Расчетное определение доли воздуха, отводимого в осушительных установках на холодную регенерацию адсорбента
В.Н. Диденко, Д.А. Хворенков, И.И. Фахразиев
Вестник ИГЭУ, 2024 г. выпуск 6, сс. 39—50
Скачать PDF
Состояние вопроса. Процесс холодной регенерации адсорбента в осушительных установках производится частью уже осушенного воздуха без его подогрева, что упрощает конструкцию, уменьшает стоимость, но снижает производительность установки. Эта часть (доля) при высокой температуре и влажности атмосферного воздуха может быть недопустимо большой, поэтому важно определить ее величину до начала проектных работ. Использование для этого I-d-диаграмм влажного воздуха ограничивается погрешностями графических построений. Таким образом, разработка метода предпроектного расчетного определения доли осушенного воздуха, отводимой на холодную регенерации адсорбента, является актуальной задачей.
Материалы и методы. Создание метода, пригодного для предпроектных инженерных расчетов реального процесса холодной регенерации адсорбента, возможно лишь при упрощающих допущениях. Исследование проведено с использованием метода, базирующегося на теории «температуры мокрого термометра», рассматривающего тепло- и массообменные процессы в локальном пограничном слое у испаряющейся водяной пленки, омываемой плоскопараллельным и стационарным потоком ненасыщенного воздуха.
Результаты. Проведено детальное рассмотрение реальных процессов тепло- и массообмена при холодной регенерации гранулированного адсорбента осушенным воздухом. Выполнен расчет изменения влагосодержания и температуры воздуха в двух слоях адсорбента при допущении, что температура мокрого термометра одинакова во всех слоях адсорбента в течение всей фазы холодной регенерации. Температура и относительная влажность воздуха в конце фазы регенерации рассчитаны по начальному состоянию осушенного воздуха, идущего на регенерацию адсорбента. Разработанный алгоритм метода сопровождается численным примером.
Выводы. Полученные по представленной методике результаты позволяют сделать вывод об адекватности модели и достижении цели исследования. Достоверность результатов очевидна благодаря применению в методике базовых физически понятных термодинамических закономерностей. Методика может быть использована при выполнении предпроектных расчетов систем осушения воздуха компрессорных станций, к которым предъявляются определенные требования по влагосодержанию сжатого воздуха.
1. Автономова И.В. Компрессорные станции и установки. Ч. 2. Методы очистки газа на компрессорных станциях. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011.
2. Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты газоочистки: учеб. пособие. – Пенза: Изд-во Пензен. гос. ун-та, 2006. – 228 с.
3. Тарабонов М.Г. Кондиционирование воздуха. Ч. 1. – М.: Авок-пресс, 2015.
4. Вагин Е.В., Петухов С.С. Адсорбционные методы очистки воздуха и продуктов его разделения // Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 1984. – № 7. – С. 18.
5. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. – М.: Химия, 1984.
6. Козлов В.В., Шадрин В.С., Рахманов М.А. Метод и программа расчета процессов тепло- и массопереноса при адсорбционном осушении сжатого воздуха // Машины и установки: проектирование, разработка и эксплуатация. – 2017. – № 3.
7. Мозговой С.В. Исследование процессов тепло- и массообмена при очистке газовых смесей в адсорбционных установках: дис. … канд. физ.-мат. наук. – М., 2001. – 133 с.
8. Математическое моделирование процесса адсорбционного концентрирования углекислого газа в системе жизнеобеспечения условно-замкнутого объема / В.Г. Матвейкин, С.Б. Путин, С.А. Скворцов, С.С. Толстошеин // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. – 2011. – № 3(34). – С. 64–71.
9. Моделирование динамических эффектов в слоях адсорбентов. Простой метод оценки теплопроводности слоя композитного адсорбента воды (CaCl2, импрегнированный в поры силикагельной матрицы) / Л.И. Хейфец, Д.М. Предтеченская, Ю.В. Павлов, Б.Н. Окунев // Вестник Моск. ун-та. Сер. Химия. – 2006. – Т. 47, № 4. – С. 274–277.
10. Богославская Н.С., Устинов Е.А., Себалло А.А. Динамика десорбции воды из цеолита нагретым потоком инертного газа // ЖПХ. – 1987. – № 12. – С. 2676–2680.
11. Жибер А.В., Цирельман Н.М. Точное решение задачи динамики адсорбции-десорбции с нелинейной изотермой сорбции // Изв. АН СССР. Механика жидкости и газа. – 1989. – № 5. – С. 107–112.
12. Золотарев П.П. Динамика адсорбции одного вещества в неподвижном слое зерен адсорбента // Физическая адсорбция в микропористых адсорбентах. – М.: Наука, 1979. – С. 59–66.
13. Золотарев П.П., Дубинин М.М. Об уравнениях, описывающих внутреннюю диффузию в гранулах адсорбентов // ДАН СССР. – 1973. – Т. 210, № 1. – С. 136–139.
14. Моделирование динамики адсорбции паров в неподвижных слоях микропористых адсорбентов и расчет основных характеристик кинетики адсорбции / Е.А. Устинов, Н.С. Поляков, К.М. Николаев, М.М. Дубинин // Изв. АН СССР. Сер. Химия. – 1981. – С. 49–55.
15. Моделирование сорбционных процессов разделения смесей / А.А. Себалло, В.А. Шибаев, О.Л. Иванова и др. // ЖПХ. – 1988. – Т. 61, № 10. – С. 2244–2252.
16. Новиков B.C. Задачи и методы теории переноса (обзор) // Промышленная теплотехника. – 1989. – Т. 11, № 4. – С. 11–23.
17. Руднева Е.С., Иншакова А.С. Термодинамический анализ процессов осушения сжатого воздуха с холодной и горячей регенерацией адсорбента // Политехнический молодежный журнал № 08. – М.: МГТУ им. Н.Э. Бауман, 2019.
18. Луканин В.Н. Теплотехника. – М.: Высш. шк., 1999.
19. Шпаковский Р.П. Некоторые замечания к теории температуры «мокрого» термометра // Проблемы энергетики. – 2015. – № 7–8.
20. Шпаковский Р.П. Тепломассоперенос при испарении в газовый поток. – Н. Новгород: НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2013.
21. Лукашов В.В. К определению температуры поверхности испаряющейся жидкости // Теоретические основы химической технологии. – 2003. – Т. 37, № 4. – С. 351.
22. Krischer O. Die wissenschaftlichen Grundlagen der Trocknungstechnik. – Berlin: Springer-Verlag, 1956.