Влияние электрического поля на очистку газов в адсорберах периодического действия

А. Б. Голованчиков, М. Ю. Ефремов, И. А. Вишняков
Волгоградский государственный технический университет
г. Волгоград

В данной работе рассмотрено влияние электрического поля на процесс адсорбции, позволяющее интенсифицировать массопередачу от газовой фазы к твердой. Выполненные с помощью ЭВМ расчеты показывают, что при действии электрического поля увеличивается время защитного действия слоя адсорбента.

Специфика функционирования некоторых отраслей промышленности предъявляет особые требования к очистке отходящих газов этих производств. Например, после сжигания твердых отходов на атомных электростанциях (спецодежда, ветошь и т. д.), дымовые газы для очистки их от радиоактивных частиц, проходят через угольные адсорберы периодического действия. После насыщения адсорбента он не регенерируется, а направляется на захоронение. В связи с этим актуальным является увеличение продолжительности защитного действия слоя адсорбента, и как следствие, снижение затрат на приобретение активированного угля.

При поглощении компонентов газовой смеси твердым поглотителем, процесс сорбции не протекает мгновенно. Газ, поступивший в слой адсорбента, не сорбируется мгновенно, а продолжает вместе с потоком перемещаться вдоль слоя. Поэтому фактическая продолжительность стадии поглощения, или время защитного действия слоя адсорбента, будет меньше, чем в случае бесконечно большой скорости сорбции [1].

Время защитного действия слоя адсорбента (или момент проскока, когда в выходящем газе появляется и начинает прогрессивно возрастать концентрация извлекаемого вещества) [2] можно определить по уравнению Шилова

t_пр = kL - t₀,

где k – коэффициент защитного действия, показывающий, какое время слой толщиной 1 см адсорбента в условиях стационарного режима задерживает поглощаемое вещество; L - высота слоя адсорбента; t₀ - потеря времени защитного действия, связанная с начальным периодом формирования кривой распределения поглощаемого вещества.

Формирование кривой распределения поглощаемого вещества в адсорбенте происходит тем быстрее, чем выше скорость сорбции. Ее можно увеличить, если интенсифицировать подвод вещества к поверхности сорбента. Это можно сделать, ионизировав газовый поток. Скорость дрейфа заряженных молекул пропорциональна напряженности электрического поля [3]. Совместное действие молекулярной диффузии и электрического поля проводят к увеличению количества поглощаемого вещества, подводимого к поверхности адсорбента. Это уменьшает сопротивление массопередаче в газовой фазе и приводит к росту скорости сорбции. Следовательно, уменьшается параметр t₀ в уравнении Шилова.

Порядок расчета на ЭВМ адсорбера, в котором для интенсификации масcоопередачи используется электрическое поле, по сравнению с обычным адсорбером, дополнен скоростью массоотдачи за счет дрейфа заряженных молекул к границе адсорбента. Результаты расчетов представлены в таблице.

Таблица

Влияние напряженности электрического поля на параметры адсорбера периодического действия

Рис. Распределение концентраций извлекаемого вещества в слое адсорбента при изменении напряженности электрического поля: 1 – 0; 2 – 200 000 кВ/м

Воздействие электрического поля приводит к более быстрому формированию фронта сорбции (кривая 1 на рисунке имеет более пологую характеристику, чем кривая 2). Из таблицы видно, что при увеличении напряженности электрического поля до 200 000 кВ/м время защитного действия слоя адсорбента увеличивается на 12 %.

Список литературы:

1. Серпионова Е.Н. Промышленная адсорбция газов и паров – М.: Высш. школа, 1969. – 416с.

2. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники – М.: Химия, 1984. – 592с.

3. Мак-Даниэль И., Мэзон Э. Подвижность и диффузия ионов в газах/ Под ред. Б.М. Смирнова. Пер. с англ. – М.: Мир, 1976, - 424с.

Назад к списку