Диссертация (Совершенствование конденсационно-адсорбционных установок подготовки воздуха для кабельных линий связи), страница 3

Применительно к системамподготовки воздуха для содержания кабельных линий связи химическиеметоды обладают не только целым рядом недостатков [23], но и по сравнениюсдругимиметодамипринципиальныхосушкипреимуществсжатоговоздуха(Таблица1).Поне даютэтимкаких-либопричинамихиспользование в качестве основных ступеней технологического процессаподготовки воздуха в рассматриваемых системах является нецелесообразным.Здесь они могут найти применение только в отдельных случаях и лишь наоснове твердых поглотителей в качестве средств резервирования концевыхступеней осушки.К физическим методам очистки и осушки сжатого воздуха обычно относятметоды, базирующиеся на использовании основных физических принципов изакономерностей [23,37,80].

В их состав, в первую очередь включаюттермодинамические методы, основанные на смешении потоков воздуха сразличным влагосодержанием, изменении его давления и/или температуры, атакже методы, базирующиеся на изменении агрегатного состояния вещества[14].При положительных температурах, процессы смешения потоков влажного иосушенного воздуха, как правило, применяются в случае получения воздуха сотносительно высоким влагосодержанием [19].15Таблица 1.Уровень осушки воздуха различными промышленными методами [23]Наименование метода, способа ивеществаХимические:CaCl2NaOHKOHФизические:(с полной сепарацией дисперснойфазы)Сжатие газа, при 20oСдо абсолютного давления, МПа0,71720Охлаждение газапри абсолютном давлении 0,15 МПадо температуры, оС15105-25-45Охлаждение газапри абсолютном давлении 1 МПадо температуры, оС15105-4Адсорбционные:(в динамических условиях)силикагелиадсорбенты на основе Al2O3цеолитыАбсолютная влажность;г/м3, при 760 мм рт.

ст.(соответствующаятемпературеточкеросы,оС)Температура точкиоросы,С,приизбыточномдавлении 0,05 МПа1,5 (-12)0,8 (-19)0,014 (-58)-8-15-552,46 (-8)1,73 (-13)0,3 (-29)0,146 (-36)-4-8-25-328,48 (9)6,1 (4)4,34 (-1)0,3 (-29)0,06715105-25-451,26 (-14)0,91 (-18)0,64 (-21)0,3 (-29)-10-13-17-250,03 (-52)0,005 (-64)0,011(-60)-0,003(-70)-50-62-58...-68В процессе реализации данного метода необходимо учитывать, что присмешении двух ненасыщенных потоков влажного воздуха с различнойтемпературой существует опасность образования гетерогенной фазы вконечном потоке воздуха [14]. Соответственно, в рассматриваемых системах,применениесмешенияпотоковвоздухаоправданолишьвкачестве16вспомогательного метода нормализации их влажностных характеристик илишь на конечных стадиях его подготовки.Изменение давления и/или температуры сжатого воздуха можно отнести кодному из традиционных методов его подготовки [19].

В условиях, требующихобеспечения низкого влагосодержания потоков, обычно применяют процессвымораживания загрязнений, основанный на резком понижении парциальныхдавлений компонентов разделяемой системы при температурах ниже 273,16 К[23]. В рассматриваемых системах использование данного метода являетсянеэффективным,эксплуатационныхпосколькузатрат.требуетПоэтомудополнительныхдалееэтоткапитальныхметоддетальноинеанализируется, а его характеристики используются только в качествесравнительных величин (Таблица 1).В установках сравнительно большой производительности равной илипревышающей 1-10 кг/с, широкое применение нашел конденсационный методтермовлажностной подготовки воздуха [14,53,79,80,98-104]. В данном методетемпературы потоков не понижают ниже 0оС и обычно используют абсолютноедавление воздуха до 1 МПа, что в условиях охлаждения воздуха на уровне 35оС теоретически позволяет достигнуть абсолютной влажности воздухапорядка 0,6-0,7 г/м3, соответствующей точке росы порядка минус 20оС [131](Таблица 1).К недостаткам конденсационного метода можно отнести то обстоятельство,что для гарантированного достижения точки росы на уровне ниже минус 20оСтребуется использование дополнительного холодильного оборудования и/илиприменение многоступенчатых компрессоров и оборудования, работающегопод относительно высоким давлением более 1 МПа (Таблица 1).

Кроме того,эффективность данного метода существенно зависит от применения тех илииных способов улавливания и удаления конденсированной фазы загрязненийиз потока сжатого воздуха.В установках для содержания кабельных линий связи конденсационныйметод может быть использован в качестве исходной ступени подготовки17воздуха,посколькуврассматриваемыхусловиях,прииспользованиинизкотемпературного потенциала окружающей среды, он способен обеспечитьудаление из сжатого воздуха до 70-80% влаги [80,131].В случае необходимости более глубокой осушки воздуха (с точкой росыниже минус 20оС) целесообразно применение комплексных методов егоподготовки.

При этом на конечных стадиях его очистка и осушка обычнопроизводится с использованием физико-химических методов [80].В состав физико-химических методов очистки и осушки сжатого воздухаобычно включают методы, основанные на избирательной пропускающейспособности пористых тел [20,129,134]. К ним многие авторы [134] относят какмембранные, так и адсорбционные методы очистки и осушки газов.Отмечается [20,80,129,134], что при реализации данных методов долженучитываться весь комплекс свойств определяющих процессов.Применение мембранных методов очистки и осушки сжатого воздуха врассматриваемых системах оставляет открытыми многие вопросы [134],поскольку расходы на потери воздуха и его исходную подготовку дляреализации мембранных методов могут оказаться более высокими, чемэкономическая эффективность от их использования [68], что зачастуюисключаетвозможностьихэффективнойреализации.Исходяизвышеизложенного, в настоящей работе данные методы в дальнейшем детальноне анализируются.Методы очистки и осушки, основанные на перераспределении веществамежду газовой объемной фазой и поверхностным слоем более плотной фазыпоглощающего вещества – адсорбента, получили название адсорбционных[36,50,134].

Различают статические и динамические адсорбционные методыочистки и осушки [36,50,111], последние из которых применяются в системахподготовки сжатого воздуха [50,57].Адсорбционные методы позволяют производить комплексную очистку иосушку воздуха [80,10] в динамических условиях как от влаги, так и от другихвидов загрязнений, в частности, углеводородов, высокодисперсной фазы масел18и продуктов их разложения [23,50,129]. Содержание влаги в воздухе послеосушки и очистки адсорбционными методами в зависимости от видаприменяемого адсорбента приведено в Таблице 1.Следует отметить, что использование адсорбционных методов очистки иосушки сжатого воздуха обычно целесообразно лишь в довольно узкой областиприменения, а именно при необходимости глубокой осушки сжатого воздуха сточкой росы ниже минус 20оС [23,80,131,121], при относительно небольшихрасходах осушенного воздуха и/или при периодической кратковременной егопотребности.Определяющеевлияниеширокогодиапазонаизменениярасходныххарактеристик в установках подготовки воздуха для кабельных линий связи(два порядка и более) позволяет использовать адсорбционные методы очисткии осушки сжатого воздуха лишь в качестве концевой ступени его подготовки всочетании с другими методами.

Очевидно, что ведущая роль адсорбционныхметодов в системе содержания кабельных линий связи под избыточнымвоздушным давлением, требует их более детального рассмотрения.1.1.2. Адсорбционные методы очистки и осушки сжатого воздухаЭффективность применения того или иного адсорбционного методаочистки и осушки сжатого воздуха существенно зависит от целого рядафакторов [23,37,50,80]. Среди них необходимо выделить обоснованный выборприменяемого вида адсорбента [74], зависящий от требуемого уровня осушкивоздуха [23,50,121], его динамической активности [50,65] и условийрегенерации [1,10,80], стойкости к капельной влаге [22,121], истиранию,включая механическую прочность, деградацию и т.п.

[43,50,129,131].Многие из указанных параметров необходимо рассматривать в неразрывнойсвязи с особенностями пористой структуры адсорбента, которые достаточнохорошоизученыУстановлено,чтоидетальнооднойизрассмотреныосновныхвработах[10,36,50,111].характеристик,определяющих19адсорбционнуюспособностьсорбентаявляютсяизотермыадсорбциисорбируемых веществ на выбранном адсорбенте, вид которых во многомопределяется соотношением между его микро-, мезо- и макропорами[10,35,50,65,111].Изотермы адсорбции паров воды на различных видах промышленныхадсорбентов представлены на Рисунке 1.1. Изотермы получены в статических,а, % (по массе)нормальных условиях при температурах t=20-23оC, [23,50,111].60Активные угли50АктивныйглиноземАлюмогель40Цеолиты30КрупнопористыйсиликагельСреднепористыйсиликагельМелкопористыйсиликагель2010000,20,40,60,8Р/Р1sРисунок 1.1. Изотермы адсорбции паров воды на различныхпромышленных адсорбентах при t=20-23оCСогласно данным Рисунка 1.1, в установках подготовки воздуха длякабельныхлинийсвязиэффективностьпримененияпредставленныхадсорбентов не является равноценной.

При относительной влажности средыменее 40% активные угли плохо сорбируют влагу, вследствие чего дляглубокой осушки воздуха они практически не используются [50].По этой же причине для получения температуры точки росы выше минус40оС, применение в рассматриваемых системах адсорбентов на основе Al2O3следует признать неэффективным даже с учетом их устойчивости поотношению к капельной влаге [131]. Поскольку несмотря на возможностьполучения более низкой температуры точки росы (Таблица 1), здесьпотребуется использование адсорберов больших размеров [23].20Применениепромышленныхцеолитовоправданолишьвслучаенеобходимости комплексной очистки [10,80,125], когда из перерабатываемоговоздуха требуется удалять практически все загрязнения.