423.9(kg)考慮裝填損失，所需吸附劑量W為:423.9X1.1=466kg三、透過曲線計(jì)算法透過曲線計(jì)算方法與希洛夫近似計(jì)算法相比要復(fù)雜一些，但還是要假定吸附體系是一個(gè)很簡單的恒溫體系，混合氣體中只有一種可被吸附的吸附質(zhì)，該體系得到的僅有一個(gè)吸附波或傳質(zhì)區(qū)。此時(shí)固定床吸附器計(jì)算的主要內(nèi)容為傳質(zhì)區(qū)高度Za,保護(hù)作用時(shí)間tB和全床飽和度S。（一）傳質(zhì)區(qū)高度的確定圖3-15為一理想透過曲線。氣體的初始濃度為y（kg溶質(zhì)/k

15、g無溶質(zhì)氣體）,氣體流過床層的質(zhì)量流速為Gs（kg/m2h），經(jīng)過一段時(shí)間后流出物總量為W（kg無溶質(zhì)氣體/m3）。透過曲線是比較陡的，流出物中溶質(zhì)的濃度從基本上為零迅速上升到進(jìn)口濃度。以yB作為破點(diǎn)的濃度，并認(rèn)為流出物濃度升到接近y0某一濃度值yE時(shí)，吸附劑基本上已耗竭。在破點(diǎn)處流出物量為WB，而到吸附劑耗竭時(shí)，流出物的量為WE。這樣，在透過曲線出現(xiàn)期間所積累的流出物量Wa=WE-WB。把濃度由yB變化劑yE這部分的床層高度稱為一個(gè)吸附區(qū)或稱傳質(zhì)區(qū)高度。當(dāng)吸附波形成后，隨著混合氣體的不斷通入，傳質(zhì)區(qū)沿床層不斷移動(dòng)，令(3-27)Ta為吸附波移動(dòng)一個(gè)傳質(zhì)區(qū)高度所需的時(shí)間，則:（WE-WB）Wa

16、GsGSWe又令TE為由通氣開始至床層耗竭所需要的時(shí)間，即傳質(zhì)區(qū)形成和移出床層所需的時(shí)間之和，則：3-28)GS設(shè)傳質(zhì)區(qū)形的時(shí)間為T尸，貝0Te-Tf應(yīng)是自吸附波形成開始到移出床層的時(shí)間。在穩(wěn)定操作時(shí)，當(dāng)吸附波形成后，其前進(jìn)的距離和所需要的時(shí)間之比（即吸附波前進(jìn)的速度）應(yīng)是一個(gè)常數(shù)。設(shè)吸附床高度為乙傳質(zhì)區(qū)高度為Za，則:a得出傳質(zhì)區(qū)高度為:ZZa一aEB #3-29)E-F設(shè)氣體在傳質(zhì)區(qū)中，從破點(diǎn)到床層完全耗竭所吸附的吸附質(zhì)的量為U（kg/m2床層截面積），即為圖3-15中陰影的面積(3-30)wU，J(y0-y)dwwB若傳質(zhì)區(qū)中所有的吸附劑均為吸附質(zhì)所飽和，則其吸附容量應(yīng)為yWakg/m2

17、。但實(shí)際情況是，當(dāng)達(dá)到破點(diǎn)時(shí)，傳質(zhì)區(qū)內(nèi)仍舊具有一部分吸附容量，其值為U,式（3-30）所示。若以E代表到達(dá)破點(diǎn)時(shí)傳質(zhì)區(qū)內(nèi)仍具有的吸附能力與該區(qū)內(nèi)吸附劑總的吸附能力E，厶-3-31）y0Wa比，即前述剩余吸附能力分率，則W（y0-y）dw # # # F=T很顯然，（1-E）即代表了吸附區(qū)的飽和程度，E愈大，說明吸附區(qū)的飽和程度愈低，形成傳質(zhì)區(qū)所需的時(shí)間愈短。當(dāng)E=0時(shí)，說明吸附波形成后，吸附區(qū)內(nèi)的吸附劑已全部達(dá)到飽和，此情況下，吸附形成的時(shí)間應(yīng)與移動(dòng)一個(gè)吸附波長度的距離所需時(shí)間相等：若E=1，即傳質(zhì)區(qū)內(nèi)吸附劑基本上不含吸附質(zhì)，則傳質(zhì)區(qū)形成的時(shí)間基本上等于零。據(jù)此兩種極端情況，應(yīng)有：，（1-E）

18、Fa3-32）將式（3-32）代入式（3-29）得：Za，Z3-33)因?yàn)門a=Wa/GS，TE=WE/GS，代入上式即得:wa(3-34)W(1-E)WEa由式（3-34）可知，要確定傳質(zhì)區(qū)的高度Za，必須通過實(shí)驗(yàn)得出透過曲線a的形狀，從而確定Wa、WE和E的值。在實(shí)際吸附計(jì)算中，E一般取0.40.6。(二)吸附床飽和度設(shè)吸附床橫截面積為A,吸附床高度為乙其中吸附劑的堆積密度為PB,則吸附劑的總量應(yīng)為ZApbo若床層全部被飽和，吸附劑與污染物進(jìn)口濃度y0成平衡的靜活性為xT，則此時(shí)吸附劑所吸附的污染物的量為：Q=ZApbXt(3-35)實(shí)際操作中，達(dá)到破點(diǎn)時(shí)，總會(huì)有一部分吸附劑未達(dá)飽和，此時(shí)

19、吸附床中實(shí)際吸附量應(yīng)為飽和區(qū)的吸附量與傳質(zhì)區(qū)的吸附量之和。其中：飽和區(qū)吸附污染物的量=(Z-Za)APBxT傳質(zhì)區(qū)吸附污染物的量=Za(1-E)APBxT于是整個(gè)吸附床的飽和度S為：S=(ZZ“)APBxT+Za(1E)APBxtZABxT(3-36)傳質(zhì)區(qū)中傳質(zhì)單元數(shù)和傳質(zhì)單元高度的計(jì)算吸附操作過程中，隨著吸附的進(jìn)行，床層內(nèi)的傳質(zhì)區(qū)沿氣流方向移動(dòng)，移動(dòng)的速度會(huì)遠(yuǎn)比氣流通過的速度慢。為了分析問題的方便，假定傳質(zhì)區(qū)移動(dòng)方向與氣流方向相反，則可把傳質(zhì)區(qū)認(rèn)為是固定在某一高度，如圖3-16所示。假設(shè)床層高度Zfg,則在床層頂面氣固相達(dá)到平衡狀態(tài)?？蓪φ麄€(gè)床層作物料衡算：(3-37)-0)=S(x-0)

20、式中S假想的吸附劑流量。即(3-38)上式可以看作是操作線方程一截面,則可有如下關(guān)系：S=XGTSGs為操作線斜率(圖3-16)。對于床層任T # # #GSy=Sx(3-39)設(shè)床層截面積為1,則對床層中微元高度dz作物料衡算，得:(3-40)GSdy=Kyap(y-y)dz此物料衡算式表示的是單位時(shí)間單位面積的dz高度內(nèi)，氣體中溶質(zhì)的減少量等于吸附劑固體中吸附的吸附質(zhì)的量。式中GS氣體流量，kg無溶質(zhì)氣體/m2h；Kyap氣相體積傳質(zhì)總系數(shù)，kg吸附質(zhì)/m3h；y*與x成平衡的氣相濃度，kg吸附質(zhì)/kg無溶質(zhì)氣體。將（3-40）式整理并在傳質(zhì)區(qū)內(nèi)積分，即得傳質(zhì)區(qū)高度：yEdyGE(3-41

21、)Z=s-JE=HNaKyayy，OGOGpyB上式中Hog、Nog可以稱為傳質(zhì)區(qū)內(nèi)的傳質(zhì)單元高度和傳質(zhì)單元數(shù)。與處理吸收計(jì)算相類似，傳質(zhì)單元數(shù)可用圖解積分法求取。當(dāng)平衡線接近直線時(shí)，也可用下式近似計(jì)算：OGymm # (3-42)式中ym3-43)對數(shù)平均推動(dòng)力y=（幾址）（y2y2）m,ln對于低濃度氣體，有時(shí)也可以用算術(shù)平均推動(dòng)力。下面通過例題講解有關(guān)計(jì)算。例3-2用硅膠固定吸附床凈化含苯廢氣。廢氣初始濃度為y0=0.025kg苯/kg空氣，操作溫度為T=298K,p=202.7kPa,混合氣體密度Pv=2.38kg/m3,動(dòng)力粘度嘰=1.8X10-5kg/（m.s）。氣流速度為lm/s

22、,吸附周期為9omin,破點(diǎn)濃度yB=0.0025kg苯/kg空氣，排放濃度yE=0.020kg苯/kg空氣。硅膠堆積密度PB=650kg/m3，平均粒徑dp=6mm。比表面積ap=600m2/m3。給定條件下的平衡關(guān)系為y*=0.167x1.5，傳質(zhì)單元高度。1.42dGH=(T4)0.51OGa試計(jì)算床層高度。pV解：設(shè)床層截面積為1m2,以簡化計(jì)算。廢氣流量乞=UgAp廠1x1x238炮/s傳質(zhì)單元高度H42(空)0.42x(。皿2%=0.071moga6001.8x105pV根據(jù)平衡關(guān)系式y(tǒng)*=0.671x1.5繪出吸附等溫線（如附圖a）。由平衡關(guān)系可知，當(dāng)y0=0.025時(shí)，xT=0

23、.282,過平衡線上該點(diǎn)B作操作線，并按附表所列ZZJ1yWW(1-丄)d(-B)yW0y0-a-B.-a為橫座標(biāo)，繪出曲線，曲線與y0Wa(3-44)(3-45)yy*y-y*1yy*,yEy”y-y*”BA亠y01234567yB=0.00250.00090.0016625000.10.0050.00220.00283581.13750.1920.200.00420.00333041.90000.3210.30.0070.00630.00372702.61250.4410.450.00890.00362783.30000.5560.50.0100.01160.00342944.01250.

24、6760.600.01480.00273704.83750.8150.7c0.0120.01800.00205005.92501.0000.850.01500.017JyE=0.0200逐項(xiàng)計(jì)算列出。表中第1欄為yB和yE之間選取的y值；第2欄是自操作線上各點(diǎn)的y所對應(yīng)的平衡線上y*的值。依次計(jì)算出之后，用y值作橫座標(biāo)，以1/（y-y*）作縱座標(biāo)，繪出曲線，并在yB與yE之間進(jìn)行圖解積分，即可得到第5欄的值，即NOg的值。據(jù)此可得到對應(yīng)于yE的NOG=5.925。于是得到傳質(zhì)區(qū)高度Za：Za=HOGNOG=0.071X5.925=0.42(m)例3-2附表F面根據(jù)剩余吸附能九分率E的概念，計(jì)算

25、吸附床層高度Z。將式（3-31）變換：W(Ey0y)dW按照上式，若以y/y0為縱座標(biāo)，以y/y0=1水平線、（W-WB）/Wa=1的垂線之間的面積（見附圖b），即為E。圖解積分可得：E=0.55。根據(jù)物料衡算關(guān)系式：1XZPbSxt=GSTBy0將（3-36）式代入上式，得：ZZEZx將已知數(shù)代入上式，得：Z650Z0.420.550.282=2.3890600.02510f(Re) # 解出Z：Z=2.0(m)有了床層高度乙計(jì)算一下全床飽和度S：S20.42x0.5520.8845f(Re) # #可見，全床飽和度接近90%，說明設(shè)計(jì)基本合理。四、經(jīng)驗(yàn)估算法用吸附法凈化氣態(tài)污染物時(shí)會(huì)碰到多

26、種情況，有時(shí)會(huì)缺乏前述理論計(jì)算時(shí)所需要的數(shù)據(jù)，此時(shí)可由生產(chǎn)中或?qū)嶒?yàn)測得吸附劑的吸附容量值，用來估算吸附劑的用量，然后根據(jù)操作周期和經(jīng)驗(yàn)氣體流速(一般0.20.6m/s),即可計(jì)算出吸附床高度。例3-3擬用活性炭吸附器回收廢氣中所含的三氯乙烯。已知廢氣排放條件為294K,1.38X105Pa，廢氣中含三氯乙烯的體積分?jǐn)?shù)為2.0X10-3,流量為12700m3/h，要求三氯乙烯的回收率為99.5%。測得所要采用的活性炭對三氯乙烯的吸附容量為0.28kg三氯乙烯蒸氣/kg活性炭，活性炭的堆積密度為576.7kg/m3，其吸附周期為4小時(shí)。操作氣速根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取0.5m/s，求固定吸附床高度。解：三氯乙

27、烯體積流量為：12700X2.0X10-3=25.4m3/h。將此換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積：25.4x1.38x105x27332.226(m3/h)1.01x105294計(jì)算得三氯乙烯摩爾質(zhì)量為131.5，則得三氯乙烯質(zhì)量流量為：131.5x32226224189.18(kg/h)f(Re) # #f(Re) # #在四小時(shí)內(nèi)所要吸附的三氯乙烯的量為：189.18X4X0.995=752.94kg則所需活性炭體積為：752.94/0.28576.74.66m3f(Re) # #按操作氣速0.5m/s計(jì)，所需吸附床直徑為：D4V兀u4x127003.14x0.5x36003.0(m)f(Re)

28、兀得床層截面積:A-D20.785x327.065(m2)于是得床層高度為：4Z=m/A=4.66/7.065=0.66(m)五、固定床吸附器床層壓降估算流體在固定床中的流動(dòng)情況較之在空管中的流動(dòng)要復(fù)雜得多，固定床中流體是在顆粒間的空隙中流動(dòng)的，顆粒間空隙形成的孔道是彎曲且相互交錯(cuò)的，孔道數(shù)和孔道截面積沿流向也在不斷改變。所以流體流過床層的壓力降，主要是由于流體與顆粒表面間的摩擦阻力和流體在孔道中的收縮、擴(kuò)大和再分布等局部阻力引起，當(dāng)流動(dòng)狀態(tài)為層流時(shí)，以摩擦阻力為主，當(dāng)流動(dòng)狀態(tài)為湍流時(shí)，以局部阻力為主；由于影響壓力降的因素很多，目前尚無一個(gè)較完善的通用計(jì)算公式。在設(shè)計(jì)固定床吸附器時(shí)，多根據(jù)實(shí)際情況，結(jié)合相關(guān)條件采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，或采用實(shí)測數(shù)據(jù)，實(shí)測數(shù)據(jù)可從同類型的工業(yè)裝置中獲得，也可由一定規(guī)模的實(shí)驗(yàn)裝置中獲得。下面介紹幾種可用于估算固定床吸附器的壓力降的經(jīng)驗(yàn)公式。氣體通過靜止吸附劑顆粒層的壓力降當(dāng)氣體通過靜止的吸附劑顆粒層時(shí)，由于床層內(nèi)堆積的是大量的粒徑和形狀不同的顆粒，顆粒之間的空隙結(jié)構(gòu)毫無規(guī)則可言，因而造成氣體流動(dòng)的通道曲折復(fù)雜，難以進(jìn)