Диссертация (1026227), страница 13

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

Текст из файла (страница 13)

Однако для его практической реализации необходимо получениебольшого объема экспериментальных данных при различном аппаратномоформлении технологического процесса, в различных эксплуатационныхусловиях.При расчете систем подготовки сжатого воздуха в составе конденсационноадсорбционных установок на основе процессов КБА определяющими являютсянеосредненные«справочные»значенияхарактеристикдинамическойактивности адсорбента, изотермы и фронта адсорбции и т.п., а их конкретныеструктурные характеристики, включающие такие параметры как точкиперегиба, углы наклона и др., которые следует определять экспериментальнымпутемвреальныхэксплуатационныхусловияхииспользоватьвсоответствующих методиках расчета.В этом и состоит принципиальное отличие расчетных методик подготовкисжатого воздуха в конденсационно-адсорбционных установок на основепроцессов КБА для кабельных линий связи от систем осушки и очисткивоздуха общепромышленного назначения.

Поскольку масса силикагеля впервых, может быть более чем на три порядка меньше, чем в последних, авозникающие погрешности не могут быть скомпенсированы за счет введениякоэффициентов запаса, используемых в общепромышленной практике.Подобные проблемы могут быть решены в рамках вероятностностатистического подхода к расчету сорбционных процессов. Однако внастоящее время применительно к системам подготовки сжатого воздуха вконденсационно-адсорбционных установках на основе процессов КБА данныйподход практически не использовался.Представленный материал позволяет сделать вывод, что существующиеинженерные методики расчета сорбционных процессов, используемых приподготовке сжатого воздуха в составе конденсационно-адсорбционных77установок для содержания кабельных линий связи,базируются либо наосредненных «справочных» значениях и допущениях, не в полной мереотражающих реальное протекание определяющих процессов, либо вынужденыиспользоватьбольшойобъемэмпирическихданных,имеющихярковыраженный ограниченный характер.Указанные обстоятельства свидетельствуют о сильном негативном влияниисубъективных факторов при расчете и проектировании адсорбционных блоковБОА.Такимобразом,разработкуметодикиинженерногорасчетаконденсационно-адсорбционной установки на основе процессов КБА срегулируемым объемом воздуха, подаваемого на регенерацию, базирующуюсяна вероятностно-статистических методах расчета сорбционных процессов, испособную обеспечить определение исходных данных для разработкипроцессов регулирования, управления и контроля следует отнести к основнымзадачам настоящих исследований.Для обеспечения эффективной работы конденсационно-адсорбционныхустановок на основе процессов КБА, необходимо выявление набораопределяющих количественных показателей, используемых в методиках ихрасчета и управления, которые бы учитывали основные особенностипротекающих процессов.1.3.4.ОпределяющиехарактеристикипроцессовКБАвсоставеконденсационно-адсорбционных установок подготовки сжатого воздухаИзвестна взаимосвязь между геометрией фронта адсорбции и динамикойего изменения в зависимости от видов изотерм адсорбции различных типовпромышленных адсорбентов [36,50,111].

В области низкой относительнойвлажностирезультатыисследованийразличныхавторовпрактическисовпадают между собой (Рисунок 1.2). Это указывает на то, что микропористаяструктура данного типа силикагелей является достаточно стабильной.78В результате можно сделать вывод, что при относительно низкойвлажности осушаемого воздуха участок изотермы адсорбции паров воды насиликагеле можно рассматривать в качестве однозначного количественногопоказателя динамики сорбционных процессов. Вместе с тем, в области среднейи высокой влажности в рамках даже одного типа силикагеля имеют местосущественные различия в его влагоемкости (Рисунок 1.2).Указанное обстоятельство закреплено в ГОСТ 3956-76, что не позволяетрассматривать изотермы адсорбции в качестве однозначной количественнойхарактеристики мелкопористого силикагеля во всем диапазоне изменениявлажностиосушаемоговоздуха.Этотребуетвведенияврасчетысоответствующих количественных показателей.К ним можно отнести величины равновесной адсорбции, полученные встатических условиях, а также координаты точек перегиба.

Кроме того, независимоотрежимаработысорбента,определяющеевлияниенаэффективность сорбционных процессов оказывают не только вид изотермыадсорбции, но и ее другие характеристики, в первую очередь вытекающие иззначений производной изотермы адсорбции, которые в значительной мереопределяются температурой протекающих процессов [50].При осушке воздуха силикагелем распределение адсорбированной влаги подлине слоя поглотителя можно условно разбить на 4 зоны (Рисунок 1.9) [111].c4321LРисунок 1.9. Распределение адсорбированной воды по длине слояпоглотителя79Принято считать, что адсорбированная влага в 1-ой зоне располагается наповерхности поглотителя в виде мономолекулярного слоя, что соответствуетначальному линейному и выпуклому участкам изотермы адсорбции.

Во 2-ойзоне, соответствующей вогнутому участку изотермы адсорбции, преобладаетполимолекулярнаяадсорбция.В3-ейзоненаблюдаетсякапиллярнаяконденсация, в 4-ой зоне массопередача практически не происходит, так какэта зона полностью насыщена влагой и находится в равновесии споступающим воздухом.Известны и другие объяснения подобного распределения [10].

Этосвидетельствует о том, что интерпретация фронтов и изотерм адсорбции,исходящая только из них самих не является однозначной.Результаты экспериментов [111] показали, что при достаточно большойотносительной влажности исходной смеси (выше 51%) пропускаемый допроскока объем (или время проскока) не зависит от начальной относительнойвлажности воздуха. Данные условия соответствуют процессам КБА в КСУ.Указанное обстоятельство может быть положено в основу расчетаадсорберов БОА, считая, что высокая концентрация подаваемой смеси невлияет на свойства той части зоны массопередачи, в которой концентрацияпоглощенной воды невелика (мономолекулярная зона). При этом, содержаниеадсорбированной воды в зоне насыщения (4-ая зона) полностью определяетсяотносительной влажностью входящего потока воздуха.Таким образом, в рассматриваемых условиях описание процессов сорбциипаров воды на силикагеле при высокой влажности воздуха не может бытьосуществлено лишь на основе одной функции (линейной, выпуклой иливогнутой), обычно использующейся для описания отдельных участков изотермадсорбции силикагеля или других адсорбентов [36,50].В результате становиться очевидной необходимость введения в моделисорбционных процессов нескольких множеств адсорбтива, соответствующихразличным участкам фронта и изотерм адсорбции паров воды на силикагеле.При этом создание модели описания сорбционных процессов, протекающих в80конденсационно-адсорбционных установках подготовки воздуха, на основемногомодальной функции плотности распределения f  f S , t  адсорбтива послою адсорбента, характеризующей состояние рассматриваемой системы нагидродинамической стадии ее эволюции, можно отнести к основным задачамнастоящих исследований.В частности, применительно к мелкопористому силикагелю, используемомув адсорберах БОА, это позволяет выделить, как минимум, два множестваадсорбтива, соответствующих выпуклым участкам изотермы адсорбции.Для этих участков в работе [111] получены эмпирические уравнения,определяющие количество влаги адсорбированной силикагелем в зоненасыщения ас (в %):при φ=0-50%: ac  1,567  0,5836 ;(1.26)при φ=50-100%: ac  24,63  0,136 .Уравнения (1.26) получены в динамических условиях для зерен силикагеляс размером 3-8 меш., при высоте адсорбера 1,83 м и диаметре 100 мм.Результаты оценок, выполненные с помощью (1.26), в целом непротиворечат известным экспериментальным данным (Рисунок 1.10).50а, %(масс)4023130872061054000,10,20,30,40,50,60,70,80,91sР/РРисунок 1.10.

Изотермы адсорбции паров воды на силикагеле: 1 и 5 – Кельцев[50]; 2 – Серпионова [111]; 3 и 4 – ГОСТ 3956-76. нижние границы силикагелямарки КСМГ высшего и первого сорта, соответственно; 6 – Киселев [137]; 7 –Глизманенко [23]; 8 – расчет по формуле (1.26)81Однакосопоставлениеэкспериментальныхданныхсрасчетами,выполненными по уравнениям (1.26) показывают, что оценки погрешностирасчетов, проведенных с их помощью, на уровне 2,5% [111], оказываются явнооптимистическими, особенно в области средней и высокой влажностиосушаемого воздуха, что позволяет рассматривать данные уравнения только вкачестве осредненных и оценочных.

Подобный результат однозначноуказывает не только на различия в количественном содержании структурныхэлементов с микро- и мезопорами в рамках одной и той же марки силикагеля,но и на ряд других особенностей.Таким образом, нельзя говорить о некой «универсальной» изотермеадсорбции паров воды на мелкопористом силикагеле, поскольку этахарактеристика системы типа «адсорбат-адсорбент», даже в рамках одноймарки адсорбента, не является однозначной и зависит от целого рядапроизводственных и технологических факторов.В результате, при переходе в системе типа «адсорбат-адсорбент» отобычных физико-химических систем к коллоидному состоянию, появляетсятакое свойство, как невоспроизводимость системы – ее индивидуальность,которая носит вероятностный характер.

Характеристики

Список файлов диссертации