Число единиц переноса определяют из выражения

N_y = f^.М₁^.М₂,

где M₁ - масштаб по оси 1/(Y – Y^*); М₂ - масштаб по оси у.

Величину масштабов можно определить по формуле

М₁ = l₁/h₁ ; М₂ = l₂/h₂,

где l₁ - значение ординаты 1/(Y – Y^*)на графике, кг/м³; h₁ - значение той же ординаты, мм; l₂ - значение абсциссы Y на графике, кг/м³; h₂ - значение этой же абсциссы, мм.

Рис. 44. Зависимость 1/(Y – Y^*) = f(Y).

б) Определение высоты единицы переноса. Высоту единицы переноса h определяют по формуле:

,

где G_г - массовый расход парогазовой смеси, кг/с; S_сл - сечение слоя, м²; _у - объемный коэффициент массоотдачи в газовой смеси, с^-1; _г - плотность парогазовой смеси, кг/м³.

Объемный коэффициент массопередачи K_у определяется по уравнению:

,

где _х - объемный коэффициент массоотдачи в твердой фазе, с-¹; т - коэффициент распределения (средний тангенс угла наклона линии равновесия к оси абсцисс); m = Y_н/X_к^* - величина обычно малая, поэтому

, т.е .

На этом основании в основном уравнении массопередачи вместо коэффициента массопередачи K_y можно использовать коэффициент массоотдачи _у.

Коэффициент массоотдачи определяют из выражения критерия Нуссельта (Nu):

,

где d_э - эквивалентный диаметр зерна адсорбента, м; D_y – коэффициент молекулярной диффузии вещества в газовой фазе, м²/с (приложение 7). Если коэффицент молекулярной диффузии вещества неизвестен, его можно определить по методике, изложенной в разделе 4.

Критерий Нуссельта определяют в зависимости от численного значения модифицированного критерия Рейнольдса (Re):

,

где _г - динамическая вязкость газа, Па^.с; _н - порозность неподвижного слоя адсорбента;

При значениях:

Re < 2 Nu = 0,51^.Re^0,85_.Pr^0,33;

Re = 2…30 Nu = 0,725^.Re^0,47.Pr^0,33;

Re > 30 Nu = 0,395^.0,64.Pr^0,33.

Здесь Pr - диффузионный критерий Прандтля. Он определяется по уравнению

.

3. Определяют объем слоя адсорбента V_ад:

.

4. Определяют продолжительность процесса адсорбции , с.

Выбор эмпирического уравнения зависит oт вида изотермы адсорбции (рис. 43):

а) изотерма адсорбции выражена линейной зависимостью (точка Y_н находится в первой области), т.e. изотерма адсорбции приближенно отвечает закону Генри:

,

где Y_н - начальная концентрация адсорбируемого вещества в парогазовом потоке, кг/м³; X* - равновесное количество адсорбированного веществa, кг/кг (принимается по изотерме адсорбции и умно­жается на насыпную плотность адсорбента, насыпная плотность адсорбента для активный углей составляет 200-600 кг/м³); Н - высота слоя адсорбента, м; b - коэффициент, определяется по справочным данным (приложение 21;

б) зависимость между концентрацией газа и количеством погло­щенного вещества является криволинейной (вторая область изо­термы адсорбции):

.

Здесь , - содержание вещества в газовом потоке, равновесное с количеством, равном по­ловине вещества, максимально поглощае­мого адсорбентом при данной температуре, т.е. при , кг/м³.

в) количество вещества, поглощаемого адсорбентом, достигает предела и остается постоянным (третья область изотермы адсорбции):

.

5. Определяют сопротивление слоя адсорбента Р, кгc/м². Для установок со стационарным слоем адсорбента сопротивление вычисляют по формуле:

,

где G_г - массовая скорость газа, кг/(м^2.с); g - ускорение силы тяжести, м/с².

Пример 9. Рассчитать адсорбер периодического действия для улавливания паров ацетона из воздуха при следующих условиях: объем парогазовой смеси составляет V_г = 2000 м³/ч, температу­ра - 20°С, давление - 760 мм рт.ст., начальная концентрация паров ацетона - Y_н =0,010 кг/м³, концентрация паров ацетона в удаляемом воздухе после адсорбера – Y_к =2-10⁴ кг/м³, степень улавливания  = 99,5%. В качестве адсорбента применяется активный уголь марки АР-А (d_э = 1,3^.10^-3 м, _н = 0,3).