МОДЕЛЬ КИНЕТИКИ АДСОРБЦИОННОЙ ОЧИСТКИ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ГРАНУЛАМИ ЦЕОЛИТА NaX ПРИ НЕИЗОТЕРМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
Аннотация
На основе обобщенной теории Ленгмюра представлены эквивалентные многокомпонентные изотермы основных примесей атмосферного воздуха (водяной пар, диоксид углерода и ацетилен), с использованием экспериментальных данных их адсорбционной емкости в гранулах цеолита NaX и расчетом константы Генри по температуре кипения при атмосферном давлении, для термодинамических условий в блоке комплексной очистки воздухоразделительной установки ТКДС-100В. Внутригранулярный тепломассообмен рассмотрен в линейном приближении Глюкауфа с применением суперпозиционного принципа поведения примесей в условиях диффузионного механизма их поглощения (молекулярный, Кнудсеновский, Фольмеровский). Получена модель с сосредоточенными параметрами в виде задачи Коши, причем идентификация кинетических коэффициентов проведена из решения задачи диффузии в шаре при граничных условиях первого рода. Теплоты адсорбций примесей найдены по изостерическому состоянию из двумерного уравнения Ван-дер-Ваальса с использованием соотношения Вант-Гоффа. Нестационарная среднеобъемная температура гранулы вычислена из решения начально-краевой задачи для уравнения теплопроводности шара с граничным условием первого рода на его поверхности, в предположении теплового равновесия фаз, и объемным равномерным тепловым источником, обусловленным теплотой адсорбции. Установлено, что лимитирующим механизмом переноса примесей в гранулах адсорбента является диффузия в микропорах. В условиях пропорциональной зависимости параметра Ленгмюровской изотермы от температуры сделана оценка уменьшения адсорбционной емкости адсорбента с повышением температуры, что позволило с помощью вычислительного эксперимента проанализировать кинетику поглощения основных примесей атмосферного воздуха гранулами цеолита NaX.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Литература
KohlA. L., Nielsen R. Gas purification. Houston: Golf Professional Publ. 1997. 900 p.
Ray S., Das G. Process equipment and plant design. NY: Elsevier. 2020. 882 p.
Murathatunyaluk S., Srichanvichit K., Anantpinijwatna A., Kitchaiya P. Modeling of non-isothermal adsorption process in a silica gel desiccant packed bed. In: 28th Eu-ropean symposium on computer aided process engineering. Graz (Austria): Elsevier. 2018. P. 49–54. DOI: 10.1016/B978-0-444-64235-6.50011-5.
Montastruc L., Floquct P., Mayer V., Nikov I., Domenech S. Isothermal or non isothermal modelingin a pellet adsorbent: application to adsorption heat pumps. Comp. Aid. Chem. Eng. 2009. V. 27. P. 465–470. DOI: 10.1016/S1570-7946(09)70298-6.
Seader J.D., Henley J.E., Roper D.K. Separation process principles. Hobokon, NJ, USA: John Wiley & Sons. 2011. 821 p.
Wankat P.C. Separation processes engineering: Includes mass transfer analysis. NY: Prentice Hall. 2012. 955 p.
Tolmachev A.M. Adsorption of gases, vapors and solutions. M.: Izd. gruppa «Granitsa». 2012. 241 p. (in Rus-sian).
Tien C. Adsorption calculations and modelling. Boston, USA: Butterworth-Heinemann. 1994. 244 p. DOI: 10.1016/B978-0-7506-9121-5.50013-6.
Gautam R.K., Chattopadhyaya M.C. Nanomaterials for wastewater remediation. NY: Butterworth–Heinemann. 2016. 366 p. DOI: 10.1201/9781315368108.
Li S., Xin F., Li L. Reaction NY: Butterworth–Heinemann. 2017. 676 p.
Zhao J.C. Methods for phase diagram determination. NY: Elsievier. Science. 2007. 520 p.
Suzuki M. Adsorption engineering. Tokyo: Kodansha Ltd. 1990. 278 p.
Cheng D., Peters E., Knipers J. Numerical modeling of flow and coupled mass and heat transfer in an adsorption process. Chem. Eng. Sci. 2016. V. 152. P. 413–425. DOI: 10.1016/j.ces.2016.06.036.
Karge H.G., Weitkamp J. Molecular sieves. Science and Technology. Adsorption and diffusion. V. 7. Berlin: Springer–Verlag Berlin Heidelberg. 2008. 400 p. DOI: 10.1007/978-3-540-73966-1.
Danilov V.A., Schepper P., Cousin-Saint-Remi J., De-nayer J.F.M. Concentration and temperature profiles in a fixed bed column based on an analytical solution of the axial dispersion model for binary and multicomponent non-isothermal adsorption process. Comp.Chem. Eng. 2019. V. 123. P. 76–86. DOI: 10.1016/j.compchemeng.2018.12.026.
Ruthven D.M. Principles of adsorption and adsorption processes. NY: Wiley. 1984. 464 p.
Solmus I., Rees D.A.S., Yamali C., Baker D., Kaftanoglu B. Numerical investigation of coupled head and mass transfer inside the adsorbent bed of an adsorption cooling unit. J. Re-frigeration. 2012. V. 35. P. 652–662. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2011.12.006.
Wang J., Guo X. Adsorption isotherm models: Classification, physical meaning, application and solving method. Chemosphere. 2020. V. 258. Art. 127279. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2020.127279.
Denisenko G.F., Fainshtein V.I. Oxygen production safety. M.: Metallurgiya. 1968. 220 p. (in Russian).
Tien C. Introduction to adsorption. Basics, Analysis and Application. Amsterdam: Elsievier Inc. 2019. 205 p.
Filimonova O.N., Vikulin A.S., Enyutina M.V., Ivanov A.V. Inlet temperature influence on isothermal gas clean-ing from mono-impurities by fixed layer of adsorbent. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 9. P. 88-92. DOI: 10.6060/ivkkt.20206309.6247.
Vargaftik N.B. Handbook of thermophysical properties of gases and liquids. M.: Nauka. 1972. 721 p. (in Rus-sian).
Glueckauf E., Coates J.I. Theory of chromatog-raphy. Part IV. The influence of incomplete equilibrium on the front boundary of chromatograms and on the effectiveness of separation. J. Chem. Soc. 1947. P. 1315–1321. DOI: 10.1039/jr9470001315.
Largitte L., Pasquier R. A review of the kinetics adsorption models and their application to the adsorption of lead by an activated carbon. Chem. Eng. Res. Desing. 2016. V. 109. P. 495–504. DOI: 10.1016/j.cherd.2016.02.006.
Myers A.L., Prousnitz J.M. Prediction of the adsorption isotherm by principle of corresponding states. Chem. Eng. Sci. 1965. V. 20. P. 549–556. DOI: 10.1016/0009-2509(65)80022-7.
Carslaw H.S., Jaeger J.C. Conduction of head in solids. Oxford: Oxford University Press, USA. 1959. 510 p.
