Исследование адсорбционной способности технологических адсорбентов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Липецкий государственный технический университет

Исследование адсорбционной способности технологических адсорбентов

Нитченко К.А.

Магистр

курс, факультет «Физико-технологический»

Шарапов А.И. кандидат технических наук, доцент Доцент кафедры «Промышленная теплоэнергетика»

Аннотация:

в статье рассмотрен узел очистки воздуха воздухоразделительной установки (ВРУ), предлагается исследовать адсорбционные свойства адсорбентов, применяемых на производстве и оценить технологические и экономические показатели.

Ключевые слова: адсорбер, интенсификация, селективность,

концентрация.

Annotation

the paper considers the air purification unit of an air separation plant (ASU); it is proposed to investigate the adsorption properties of adsorbents used in production and evaluate technological and economic indicators.

Keywords: adsorber, intensification, selectivity, concentration.

В данной статье рассматривается узел охлаждения и очистки воздуха ВРУ, но более детально изучен блок комплексной очистки (БКО). Комплексная очистка в схеме работы ВРУ применяется с целью удаления из воздуха водяных паров, двуокиси углерода, ацетилена и других углеводородов. Блок комплексной очистки состоит из: адсорберного блока, заполненного определенным адсорбентом, фильтра, электродвигателя, контрольноизмерительных приборов, арматуры, теплообменного оборудования.

Очистка воздуха очень важный этап процесса воздухоразделения, так как повышенные концентрации вредных компонентов, на последующих этапах разделения могут привести к взрыву всей установки. Поэтому необходимо создать такие условия, чтобы очистка воздуха от вредных примесей была наилучшей.

Адсорбцией называется избирательное поглощение одного или нескольких компонентов из смеси газов, паров или жидкостей твёрдыми пористыми телами, данный процесс является экзотермическим. Процесс протекает на поверхности пор, где ненасыщенные поверхностные силы твердого вещества взаимодействуют с силовыми полями поглощаемых молекул. В результате притяжения адсорбтива в порах адсорбента образуется «плёнка», в которой скапливается сорбированное вещество. Кроме того, в ходе протекания процесса адсорбции уменьшается концентрация целевого компонента в газе, а, следовательно, и его парциальное давление. Поэтому процесс адсорбции выгодно проводить при пониженной температуре и повышенном давлении воздуха. В качестве адсорбентов применяются пористые вещества с большой удельной поверхностью, величину которой обычно относят к единице массы адсорбента. В зависимости от диаметра поры условно делят на макропоры (более 210-7 м), переходные поры (10-7 -10-9 м) и микропоры (менее 10-9 м). [1, с. 12] Адсорбционная способность адсорбента характеризуется количеством адсорбтива, которое может поглотить единица массы или объема адсорбента до того, как начнется проскок по определенным компонентам, она наименьшая для молекул С02. Поэтому длительность цикла очистки воздуха и размеры адсорберов при использовании определенных адсорбентов определяются степенью очистки воздуха от двуокиси углерода. Динамика протекания процесса адсорбции показана на рисунке 1. Рассмотрим самые распространенные технические адсорбенты, которыми являются цеолиты и силикагели, определим время защитного действия каждого, в зависимости от различного содержания молекул углекислоты, которое зависит от многих факторов.

Рисунок 1. Динамика протекания процесса адсорбции

Для исследования адсорбционных свойств была разработана математическая модель, в основе которой лежит метод Шилова, который предложил формулу (1) для определения время защитного действия адсорбента. [2, с.5].

где, К- коэффициент защитного действия слоя [с/м]; т0 -потеря времени защитного слоя [с]; и -скорость движения зоны массопередачи [м/с].

Графически уравнение (1) является уравнением прямой, (графическая зависимость уравнения показана на рисунке 2) не проходящей через начало координат. Криволинейный участок - это период формирования зоны массопередачи. Прямолинейный участок соответствует второму второму периоду - параллельному переносу фронта адсорбции. Тангенс угла наклона этого прямолинейного участка 1да = К (т.е. равен коэффициенту защитного действия слоя адсорбента). Отрезок, отсекаемый на оси ординат, соответствует времени потери защитного действия слоя т0.

Рисунок 2. Зависимость времени защитного действия тпр от высоты слоя адсорбента Н

Таблица 1.

Исходные данные для исследования

Исходные данные соответствуют периоду исследования с 20.06.2018г по 20.09.2018г. Согласно справочной литературе в атмосферном воздухе содержится до 0,03% С02, что соответствует 600 мг/м3. [3, с.274]

Так же согласно периоду, приведенному выше были проведены исследования по работе адсорберов, заполненных цеолитам и силикагелем соответственно. Высота насыпного слоя адсорбента была одинакова и составляла 800 мм. Были сделаны замеры и получены следующие результаты (таблицы 2,3), которые были успешно обработаны и по ним разработали модель для оценки эффективности каждого адсорбента в зависимости от времени работы слоя до проскока молекул углекислоты. Построены изотермы адсорбции, которые изображены на рисунках 3,4.

Таблица 2.

Изменение концентрации углекислоты в слое заполненным цеолитом

Рисунок 3. Изотермы адсорбции (адсорбент-цеолит)

адсорбционный углекислота очистка воздух

Таблица 3.

Изменение концентрации углекислоты в слое заполненным силикагелем

Рисунок 4. Изотермы адсорбции (адсорбент- силикагель)

Изучив участок охлаждения и очистки воздуха в ВРУ и после детального исследования свойств адсорбентов можно сделать следующие выводы:

Поглощающая способность цеолитов на порядок больше чем у силикагелей, особенно это заметно при более высоких концентрациях СО2.

Среднее время защитного действия до проскока молекул СО2 у цеолитов составляет в среднем 9,7 часов, в то время как у силикагелей 8,9 часов.

Цеолиты эффективнее силикагелей по своим адсорбционным свойствам, но с точки зрения экономики целесообразнее использование силикагели, так как цена за тонну цеолитов составляет 70 тыс. руб, а силикагелей - 50 тыс. руб. [4, с.142].

Использованные источники

Михеев М.А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. Изд. 2, стереотип. М., «Энергия», 1977. -- 344с.

Метод. указ. / Сост. В.В. Филиппов. - Самара, Самар. гос. техн. ун-т, 2014. 27 с.: ил. 10

Глизманенко Д.Л. Получение кислорода. Издательство, стереотип М., «Химия»,1965.752с.

Трошин С.С., Шарапов А.И., Коваленко И.А., Способы повышения производительности предприятия. Производственный энергоаудит. // В книге: Школа молодых ученых материалы областного профильного семинара по проблемам технических наук. Администрация Липецкой области; Управление образования и науки Липецкой области; Липецкий государственный технический университет. 2017. С. 142-144.

Размещено на Allbest.ru