6.2.2 Продольный перенос вещества

Размытие фронта адсорбции вызывается не только кинетикой процесса, но также и продольным переносом вещества в слое сорбента. Рассмотрим более подробно эту причину размытия адсорбционного фронта.

При прохождении паровоздушного потока через шихту наблюдается флуктуация скоростей перемещения воздуха (газа-носителя). При наличии в потоке воздуха какой-либо посторонней примеси, это явление приведет к неравномерному перемещению вещества в шихте, так называемому продольному переносу пара в слое сорбента. Для условий эксплуатации современных фильтрующих противогазов продольный перенос определяется, главным образом, факторами, связанными с неоднородностью шихты.

Реальная шихта противогаза, состоящая из зерненного или гранулированного сорбента по своей структуре всегда неоднородна. Причины неоднородности могут быть различны. В зависимости от этого по-разному может проявляться продольный перенос. В общем случае он может быть обусловлен эффектом грануляции, краевым (стеночным) или грунтовым эффектом.

Эффект грануляции возникает под влиянием местной аэродинамической неоднородности шихты, обязанной беспорядочной упаковке зёрен и наличием вследствие этого в шихте более или менее уплотнённых участков с различными промежутками между зёрнами. В результате этого фронт отработки шихты оказывается сильно размытым.

Краевой (стеночный) эффект возникает в результате того, что плотность упаковки зёрен, расположенных у стенок коробки, оказывается меньше, чем в других участках шихты. По этой причине скорость отработки шихты около стенок будет повышенной.

Грунтовый эффект проявляется в общем искривлении фронта отработки шихты, возникающем вследствие неравномерного напряжения в сжатой шихте.

Вследствие проявления эффектов грануляции, краевого и грунтового значительная часть объёма замыкающего слоя шихты оказывается не отработанной и статическая активность слоя сорбента в динамических условиях используется не полностью. Проявление основных причин продольной диффузии адсорбтивов в реальных условиях поглощения из потока воздуха, проходящего через неподвижный слой гранулированного сорбента, показано на рисунке 6.3 на примере фронта отработки шихты по парам йодистого метила.

Рисунок 6.3 – Фронт отработки шихты по парам йодистого метила.

Таким образом, при оценке размытия фронта адсорбции необходимо учитывать кинетику адсорбции и продольный перенос адсорбтива в шихте. Поэтому при расчётах часто действие трёх факторов, оказывающих влияние на размытие фронта адсорбции, учитывается в виде одного эффективного кинетического коэффициента β_Э*

, (6.9)

где β₀ – кинетический коэффициент внешней диффузии, 1/мин;

β_i – кинетический коэффициент внутренней диффузии, 1/мин;

D* – интенсивная продольная диффузия, см²/мин;

U – скорость паро-воздушного потока, см/мин.

При конструировании СИЗОД необходимо стремиться к уменьшению влияния данных эффектов на степень отработки поглощающего слоя сорбента.