Автореферат (1026226), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Фактический вид изотермы адсорбции паров воды насиликагелеЭто позволило получить следующие дифференциальные уравнения:f I ( S , t I )BI  2 WI(t I )f I (S , t I ) f I (S , t I ) ,t IS2 S 2(4)f II ( S , t II )B 2 WII (t II )f II ( S , t II )  IIf II ( S , t II ) ,(5)t IIS2 S 2a ac D  cCcгде BI  2DI c I /(c I   N a I )  2DI I ; BII  2DII /(1   N D C )  2DII. N aIc D  cC N (a D  a C )После введения в уравнения (4) и (5) дополнительных членов,учитывающих влияние кинетической стадии эволюции рассматриваемойсистемы и нелинейность выпуклых участков изотермы адсорбции, дляадсорбционных процессов было получено следующее решение для функцииплотности распределения фронта адсорбции f (S , t ) :f  f (S , t )  f I (S , tI )  f II (S , tII )  CI ekI tI k I (( S  WI (t I )dt I )e k I t I   I ) 2  f 0, I ( I )d I exp B I (e 2 k I t I  1)1 / 2  k II ((S  WII (t II )dt II )e k II t II   II ) 2  f 0, II ( II )d II , 1)exp BII (e 2 k II t II  1) B I 2 k I t I(e 1) kI B C II e k II t II  II (e 2 k II t II k II1 / 2 (6)где k I и k II – некоторые постоянные коэффициенты, входящие вдополнительные члены; C I и C II – некоторые постоянные, определяемыевеличиной нормировки соответствующего множества; f 0, I  I  и f 0, II  II  –функции плотности распределения, задающие начальные условия.Аналогичным образом, с учетом наличия петли гистерезиса, длядесорбционных процессов было получено уравнение вида:7f D (S , t )  f DI (S DI , t DI )  f DII (S DII , t DII )  (( S  W DI (t DI )dt DI )   DI ) 2  f 0, DI ( DI )d DI +exp 2 B DI t DI2B DI t DI  2 ((S  WDII (t DII )dt DII )   DII ) C DII f 0, DII ( DII )d IDI ,+ exp 2 BDII t DII2BDII t DII  C DI(7)где индекс «D» характеризует введенные ранее определяющие величины, нов процессе десорбции.В результате исследования асимптотических свойств предложенноймодели в случае использования процессов КБА с регулируемым объемомосушенного воздуха, подаваемого на регенерацию, после завершения всехпереходных процессов ( t   ), для любого i-ого цикла КБА в моментывремени tI 32k Iи t II 3, получены решения для адсорбционных и2k IIдесорбционных процессов соответственно в виде:  f i x Ii , x IIi  f i , I x Ii  f i , II x IIi  f i x Ii , x IIi 1 / 2 k i I xi I 2  2b i I  2b i II CI  i  exp CII ii k I  k II 2b I iiiif Di xDI, xDII f i ,DI xDI f i ,DII xDIIгдеC DIii2BDIt DI x I  S   WI(t I )dt I ,(8)ii ( x DI ( x DII)2 C DII)2 exp  i i  exp  i i  ,ii2BDIIt DII 2 BDI t DII  2 BDII t DII bI  BI / 2 , bII  BII / 2 ,x DI  S   WDI (t DI )dt DI , 1 / 2 k i II x i II 2  exp ,i 2b II ii f i ,D xDI, xDII(9)x II  S   WII (t II )dt II , (t DII )dt DII .x DII  S   WDIIВыдвинута гипотеза о наличии в процессах КБА с регулируемымобъемом осушенного воздуха, подаваемого на регенерацию, статистическихусловий устойчивого динамического равновесия адсорбционных идесорбционных фронтов в слое адсорбента.

Установлено, что в условиях,когда изменением свойств адсорбента можно пренебречь, процесс осушкивоздуха можно представить в виде некоторой последовательностисорбционных процессов, обладающей свойствами асимптотическойсходимости.Выявлены определяющие параметры сорбционных процессов КБА срегулируемым объемом воздуха, подаваемого на регенерацию, и обосновананеобходимость применения в расчетах системы управления процессами КБА,интегральных характеристик, полученных в режиме реального времени, наоснове контроля точной дозировки малых объемов воздуха в каждомсорбционном цикле.Полученные результаты позволили описать адсорбционные идесорбционные фронты в пространстве и времени в следующем виде:c  cW (  f ( x I )dx I XI8X IIf ( x II )dx II ) ; c D  cW (X DIf ( x DI )dx DI  f (xX DIIDII)dx DII ) , (10)где cw – концентрация паров воды на входе в слой силикагеля.Для процессов КБА уточнена методика определения динамическойактивности слоя адсорбента, способная учитывать, что в процессах КБАколичество влаги, поступившее в адсорбер за полуцикл, значительно меньшетого количества влаги, которое постоянно находится в слое адсорбента.С целью оптимизации объемов воздуха, подаваемого на регенерацию,обеспечивающих повышение эффективности работы установок, а такжеисключающих потерю устойчивости сорбционных фронтов, и повышенияэффективности работы системы управления КСУ, предложено рассчитыватьопределяющие термодинамические характеристики на основе политропныхпроцессов, протекающих при переменном количестве вещества.В третьей главе представлены результаты экспериментальныхисследований физико-химических и термодинамических процессов, а такжедиапазонов изменения расходных характеристик, присущих конденсационноадсорбционным установкам подготовки воздуха для содержания кабельныхлиний связи под избыточным давлением.

Определены количественныезначения величин, входящих в предложенную вероятностно-статистическуюмодель. Выполнена оценка погрешностей результатов измерений ипроизведена проверка адекватности разработанной модели с установлениемграниц ее применимости.Для проведения экспериментальных исследований был созданэкспериментальный стенд (Рисунок 2), который включал в себя три основныхблока: компрессорную группу, блок осушки и автоматики (спрограммируемым блоком управления) и блок измерений.Рисунок 2.

а) Общий вид экспериментального стенда; б) блок осушки иавтоматики с программируемым блоком управленияСтенд позволяет, используя различные модификации компрессорныхгрупп и рабочих участков, проводить экспериментальные исследования вавтоматическом и полуавтоматическом режимах работы в диапазонеизменения расходов воздуха 6*10-7 – 5*10-3 м3/с при избыточном давлении 10– 106 Па с изменением относительной влажности осушаемого воздуха впределах 5-98% и контролем влажности осушенного воздуха до температурыточки росы минус 70оС.Разработанаконструкцияуниверсальногорабочегоучастка,позволяющего изменять положение адсорбента без его разборки, что9существенно повышает эффективность проведения экспериментальныхисследований.В составе стенда был реализован новый способ обеспеченияпостоянной влажности сжатого воздуха, необходимый для определениястатической и динамической влагоемкости силикагеля, непосредственно вусловиях эксплуатации конденсационно-адсорбционных установок [3].Данный способ, независимо от варианта его аппаратного оформления,позволил при изменении относительной влажности воздуха на входе всистему в пределах 90-98% обеспечивать постоянство подержанияотносительной влажности воздуха с относительной погрешностью не более±5%.

Представлен метод экспериментального определения статической идинамической влагоемкости силикагеля с применением предложенногоспособа.Показано, что величина относительной погрешности различныхмодификаций предлагаемого способа не превышает 6-7% и не противоречитданным других исследователей, полученных известными методами(Рисунок 3а).Экспериментально установлено, что влагоемкость мелкопористогосиликагеля марки КСМГ различных поставщиков в статических условияхпри относительной влажности воздуха менее 50% может отличаться болеечем на 100% (Рисунок 3б). При этом, использование нормативныхосредненных характеристик влагоемкости силикагеля при расчете,проектировании и эксплуатации конденсационно-адсорбционных установокдля содержания кабелей связи под избыточным давлением следует признатьне эффективным.а)б)Рисунок 3. Средняя влагоемкость образцов промышленного мелкопористогосиликагеля: а) производства SorbisGroup, б) российских поставщиковЭкспериментально установлено, что в исследуемом диапазонеизменений средней температуры воздуха 16,3–40,2оС статическаявлагоемкость силикагеля марки КСМГ при постоянной относительнойвлажности воздуха приблизительно постоянна не зависимо от температуры,при которой происходит процесс поглощения (Рисунок 4а).

Аналогичныерезультаты были получены и при изменении абсолютного давления воздуха вдиапазоне 0,1–0,6 МПа (Рисунок 4б).Исследование взаимосвязи между величинами влагоемкостисиликагеля в первой точке перегиба изотермы адсорбции и его насыпнойплотности показало, что насыпная плотность мелкопористого силикагеля10может рассматриваться лишь в качестве косвенной и качественнойхарактеристики его влагоемкости.а)Температура:16,3оС;30,6оС;22,5оС;40,2оСб)Давление:0,1 МПа;0,6 МПА0,2 МПА;Рисунок 4.

Средняя влагоемкость образца силикагеля в статических условияха) при различных температурах; б) при различном давлении воздухаОпределение динамической активности силикагеля позволило сделатьвывод, что в процессах КБА она может более чем в 3 раза отличаться от егодинамической активности в процессах с термической регенерацией(Рисунок 5).Рисунок 5. Результаты определения динамической активности слоясиликагеляВ результате обработки результатов исследований кинетическойстадии эволюции каждого из рассматриваемых множеств адсорбтива, дляисследуемого диапазона контрольной относительной влажности, былополучено эмпирическое выражение для конечного значения глубиныпроникновения адсорбтива S0 в кинетическом процессе в виде:S 0  Re d  10 4  0,0637  0,0404 ,(11)где Re d  W0 d ч   , dч – средний диаметр частиц адсорбента, ρ – плотностьвоздуха, μ – динамическая вязкость потока воздуха, φ – величинаконтрольной относительной влажности.Следует особо подчеркнуть, что в современных методиках расчетаконечное значение глубины проникновения адсорбтива в кинетическомпроцессе S0, включая высоту неработающего слоя адсорбента, прямымиметодами не учитывается, а закладывается в соответствующие11коэффициенты запаса.

Однако, применительно к процессам КБА, при малыхвысотах слоя сорбента, подобный подход следует признать необоснованным,поскольку это может приводить к ошибкам в проектировании и иметьсерьезные последствия. Это заставило внести соответствующиекорректировки в разработанную модель.В результате исследований кинетической стадии эволюциирассматриваемой системы экспериментально подтверждена возможностьиспользования допущения о постоянстве времени завершения кинетическойстадии эволюции исследуемой системы. Установлено, что величины kI и kII,входящие в разработанную модель, могут быть определены черездлительности t I и t II кинетической стадии эволюции каждого израссматриваемых множеств адсорбтива в виде: kI  3 2tIи k II  3 2t II .Показано, что в рамках предложенной модели для процессов КБА ипроцессов с термической регенерацией величины kI и kII можно считатьпостоянными и равными друг другу, с относительной погрешностью непревышающей 8%.

Характеристики

Список файлов диссертации