Диссертация (1026227), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Изотермы адсорбции паров воды на мелкопористом силикагеле196Установлено, что основное влияние следы масла и продукты егоразложения оказывают на микропоры силикагеля, влияние на мезо- имакропоры существенно меньше. Это приводит к значительному снижениювеличины адсорбции силикагеля в первой точке перегиба его изотермы исоответственно к резкому увеличению средней скорости распространенияпервого множества адсорбтива по слою адсорбента.Изменение величины адсорбции силикагеля во второй точке перегиба егоизотермы адсорбции менее выражено, что позволяет считать скоростьраспространениявторогомножестваадсорбтивапослоюадсорбентапрактически неизменной.Эволюция фронтов адсорбции паров воды на силикагеле после загрязненияпоследнего маслом представлена на Рисунке 3.37.11с(S,tc)/cw0,80,60,40,20,60,40,20а)12340,8с(S,tc)/cw123400,10,20,3S,0,4м0б)00,20,4S,0,6мРисунок 3.37. Изменение сорбционных фронтов паров воды на силикагелепосле его загрязнения маслом при t=40оС а) Q=30 л/мин, б) Q=100 л/мин,расчет с помощью модели 1-2, эксперимент 3-4 при а=11 и а=7 г/100гПредставленные результаты экспериментально подтверждают, что фронтадсорбции паров воды на силикагеле, следуя за фронтом распределения следовмасла по слою силикагеля, деформируется преимущественно за счет измененияопределяющих параметров первого множества адсорбтива.Для оценки величины деформации фронта адсорбции паров воды намелкопористом силикагеле была предложена следующая эмпирическаязависимость:197а I a (1 k М CМVобр ) ,VA М(3.9)где аI′ – текущая величина адсорбции в первой точке перегиба; аI – исходнаявеличина адсорбции в первой точке перегиба; kМ – постоянный коэффициент;СМ ~ 0,03 г/м3 – средняя концентрация следов масла на выходе из компрессора;Vобр – объем обработанного воздуха; VА – объем адсорбера; ρМ – средняяплотность следов компрессорного масла.Полученные результаты позволяют сделать вывод, что рассмотренноесочетание неблагоприятных факторов проявляется не столько в виде снижениядинамической активности мелкопористого силикагеля, сколько в аномальномповедении первого множества адсорбтива.В процессе исследований было установлено, что при насыщении (по массе)силикагеля следами синтетического компрессорного масла до среднихпредельных величин на уровне аМ = 18-20% не происходит потериустойчивости сорбционных фронтов.
При этом коэффициент необратимогосорбирования следов компрессорного масла был оценен на уровне αМ = 0,250,3.В свою очередь, это позволило на основе полученных осредненных данныхпроизвестиобоснованнуюоценкуресурсныххарактеристикработыадсорберов.Присутствие масла, применение некачественного силикагеля, нерасчетноеповышение температуры увеличивают время экспозиции отказа, что с однойстороны оказывает положительное влияние на эффективность технологическихпроцессов. Однако это увеличение для температур точки росы выше минус60оС не оказывается достаточным для принятия персоналом своевременных иадекватных решений, что в свою очередь требует применения дополнительныхмер для устранения появления внезапных отказов.1983.4. Результаты экспериментального исследования влияния объемных,расходныхитермодинамическихпараметровнаэффективностьтехнологических процессов подготовки воздуха3.4.1.
Результаты экспериментального исследования влияния объемныххарактеристик на устойчивость процессов КБАДля определения параметров эффективности технологических процессов вциклах КБА и исследования их устойчивости, была проведена серияэкспериментовсконтролируемымобъемомвоздуха,подаваемогонарегенерацию силикагеля.При расчетном соотношении объемов воздуха, обрабатываемого впроцессах десорбции и адсорбции k0=Vd/Va=0,215, эксперименты проводилисьв диапазоне температур от 18оС до 25оС не только с указанным соотношением,но и с избыточным, а также с недостаточным объемом воздуха, подаваемого нарегенерацию.Обобщенные результаты экспериментов с избыточным объемом воздуха,подаваемогонарегенерацию,ссоотношениемобъемоввоздуха,обрабатываемого в процессах десорбции и адсорбции k0=Vd/Va=0,3, показывают(Рисунок 3.38), что несмотря на обеспечение устойчивости протекающихпроцессовэффективностьиспользованиявоздуха,подаваемогонарегенерацию, остается крайне низкой даже с учетом более чем 50%превышения нормы.Кроме того, полученные результаты подтвердили возможность накопленияв процессах КБА в слое адсорбента значительно большого количества влаги,которое существенно превышает количество влаги, поступающее в адсорбер заполуцикл.При этом дополнительные исследования показали, что для достиженияуровня полного восстановления свойств силикагеля, характерного дляпроцессов с термической регенерацией, должно выполняться условие k0≥ 4.110,80,80,6с(S,tc)/cwс(S,tc)/cw199Iа0,4IIaIIд0,20,6Iа0,4IIaIIд0,2IдIд0а)000,050,1S, м0,15б) 00,050,10,15S,0,2мРисунок 3.38.
Снижение эффективности использования осушенного воздуха впроцессах КБА при k0=Vd/Va=0,3: а) Q=30 л/мин; б) Q=100 л/мин; I - придлительности 1 цикл; II - при длительности 5 циклов в процессах адсорбции идесорбцииЭто позволяет сделать вывод, что достижение конфигурации фронтовадсорбции, характерных для процессов с термической регенерацией, впроцессах КБА не целесообразно, поскольку все преимущества полнотыиспользованиясопровождаютсяслояадсорбента,резкимвизменениемслучаевозникновениявлажностивоздуха,отказа,котороеобуславливает малую длительность экспозиции отказа.Аналогичная ситуация возникает при изменении расхода осушенноговоздуха, направляемого потребителю, с одновременной настройкой установокна максимальную производительность, что способствует повышенному износуприменяемого оборудования и дополнительному загрязнению осушенноговоздуха.Вместе с тем, подобный режим работы установок на основе процессов КБАможетбытьиспользовандляисходнойрегенерациисиликагелянепосредственно в их составе без применения термической регенерации, атакже для восстановления свойств сорбента.
На Рисунке 3.39 представленырезультаты восстановления свойств силикагеля за счет избыточного объемавоздуха, подаваемого на регенерацию.200Представленные результаты показывают принципиальную возможностьисходной регенерации силикагеля непосредственно в составе установок сиспользованием процессов КБА без применения термических методовподготовки адсорбента.0,7с(S,tc)/cw0,60,5n=1n=3n=5n=20эксп n=2эксп n=4эксп n=180,40,30,20,100,5n=2n=4n=18эксп n=1эксп n=3эксп n=5эксп n=200,520,540,560,58S,0,6мРисунок 3.39.
Результаты восстановления свойств силикагеля сиспользованием процессов КБАПри этом для сокращения длительности выхода на рабочий режим следуетиспользовать как можно больший объем осушенного воздуха. В свою очередьэто обуславливает необходимость введения в процессы управления этимиустановками самостоятельного режима исходной регенерации сорбента.Проведенные исследования показали, что в случае применения режимаисходной регенерации, для выхода на рабочий режим с температурой точкиросы на уровне минус 25оС, при условии загрузки силикагеля в адсорберынепосредственно из герметичных крафт-мешков, достаточно не более 5 циклов,а для температуры точки росы минус 40оС – не более 20 циклов.
Однакодлительность полного восстановления свойств всего слоя силикагеля требуетзначительно большего времени (более 24 ч).С помощью избыточного объема воздуха, подаваемого на регенерацию,полноевосстановлениесвойстввсегослоясиликагеляможетбытьосуществлено и в рабочем режиме установки, но в силу достаточно медленногопродвижения десорбционных фронтов в этом режиме – за существеннобольший промежуток времени (более 2 суток). Это необходимо учитывать при201разработке систем управления конденсационно-адсорбционными установкамидля кабельных линий связи.При недостаточном объеме воздуха, подаваемого на регенерацию впроцессах КБА, что соответствует нерасчетным режимам работы и ошибкам внастройках и обслуживании установок персоналом, наблюдается потеряустойчивости сорбционных фронтов, приводящая к возникновению внезапных,непрогнозируемых отказов.
На Рисунке 3.40 представлены результатыэкспериментов при соотношении объемов воздуха, обрабатываемого впроцессах десорбции и адсорбции k0=Vd/Va=0,1.0,80,80,6IVаIIIа0,4IIIдIIа0,2с(S,tc)/cw1с(S,tc)/cw1IVд0,2IIд0а)0,4IVаIIIа0,6IIIдIIаIVдIIд000,050,10,150,2S, м0,25б) 00,20,4S,0,6мРисунок 3.40. Потеря устойчивости в процессах КБА при k0=Vd/Va=0,1:а) Q=30 л/мин; б) Q=100 л/мин; II - при длительности 5 циклов; III - придлительности 100 цикло в; IV - при длительности 200 циклов в процессахадсорбции и десорбцииОбращает на себя внимание аналогичное поведение фронтов адсорбции принедостаточном объеме воздуха, подаваемого на регенерацию, и/или сниженииэффективности его использования, а также фронтов адсорбции с термическойрегенерацией сорбента.
Отличие заключается в том, что в первом случаескорость продвижения фронта ниже, а ширина работающего слоя – выше, чемво втором. Это указывает на то, что при прочих равных условиях время началапроявления отказа и время его экспозиции в первом случае будет больше, чемво втором.202В свою очередь это позволяет сделать вывод, что применение процессовКБАсточкизренияобеспеченияэффективностиинадежноститехнологических процессов оказывается более предпочтительным.При расчетном соотношении объемов воздуха, обрабатываемого впроцессах десорбции и адсорбции k0=Vd/Va=0,215, (Рисунок 3.41) имеет место110,80,80,6с(S,tc)/cwс(S,tc)/cwустойчивое поведение сорбционных фронтов.0,6IIaIдIIд0,4Iд0,4Iа0,20,200а)00,030,060,09S, м0,12б) 0IIaIIдIа0,050,10,150,2S, м0,25Рисунок 3.41.
Поведение сорбционных фронтов в процессах КБА приk0=Vd/Va=0,215: а) Q=30 л/мин; б) Q=100 л/мин; I - при длительности 1 цикл; II при длительности 5 циклов в процессах адсорбции и десорбцииПриэтомэффективностьиспользованиявоздуха,подаваемогонарегенерацию, стремится к своим максимальным значениям.Такимобразом,определяющеезначениевеличиныk0=Vd/Vaдляобеспечения эффективной и надежной работы конденсационно-адсорбционныхустановок для кабельных линий связи с использованием процессов КБАследует признать экспериментально доказанным.Кроме того, величинуk0=0,215 можно рассматривать в качестве условия обеспечения устойчивостисорбционных фронтов в процессах КБА с регулируемым объемом воздуха,подаваемого на регенерацию в условиях изотермического протеканияпроцессов.Более того, эксперименты показали, что использование коэффициентазапаса в расчетном соотношении объемов воздуха на уровне 1,05-1,08203обеспечивает устойчивую работу установок с использованием процессов КБАна всех расчетных режимах.В процессе исследований выявлено, что повышение среднего давления(Рисунок 3.42а), также как снижение скорости потока адсорбтива (Рисунок3.42б), в адсорбционном процессе КБА, при прочих равных условиях,способствует сокращению длины рабочего слоя силикагеля, что при расчетномсоотношении объемов воздуха, обрабатываемого в процессах десорбции иадсорбции, может быть использовано в алгоритмах управления установкамидля предотвращения отказов на нерасчетных режимах их работы.300%250%150%при t=25 оС250%при t=40 оС200%ΔS/S0, %ΔS/S0, %200%150%100%100%50%50%0%0%0,3а)0,50,7р, МПа0,9б)1535Q,75ндм3/мин9555Рисунок 3.42.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
