9第三章第四節(jié)固定床吸附過程的計算

解出Z：Z=2.0(m)有了床層高度乙計算一下全床飽和度S：2—2—0.42x0.552=0.8845可見，全床飽和度接近90%，說明設(shè)計基本合理。四、經(jīng)驗估算法用吸附法凈化氣態(tài)污染物時會碰到多種情況，有時會缺乏前述理論計算時所需要的數(shù)據(jù)，此時可由生產(chǎn)中或?qū)嶒灉y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)驗氣體流速(一般0.2?0.6m/s),即可計算出吸附床高度。[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數(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。操作氣速根據(jù)經(jīng)驗，取0.5m/s,求固定吸附床高度。解：三氯乙烯體積流量為：12700X2.0X10-3=25.4m3/h。將此換算成標準狀況下的體積：25.4x1.38X105x273=32.226(m3/h)1.01x105294計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：131.5x32226131.5x3222622.4=189.18(kg/h)在四小時內(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：752.94/0.28576.7752.94/0.28576.7=4.66m3按操作氣速0.5m/s計，所需吸附床直徑為：=3.0(m)D=：4V=3.0(m)\u3.14x0.5x3600兀得床層截面積:A二丁D2=0.785x32=7.065(m2)4于是得床層高度為：Z=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情況較之在空管中的流動要復(fù)雜得多，固定床中流體是在顆粒間的空隙中流動的，顆粒間空隙形成的孔道是彎曲且相互交錯的，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、擴大和再分布等局部阻力引起，當流動狀態(tài)為層流時，以摩擦阻力為主，當流動狀態(tài)為湍流時，以局部阻力為主；由于影響壓力降的因素很多，目前尚無一個較完善的通用計算公式。在設(shè)計固定床吸附器時，多根據(jù)實際情況，結(jié)合相關(guān)條件采用經(jīng)驗公式進行計算，或采用實測數(shù)據(jù)，實測數(shù)據(jù)可從同類型的工業(yè)裝置中獲得，也可由一定規(guī)模的實驗裝置中獲得。下面介紹幾種可用于估算固定床吸附器的壓力降的經(jīng)驗公式。（一）氣體通過靜止吸附劑顆粒層的壓力降當氣體通過靜止的吸附劑顆粒層時，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，因而造成氣體流動的通道曲折復(fù)雜，難以進行理論計算，因此，對于這類固定床層可利用下面的經(jīng)驗公式計算床層的壓力降：△P_九u2w2T=『頁（3-46）式中AP——壓力降，Pa；pZ吸附劑層厚度，m；入——外摩擦系數(shù)；dp顆粒當量直徑，m；u：氣體在吸附劑顆?？障堕g的真實流速，m/s；wv——氣體重度，kg/m3；g重力加速度，9.81m/s2。式中的當量直徑dp可用下式計算：月_4￡(3-47)d—-(3-47)p8式中￡——床層空隙率,m3/m3;8——單位體積床層中吸附劑顆粒的總表面積，m2/m3?？障堵省昱c顆粒的放置狀況有關(guān)，對于均勻一致的球形顆粒，￡可取0.259?0.426，對于顆粒形狀及大小不一的亂堆吸附劑層，其￡的值可按0.4計算。（3-46）中的真實氣速uh由于氣流在床層中所走的通道是彎曲的，所以其真實氣速uh會比空塔氣速u高，uh可用下式近似計算：3-48）外摩擦系數(shù)入是雷諾準數(shù)的函數(shù)，即九-f(Re)

duwduwphv(3-49)式中口v——氣體的動力粘度，kg/ms。入也可由實驗得到。由實驗得知:1.46Rev20時，九二——R

e20vRev7000時,=16R

eRe>7000時，入=0.4當吸附劑顆粒當量直徑與吸附床直徑D之比大于1/50時，入需乘以由實驗測得的較正系數(shù)。（二）歐根（Ergun）公式法計算床層壓降歐根從大量實驗中導(dǎo)出了單一流體通過固定床壓力降的估算式為:3-50)(蘭)竺M=15°(i)卩v+1.75

Z(1-￡)G2嘰3-50)式中AP——壓力降，Pa；dp――吸附劑顆粒直徑，m；￡——床層空隙率，%;Pv氣體密度，kg/m3；口V氣體粘度，（Pa?s）；Z床層高度，m；GS單位截面氣體流速，kg/m2?s。（三）使用分子篩的固定吸附床壓力損失對于使用一般吸附劑（包括分子篩）可應(yīng)用前述公式估算壓力降。但由于分子篩的形狀和結(jié)構(gòu)特點，可以采用更簡單的計算方法。美國聯(lián)合碳化物公司在計算分子篩床層的壓力降時，就使用了經(jīng)過修正后的簡化的歐根經(jīng)驗式:九CeG2(3-51)式中AP——壓力降，Pa；Z床層厚度，m；入摩擦系數(shù)；Ce壓力降系數(shù)，m?s2/m2；（實驗測定）l4l4GS氣體的質(zhì)量流速，kg/m