Диссертация (1026227), страница 30
Текст из файла (страница 30)
При этом, по сравнению с адсорберамиобщепромышленных осушителей воздуха, в адсорберах конденсационноадсорбционных установок открывается возможность увеличения максимальнодопустимойскоростигазовыхпотоков,чтоможетспособствоватьсущественному увеличению длительности экспозиции отказов.Анализ выражения (3.3) показал, что при увеличении расхода воздуха,значение величины коэффициента, характеризующего время релаксациисистемы по модулю α, формально также увеличивается (Рисунок 3.25), чтоуказывает на снижение времени релаксации адсорбционных процессов приподобных изменениях (Рисунок 3.26).0,024123α, 1/с0,0220,020,0180,0160,01401020304050607090 Q, л/мин10080Рисунок 3.25. Изменение коэффициента α, характеризующего времярелаксации системы для различных расходов воздуха при величинахконтрольной влажности: 1 – 25 %, 2 – 50%, 3 – 75%Вместестем,обработкарезультатовэкспериментовспомощьюдисперсионного анализа указывает на то, что даже при 10% уровне значимостирезультаты экспериментов статистически значимо не отличаются от среднегозначения.183tр, с7570165260355504540020406080100Q, л/мин120Рисунок 3.26.
Изменение времени релаксации кинетической стадии эволюциисистемы для различных расходов воздуха при величинах контрольнойвлажности: 1 – 25 %, 2 – 50%, 3 – 75%Это позволяет использовать допущение о постоянстве в рассматриваемыхусловиях величины времени релаксации кинетической стадии эволюцииисследуемой системы и найти количественные оценки величин kI и kII спомощью выражения (3.4), оценив их для процессов с термическойрегенерацией силикагеля на уровне kI ≈ kII ≈ const = 0,0155 1/с (Рисунок 3.27а).Соответственно, для процессов КБА с регулируемым объемом воздуха,подаваемого на регенерацию – на уровне kI ≈ kII ≈ const=0,0045 1/с (Рисунок3.27б) с относительной погрешностью не превышающей 8%.0,0050,00450,015k, 1/сk, 1/с0,020,011230,0035412340,0030,005а)0,0040204060Q, л/мин80100б)0204060Q, л/мин80100Рисунок 3.27.
Количественная оценка величин kI и kII: а) для процессов стермической регенерацией силикагеля, б) для процессов КБА, при величинахконтрольной влажности: 1 – 25 %, 2 – 50%, 3 – 75%, 4 – среднее значениеПолученные данные для величин kI и kII позволили перейти к оценкеинтенсивности случайных составляющих в рассматриваемых процессах.1843.3.2.Результатыэкспериментальногоисследованияинтенсивностислучайных составляющих сорбционных процессовРезультаты определения величин DI и DII, а также величин DDI и DDII,характеризующих интенсивность случайных составляющих протекающихпроцессов в рамках предложенной модели, на основе методики, изложенной вразделе 3.1.5, представлены на Рисунке 3.28.Полученные результаты показали, что не зависимо от рассматриваемогомножестваадсорбтиваинтенсивностьслучайныхсоставляющихдлясорбционных процессов с точностью, удовлетворяющей инженерным расчетамможет быть аппроксимирована с помощью эмпирической формулы (1.7) прииспользовании Dэ ≈ 2,3*10-5 м2/с.1,E-031,E-031,E-031,E-03Di, м2/cDi, м2/c1,E-038,E-046,E-043124,E-042,E-048,E-046,E-044,E-04122,E-040,E+00а)1,E-030,E+0000,10,20,3м/с0,4 W0, 0,5б)0100200300400Re500dРисунок 3.28.
Результаты определения величин DI, DII, DDI, DDII в зависимостиот: а) скорости, б) числа Рейнольдса, 1, 2 – в процессах адсорбции и десорбциисоответственно, 3 – эмпирическая зависимость (1.7)Выражение (1.7) показывает, что интенсивность случайных составляющихадсорбционных и десорбционных процессов в основном определяетсягидродинамикой соответствующих потоков. При этом, величины DI и DII, атакже величины DDI и DDII более чем на порядок превышают величинукоэффициентанеобходимомолекулярнойучитыватьадсорбционных установок.придиффузиивпроведениисистемерасчетов«воздух-Н2О»,чтоконденсационно-185Анализполученныхпринципиальноерезультатовразличиев(Рисунокинтенсивности3.28б)случайныхуказываетнасоставляющихадсорбционных и десорбционных процессов. Это подтверждает определяющеевлияние поведения обоих множеств адсорбтива на возникновение внезапных,непрогнозируемых отказов.
При этом, первое из рассматриваемых множествоказывает определяющее влияние на протекание адсорбционных процессов, авторое – десорбционных процессов.Обработка результатов экспериментов в критериальной форме позволилаполучить для адсорбционных и десорбционных процессов соответственнозависимости вида:DI DII 2 10 6 Re 3 10 6 ,(3.6)DDI DDII 8 10 6 Re 110 5 .(3.7)Кроме того, полученные результаты подтверждают возможность приналичии удлиненных слоев адсорбента, по крайней мере, двукратногократковременного увеличения допустимых скоростей газовых потоков вадсорберах конденсационно-адсорбционных установок (W0 ~ 0,45 м/с) посравнению с аналогичными скоростями, достигаемыми в общепромышленныхосушителях (W0 ~ 0,2 м/с).3.3.3.Результатыэкспериментальнойпроверкиадекватностипредложенной модели и определения границ ее применимостиПолученные результаты предоставили возможность произвести корректноесопоставлениерезультатовэкспериментальныхисследованийдинамикиадсорбционных фронтов с результатами модельных исследований на основевычислительных экспериментов, выполненных с помощью предложенноймодели и найти границы ее применимости (Рисунок 3.29).Представленные данные получены для мелкопористого силикагеля маркиКСМГ, соответствующего высшему сорту по ГОСТ 3956-76, при температурах23-25оС.Показательно,чтопрималыхрасходахвоздухаималой186продолжительности адсорбционного процесса относительное расхождениемежду экспериментальными и расчетными значениями не превышают 10%.1135791113150,90,8с(S,tc)/cw0,70,60,50,42468101214160,30,20,100,030,130,230,330,430,53S,0,63мРисунок 3.29.
Динамика адсорбционных фронтов: при времени адсорбции 300срасчет с помощью модели 1-4; эксперимент 9-12, при времени адсорбции21600 с расчет с помощью модели 5-8; эксперимент 13-16 при расходахвоздуха: 10, 30, 50, 75 и 100 л/мин соответственноВ диапазоне изменения относительной влажности от 30% до 70%, по мереувеличения продолжительности адсорбционного процесса и расхода воздуха,максимальное расхождение между указанными значениями увеличивается до25%.
Тем не менее подобная погрешность не оказывает существенноговлияниянанахождениепараметровопределяющихпроцессоввконденсационно-адсорбционных установках, что указывает на возможностьадекватного определения высоты работающего слоя силикагеля с помощьюпредложенной модели.Это позволяет сделать вывод, что определение величин С1 и С2 в видеС1=С2=0,5 = const для адсорбционных процессов длительностью от 300 с до6 ч является экспериментально обоснованным, что позволяет использоватьпредложенную модель для описания большинства процессов КБА.Таким образом, предложенную вероятностно-статистическую модельможно признать адекватно описывающей все определяющие физико-187химические параметры в конденсационно-адсорбционных установках наоснове процессов КБА.Применительно к процессам большей длительности, характерных дляустановок с термической регенерацией сорбента, модель адекватно описываетповедение начального участка первого множества адсорбтива, который в этихусловиях определяет основные показатели технологических процессов.Следуетотметить,чтодлядостижениясоответствиямоделиэкспериментальным данным, удовлетворяющего задачам фундаментальныхисследований на протяжении всего фронта адсорбции, необходимо проведениемодификациипредложенноймодели,посколькуиспользуемыеранеедопущения kI≈kII =const и С1=С2=const в этих условиях не выполняются вполномобъеме.Однакоэтотребуетпроведениядополнительныхисследований, выходящих за рамки настоящей работы.3.3.4.
Результаты экспериментального исследования влияния негативныхфакторов на протекание технологических процессов подготовки воздухаВ процессе экспериментальных исследований установлено, что негативноевлияние на эффективность технологических процессов в динамическихусловиях возрастает при снижении качества используемого силикагеля, аименно влагоемкости силикагеля в первой точке перегиба изотермы адсорбции(а), особенно в случае использования сорбента, не отвечающего требованиямнормативной документации (Рисунок 3.14, поставщик №3).
Оно проявляется ввиде деформаций сорбционных фронтов, приводящих к увеличению высотыработающего слоя силикагеля более чем на 20%, Рисунок 3.30.18811234с(S,tc)/cw0,60,40,20,40,2000,050,10,15S,0,2мб)010,050,10,15S,0,2м113240,60,40,40,2000,050,10,150,20,25S, м240,60,20130,8с(S,tc)/cwс(S,tc)/cw0,8в)240,60а)130,8с(S,tc)/cw0,81г)00,10,2S,0,3мРисунок 3.30. Изменение сорбционных фронтов при t=25оС в зависимости отвлагоемкости силикагеля в первой точке перегиба изотермы адсорбции (а): а)Q=30 л/мин, б) Q=50 л/мин, в) Q=75 л/мин, г) Q=100 л/мин; расчет с помощьюмодели 1-2, эксперимент 3-4, при а=11 и а=7 г/100гАналогичное влияние наблюдалось и по мере увеличения температурыпротекающих процессов, особенно при работе на нерасчетных режимах(Рисунок 3.31).
При этом высота работающего слоя силикагеля в процессахКБА может увеличиваться более чем на 40%.Вероятность возникновения внезапных, непрогнозируемых отказов вустановках с использованием процессов КБА, связанных с повышениемвлажности воздуха на выходе из установок, существенно возрастает врезультате нерасчетного снижения адсорбционной способности силикагеля всочетании с повышенной температурой осушаемого воздуха, особенно в случаеприменения адсорберов малой длины (Рисунок 3.32). В данном случае высотаработающего слоя силикагеля может увеличиваться более чем в 2 раза.189112340,60,40,20,40,2000,050,10,150,2S,0,25мб)10,050,10,15240,2130,8с(S,tc)/cwс(S,tc)/cw0S, м0,251130,80,6240,60,40,40,20,20в)240,60а)130,8с(S,tc)/cwс(S,tc)/cw0,8100,10,2S,0,3м0г)00,10,20,3S,0,4мРисунок 3.31.
Изменение сорбционных фронтов при влагоемкости силикагеляа=11 г/100г в зависимости от температуры (t): а) Q=30 л/мин, б) Q=50 л/мин, в)Q=75 л/мин, г) Q=100 л/мин; расчет с помощью модели 1-2, эксперимент 3-4,при t=25оС и t=40оСТаким образом, не только необходимость применения увеличенной длиныслоя силикагеля в адсорберах конденсационно-адсорбционных установок, посравнению с длинами слоев силикагеля в адсорберах общепромышленныхосушителей, но и возможность кратковременного увеличения скоростейгазовых потоков в сорбционных процессах можно считать экспериментальнодоказанной.В процессе экспериментов по выявлению влияния температуры и исходногокачества силикагеля на эффективность протекающих процессов былоустановлено, что по мере снижения требуемых температур точки росыосушенного воздуха при их одновременном воздействии наблюдается всебольшее приращение высоты работающего слоя силикагеля.19011с(S,tc)/cw0,80,624680,80,60,40,20000,050,10,150,20,25S, мб)100,10,2S,0,3м1с(S,tc)/cw0,624680,8с(S,tc)/cw13570,80,60,4123456780,40,20,20в)24680,40,2а)1357с(S,tc)/cw1357000,10,20,3S,0,4мг)00,10,20,3S,0,4мРисунок 3.32.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
