автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.03, диссертация на тему:Разработка низкотемпературной адсорбционной технологии накопления и выдачи озона для систем водоочистки большой производительности

9 Д ,9,2

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ 0РДМ1А ТРУДОВОГО 1СРЛСНОГО ЗНАМЕНИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ХОЛОДИЛЬНОЙ ПРОМШШШОСТИ

На праэах рукописи УДК 661.94

КОЛЬЦОВА Ольга Николаевна

РАЗРАБОТКА НИЗКОтаПКРЛТУРНОЙ АДСОРБЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ НАКОПЛЮ ЛШ И ВНДА-Ш 0301 :л дли СИСТЕМ ВОДООЧИСТКИ БОЛЬШОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

05.04.03 - Машины и аппарата холодильной и криогенной техники и систем кондиционирования

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических неук

Санкт-Петербург 1Э92

Работа выполнена Б'Санг.г—Петербургском ордена Трудового ¡Ясного Знамени технологическом институте холодильной промышленности

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Головко Г.А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Боярский М.Ю.

кандидат технических наук Шнырев А.Д.

Ведущая организация - ЛенНИИхишаш

Защита диссертации состоится 1992 г.

в Уу часов на заседании специализированного Совета К 063.02.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Санкт-Петербургском технологическом институте холодильной промышленности по адресу: 191002, г.Санкт-Петербург, ул.Ломоносова, 9.

Отзыв в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, просим направлять в специализированный Совет института.

С диссертацией моено ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан асе? "С'А-ЮсЖА'ед 1992 г.

Ученый секретарь специализированного Совета № I кандидат технических наук, и.о.профессора

Л.А.Акулов

1

;' '•! ' '' Г,:

• ■" тля

3

0БЕ1ЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ ' .

Актуальность теш. Проблемы повышения качества очистки вода до требований ГОСТ 2874-82 и исключения влияния на организм человека тродуктов реакций традиционных окислителей, таких как хлор и его про-юводнне, используемых в существующих слстемах водоочистки, обусла^-швают ^звитие систем водоочистки, пепользупгря экологически чистые I более эффективные окислители, такие как озон.

Применение озона в качестве окислителя позволяет в одно и то не зромя обеззараживать воду, разрушать фитопланктон, уничтожать привкусы и загахи, окислять железо, марганец и другие примеси.

Озонаторнне устан"чки функционируют на водопроводных станциях 5олее, чем 30 стран. Озонирование используют в настоящее время около 2000 водопроводных станций Франции, США, Японии, Германии, Швейцарии, Австрии, Канады, СНГ.

Для озоргаторннх установок, эксплуатируемых в СНГ, характерен высокий удельный расход электроэнергии на производство I кг 0^ (18-30 иВт'ч).

Расширение внедрения озона, как окислителя, в системах ^одоочи-зтки СНГ обуславливает разработку оптпглальяого технологического процесса озонирования воды п снижение энергозатрат к . получение I кг. Од в условиях крупного производства озона.

Снижение затрат мопет быть достигнуто:

- оснащением озонаторов источниками питания средне:! Частоты: ",00-1000 Гц;

- использованием в качестве сырья для производства озона сухого технического кислорода;

- возвращением не преобразованного в озон кислорода в контур для производства озона.

Для этого необходимо проведение теоретических п экспериментальных исследований по разделению озоно-кпелородных смесей, установлению оптимальных параметров процессов накопления и выдачи озона, исходных данных для расчета адсорберов озона.

Цель работы. Разработка низкотемпературной адсорбционной технологии нак пления'озона на отечественном промышленном силикагеле КСС-4С и выдачи озона потребите.® в требуемых количествах, а таете определение сорбционных хараг.теристш:, необходимых для установления оптимальных параметров адсорбциошю-десорбциопннх процессов и расчета адсорбера-накопителя озона.-

Лля вкполншптя птоп целт необходимо было осупсствнть:

- поиск оптимальных условий предварительной обработки силикагел

- разработку экспериментальной установка для исследования низко температурных процессов адсорбции и десорбции озона;

- экспериментальное определение изотермы адсорбции озона при температуре минус ТО °С;

- определение закономерностей установления адсорбционного равнс весия в широком интервале расходов озоно-кислородной сыесп и концен! раций озона в озоно-кислородной снеси;

- определение закономерностей десорбции озона;

- определение и исследование зависимости эффективного коэффициента диффузии от расхода озоно-кислородной снеси и концентрации озона в озоно-кислородной смеси:

- определение и исследование зависимости кинетического коэффициента массообмена от расхода озоно-кислородной смеси и концентрации озона в озоно-кислородной смеси.

Научная новизна.

- Разработан оригинальный способ предварительной обработки си-лшсагеля, используемого для накопления озона.

- Експериментально определена изотерма адсорбции озопа на сили-кагеле КСС-4С при тешшпатуре минус ТО °С.

• - .Впервые экспериментально определены кинетические кривые установления адсорбционного равновесия в широком интервале расходов и концентраций озона в озоно-кислородной смеси.

- Впервые экспериментально определены кинетические кривые десох ции озона.

Практическая ценность полученных в диссертации результатов заш чается в разработке способа получения озоносодержащих смесей, предус матривавдего возвращение не преобразованного в озон кислорода в контур для производства озона путем использования низкотемпературной а; сорбции озона.на отечественном промышленном силикагеле, а также в ог. ределении параметров, необходимых для выполнения расчета адсорберов озона.

Апробация работы.

Основные материалы диссертации докладывались и обсуждались на:

- семинаре "Внедрение мероприятий по повышению эффективности ре ботн очистных сооружений и установок, ирпользование очищенных сточнь вод для нужд народного хозяйства", Севастополь, 1989;

- осенней сессии Ленинградского научно-исследовательского центр экологической безопасности АН СССР, Ленинград, 1989;

- годичной сессии Научного совета АН СССР по адсорбции, Москва,

1990;

- Всесоюзной научно-технической конференции "Холод - народному хозяйству", Ленинград, 1991;

- ХУП-ХХ научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников, инженеров п аспирантов по итогам научно-исследовательской работа за 1987-1990 году, Ленинград, ЛТИХП, I988-I99I.

Публикации. По материалал диссертации опубликованы тезисы док- . лада на Всесоюзной научно-технической конференции "Холод - народному хозяйству" (Ленинград, 1991). На заявку №. 4933205/26-037242 "Способ получения озона" получено решение патентной экспертизы о выдаче патента .

На зэпяту выносятся следующие положения:

1. Способ предварительной обработки силикагедя, используемого для адсорбции озона.

2. Экспериментальная установка для исследования низкотемпературных процессов адсорбции и десорбции озона.

3. Экспериментально полученная изотерма адсорбции озона па си-лякагеле КСС-4С при температуре минус 70 °С.

4. Впервые экспериментально полученные для широкого интервата расходов озопо-кислородной смеси (20-84 л/ч) кинетические кривые установления адсорбционного равновесия при температуре минус 70 °С и концентрациях озона в озоно-кислородной смеси 20-70 г/ы?.

5. Впервые экспериментально порченные кинетические кривые десорбции озона.

6. Впервые экспериментально полученные для шрокого интервала расходов оэоно-кирпородной смеси и концентраций озона в озоно-кислородной смеси эффективные коэффициенты диффузии озона и кинетические коэффициенты внутридиффузяонного массообмсна твердой фазы.

Структура и объем работа. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и основных выводов, изложенных на 85 страницах машинописного текста, содержит 39 рису!шов, 22 таблицы и список литературы из 71 наименования.

С0Д2РЕА1ШЕ РАБОТЫ

В настоящее время в промышленности используются двг, основных способа получения оэопз: пз воздуха и из кислорода. При этом расходы на производство озона, определяемые в первую очередь по-.-ребиостьЕ в

энергии генераторов озона, существенно ниже при использовании способов получения озона из кислорода. Кроме того, массовая доля юпа в озоновоздушной смеси более 3 %, как правило, едва ли достижима, а и озоно-кислородной смеси она составляет 6 % и более.

Однако, преимущества производства озона из кислорода не компенсируют, стоимости, израсходованного кислорода, если не преобразованный в озон кислород не возвращается вновь для производства озона. Рециркуляция не преобразованного в озон кислорода монет бить осуществлена двумя способами, отличающимися выбором технологической ступени, на которой производится отделение озона от кислорода.

Для первого способа характерно отделение озона от кислорода в камере, где происходит контакт озона с водой.

Для второго способа характерно отделение озона от кислорода путем адсорбции озона из озоно-кислородной сме^и, выходящей из генератора озона.

Способ производства озона из кислорода с рециркуляцией кислорода адсорбционного типа является наиболее предпочтительным для применения в озонаторных установках большой производительности, так как рециркулирующий кислород не загрязняется при этом влагой, углекислым газом, азотом и другим добавками.

Анализ опубликованных работ по теоретическим вопросам адсорбции озона'показал, что:

- полностью обратимая физическая адсорбция озона возможна при взаимодействии озона с силикагелями, предварительно очищенными от примесей;

- величина адсорбции озона увеличивается при понияетш температуры адсорбции и увеличении концентрации озона в озоносодераащей смеси;

- максимальные величины адсорбции озона в интервале температур от 20 до минус 117 °С наблюдаются у силикагелей, геометрическая стру: тура которых- характеризуется средним диаметром пор 21-31 А и развито: удельной поверхностью (~750 м /г), что наиболее соответствует марке силикагеля КСС-4С (удельная поверхность 800 ¿/т. средний радиус пор 18 А; удельный объем пор 0,720-Ю-3 м3/кг);

- - процесс адсорбции озона из его смесей с кислородом протекает медленнее, чем процесс адсорбции 100 ^-ного озона; при этом основные энергетические характеристики, значения емкости монголоя озона, уело ные величины эффективной площади поперечного сечения молекулы озона и величины адсорбции идентичны, а продолжительность достижения адсор ционного равновесия как в том, так и в другом случае прямопропорОдо-нальна понижению температуры процесса адсорбции.

В то же время в опубликованных работах не представлены данные по:

1) влиянию на величину адсорбции озона силикагелем примесей щелочных и щелочноземельных металлов, содержащихся в промышленном сили-гагсле;

2) оптимальным условиям очистки промышленного силпкагеля, используемого для адсорбции озона, от примесей щелочши л щелочноземельных металлов;

3) динамической емкости спликагеля относительно озона;

4) кинетическим коэффицгзнтам массооб.мена мюзду потоком озоно-содеркащей смеси и силикагелем;

5) кинетическим кривым десорбции озона сшшкагелем;

6) зависимости скорости процесса адсорбции от расхода озоно-кислородной смеси.

Чтобы разработать оптимальную принципиальную технологическую схему производства озона из кислорода, включающего в себя рециркуляцию кислорода адсорбционного типа, и получить данные, необходимые дли расчета опытно-промышленных адсорберов озона, в работе были:

1) определеш оптимальные условия очистки промышленного силпкагеля от примесей;

2) исследованы низкотемпературные процессы адсорбции озона из озоно-гсислородной смеси в широком диапазоне расходов п концентраций озона;

3) исследованы низкотемпературные процессы десорбции озона силнкагелем;

4) проведен сравнительный анализ существующих способов получения озона по капиталовложениям, энергозатратам, водопотреблению, диапазону концентраций озона в озоносодеркзщей смеси, применяемому отечест-вешюму л зарубежному оборудованию.

Для определения оптимальных условий очистки промышленного силикате ля КСС-4С от примесей баги исследованы два способа освобождения силикагеля от примесей металлов, а именно:

1) обработка силикагеля при температуре 18-20 °С раствором соляной кислоты, полярная концентрация которой С(НС£) = I моль/л, с последующей промывкой силикагеля дистиллированной ворой;

2) кипячение' силшсагеля при тестера туре ~ 108 °С в растворе соляной кислоты, молярная концентрация которой = 2 моль/л, с последующей промывкой дистиллированной водой. )

Предварительные эксперименты по низкотемпературной адсорбции и десорбции озона обработанными этими способами образцами спликагеля КСС-4С показали, что второй способ обеспечивает услозия, необходимые

для проведения полностью обратимой физической адсорбции озона силшса-гелем.

Поэтому исследования низкотемпературных процессов адсорбции и десорбции озона силикателим проводились на образце силикагеля КСС-4С, обработанного вторым способом, условия которого были определены в данной работе.

, При выборе метода исследования низкотемпературной адсорбции и десорбции озона силикагелем учитывалось, чти:

- при промышленном использовании адсорбции озона силикагелем на озонаторных станциях тлеет место адсорбция озона из озоно-кислородной смеси;

- для определения оптимальных параметров адсорбциоано-десорбци-онного процесса и расчета адсорберов озона наряду со статическими характеристиками процесса адсорбции озона силик гелем необходимо знать его кинетические и динамические характеристики.

Поэтому наиболее приемлемым методом исследования низкотемпературной адсорбции и десорбции озона силикагелем был признан динамический метод адсорбции озона из потока озоно-кислородной смеси, положенный в основу разработанной экспериментальной установки.

В состав установки входят: адсорбер, заполненный силикагелем, озонатор ¿450-76, озонометр "Альфа-фото", потенциометр КСП-4, гигрометр "Байкал-3", криостат, съемный нагреватель, баллон с кислородом, баллон с аргоном или сухим очищенным от масла и пыли воздухом, газовый счетчик,, редукторы, манометры и медьконстантановые термопары.

Установка работает в режимах: регенерации силикагеля, охлаждения силикагеля, адсорбции и десорбции озона.

При работе установки в режиме регенерации силикагеля адсорбер помещается в электронагреватель. Кислород особой чистоты из баллона с давлением 0,14-0,15 Ша подается в адсорбер. Перед входом в адсорбер кислород нагревается до температуры регенерации. После выхода из адсорбера газовая смесь сбрасывается в атмосферу. По окончании процесс1 регенерации электронагреватель отключается.

При работе установки в режиме охлаждения, силикагеля кислород особой чистоты с температурой 18-20 °С и давлением 0,14 Ша пропуска-ется'через адсорбер, заполненный силикагелем, после чего сбрасывается в атмосферу. При достижении температуры силикагеля в среднем слос, равной температуре окружающей среды 18-20 °С, адсорбер погружается в криостат, заполненный смесью этилового спирта с твердой углекислотой, и силикагель охлаждается до температуры минус 70 °С. При достижении указанной температуры подача кислорода прекращается, и адсорбер гер-

метизируется.

При работе установки б репиме адсорбци озона адсорбер с сили-кагелем подключается к озонатору ¿/150-76. Кислород особой чистоты с давлением 0,5-0,0 Ша направляется ь озонатор, в котором под действием электрического разрлда преобразуется в озопо-кислородную смесь. После выхода и? озонатора озоно-кислородная смесь делится на два потока. Один из них, составляющий ~ 10 % от общего потока, поступает в озонометр "Альфа-фото", где измеряется концентрация озона в озоно-кислородпой смеси, другой, составляющий ~ 90 % от общего потока, поступает в адсорбер, размещенный внутри криостата. Газ, выходящий из адсорбера, направляется на анализ в озонометр "Альйа-фэто", затем в . газовый счетчпк и далее через устройство для деструкции озона в атмосферу.

При работе установки в реклме десорбции озона десорбирущий газ, аргон пли сухой очищенный от масла и пыли воздух, из баллона с давле-1шем 0,10-0,13 Ша подается противотоком по отношению к направлению потока в режиме адсорбции в адсорбер. На выходе из адсорбера озоно-содержащий газ поступает на анализ в озонометр "Альфа-фото", а затем в газовый счетчик. Далее газовая смесь через устройство для деструкции озона сбрасывается в атмосферу.

При работе установки во всех режимах осуществляется' непрерывный контроль давления, расхода и содержания влаги в кислороде и десорби-рующем газе: аргоне или воздухе, а также температуры в среднем слое силикагеля и времени начала и окончания режимов. Кроме этого, при работе установки в режимах адсорбции и десорбции озона помимо вышеперечисленных параметров контролируется концентрация озона в озоно-содержащем газе на выходе из адсорбера в продолжение всего режима адсорбции и десорбции озона.

При проведении исследований низкотемпературной адсорбции и десорбции озона динамическим методом экспериментально определены:

- изотерма адсорбции озона при тетера туре адсорбции минус 70 °С (рис. I), которая может быть описана с помощью уравнения полимолекулярной адсорбции Брунауэра, Эммета и Теллера (БЭТ)

Р - _]__ + (С-О Р (I)

й(Ро-Р) атс а„С Ро

где р - парциальное давление озона в озоно-кислородной смеси;

р0 - давление насвдешюго пара озона при температуре адсорбщш; й - адсорбционная емкость силикагеля; емкость монослоя;

С - константа уравнения БЗТ;

константа С и величина емкости монослоя молекул адсорбата 0.т, определенные в результате обработки полученной изотерш адсорбции в координатах уравнения БЭТ, тлеют следующие значения: С = 143, ат = 0,04:57 г Од/г ;

- кинетические кривые установления адсорбционного равновесия для интервала концентраций озона в озоно-кпслорэдно2 смеси от 20 до 70 г/м^ и расходов озоно-кислородной смеси от 20 до &4 л/ч (рис. 2);

- кинетические кривые десорбции озона при температуре минус 70, минус 62 °С, давлении от 0,11 до 0,13 МПа и расходе от 162 до 530 л/ч (рис. 3).

В результате обработки экспериментальных данных бшш определены значения:

1) эффективного коэффициента диффузии при использовании зависимости а п о

где И - средний радиус гранул силикагеля; а

а^в - тангенс угла наклона линейных участков кртнх зависимости относителышх величин адсорбции озона от корней квадратных из времени ]/г"

2) коэффициента диффузии й при использовашш зависимости

Ъ'Ъ»Ц*Г) . (3)

где Г - коэффициент Генри; . 1

3) кинетического коэффициента внутридиффузионного массообмена твердой фазы _уЗт- уравнения кинетики адсорбции

а'-а; , С4)

где 0, - текущее значение величины адсорбции;

&* - значение величины адсорбции, равновесной текущей концентрации адсорбтива в потоке на внешней поверхности гранул. При этом кинетический коэффициент внутридиффузионного массообмена ^ , рассчитанный по формуле

А***' (Ж)

О)

гр ■

где ¿ф- средний диаметр гранул силикагеля;

а, ьт 03/Г5А 02 32

28 24

20

16 о

/

/

/

у

/

/

Г

10 20 30 40 50 60 Ю

С0, г/и3 р, «Па

Рис. I. Изотерма адсорбции озона силикагелем КСС-4С

Ж.

1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 О

при температуре адсорбции минус 70 С

ад

й 3

И

/ 1/

У / /

-1 А / у

-,ыин

20 40 60 80 100 120 140 160 180

. Рис. 2. Кинетические кривые установления адсорбционного равновесия при:

I - С0 - 20 г/м3, V = 24 л/ч; 2 - С0 = 20 г/м3, V = 40 л/ч; 3 - С0 = 20 г/мЗ, у = 65 д/ч; 4 - С0 = 40 г/м3, V = 31 д/ч; 5 - С0 = 40 г/м3, V = 48 л/ч; 6 - С0 = 40 г/м3,V = 84 л/ч; 7 - С0 = 70 г/м3, V = 20 л/ч; 8 - С0 = 70 г/м3, V = 40 л/ч; 9 - С0 = 70 г/м3, V = СЗ л/ч, где С0 - концентрация озона в озоно-кислородной смеси, V - расход озоно-кислородной смеси

Пг - кооффициен^ внутренней диффузии твердой фазы, равный

Г , где Юг - кооффн'Пент ди;.фузшг газовой фазы, при Ът ~ Ъэ учитывает влияние диффузии в газозой фазо;

4) кинетического коэффициента / уравнения кинетики адсорбции

где &<*, в й . количество адсорбированного озона при равновесии п в момент времени I , соответственно.

Значения величины равновесной адсорбции, динамической емкости, эффективного коэффициента диффузии, коэффициента диффузии, кинетического коэффициента внутридисТфузиошшго массообмена твердой фазы и кинетического коэффициента, характеризующего скорость установления адсорбционного равновесия, в зависимости от концентрации озона в озоно-кислородной смеси и расхода озоно-кислородной смеси приведены в таблице.

»дес

1.0 0,8 0,6

0,4

0,2

О

300 700

1100 1500 19 0 0 23 00 2700

Рис. 3. Кинетические кривые десорбции озона при:

1 - Тдес = "62 Р = 0,110 Ш1а, V = 160 л/ч;

2 - Тдес = -62 °С, Рдес = 0,110 !.Ша, V = 162 л/ч;

3 " Тдес = -62 °С, Рдес = 0,105 12fa, V = 180 л/ч;

4 " Тдес = °С- Рдес = 0,118 f,IIia' V = 270 ^ч-,

5 - Т = -70 °С, Р = 0,125 Ша, V = 530 л/ч;

. 6 - Тдес = -70 °С, Рдео = 0,118 МПа, V = 240 л/ч,

где Т_ес - температура десорбции; Рдес - давление десорбции; у - расход десорбврующего газа

Значения величины равнозесной адсорбции, динамической емкости и других коэффициентов уравнений (2)-(6)

Концентрация озона в 030-но-кисло-оодной снеси,

г/м5

Расход . Зеличина Джамическ. озоно- ' оазнозес- егжость си-кзслспод- кой ад- лпкагеля ной смс— сорбции той проско-си, озона си- козой кон-

ликагелем, цеятрации

мг 0«/г

а

2 г/м МГ Од/г

а

дин.

аТкЗективн. коэффициент даф-Фузш,

С1.Г/С

JÖn

доэадпцп-

ент*ди5>-

фузш.

гыР/с

Кикетпческсй

коэффициент

внутоидпффу-

зпоняого

массообмена

твердой фазы,

ш"1

А

Кинетический коэффициент, характеризующий скорость установления адсорбцконно-го равновесия

при

-мин

20 24 ' 15 14

20 40 . 16 13

20 . 65 . 17 13

40 31 23 • 21

40 48 25 22

40 84 24 20

70 20 27 25

70 40 31 27

70 63 33 26

II.10"° I7.I0-8 2S.I0-8 20.Ю-8 28. Ю-3 51.Ю-8 19. Ю"8 33. Ю-8 49. Ю-8

7 Д.Ю-5 II, 7. М-5 18,7. КГ5 9,8.Ю-5'

15.0.Ю-5

26.1. Ю-5 6,4". 10-5

12,7. Ю-5 19,7. Ю-5

1.8.Ю-2 2,7. Ю-2

2.1.Ю-2

2.9.Ю-2

5.4. Ю"2 2,0.10-2

3.5.Ю-2

5.2.Ю-2

1,66. 2,07. 3,06. 2,77. 3,64. 6,31. 2,58. 3,87. 5,13.

•л-2

1С"

ic-ic

1С'

г2 ,-2

Ю-" 1С"2

10'

,-2

10'

1—2

Результаты эксперимента позволили сделать вывод об устойчивости озона в адсорбированной состоянии, получить данные, необходимые для расчета адсорберов озона,.и разработать принципиальную технологическую схему озонаторной установки, представленную па рис. 4.

Производительность предлагаемо!; установки принята равной 216 кг Og/ч, что соответствует крупным озонаторпим установкам. При этом учитывалось, что потребность в озоне при обработке питьевой do-ды Ваной водопроводной станции г.Санкт-Петербурга составляет 2IG кг/ч при расходе воды 13.I05 м3/сут и дозе озона 4. г/м3.

Схема реализует способ получения озона из кислорода, получаемого методом низкотемпературной ректификации воздуха, с рециркуляцией не преобразованного в озон кислорода. Рециркуляция кислорода осуществляется при использовании низкотемпературного адсорбционного способа разделения озона и кислорода путем адсорбции озона на силпглгеле при температуре минус 70 °С. В качестве десорбирующсго озон газа используется сухой очищенный воздух.

Определение и количественный состав оборудования схемы проводились при использовании технических характеристик отечествешшх установок осушки воздуха Л12У-01, воздухоразделлтелышх установок К-0,15, компрессоров K-I00-63-I, a Tai-ce озонаторов Тонозон типа IIP.900 французской фирмы "Трешшгаз" при частоте тока 400 Гц.

В состав озонаторной установки входят компрессоры I, воздухораз-делптельная установка 2, озонаторы 3, установки осушки воздуха 4 и низкотемпературные адсорберы озона 5.

Схема предполагает получение кислорода в воздухорпзделительной установке 2 с последующим преобразованием его в озоно-кпслородную смесь в озонаторах 3. После озонаторов 3 озо'-о-кислородная смесь разделяется методом низкотемпературной адсорбции озона силикагелем на озон и кислород в .низкотемпературных адсорберах озона 5. При отом кислород возвращается в озонаторы для производства озона, а озон де-сорбируется вытеснительным методом с помощью сухого очищешюго воздуха, подаваемого из установок осушки воздуха 4.

Удельный расход электроэнергии на производство I кг Од на предлагаемой установке минимален и составляет 16 кЗт.ч/кг Од против ■27 кВт.ч/кг Од при производстве озона из воздуха, 19 кВт.ч/кг Од.при производстве озона из кислорода без рециркуляции не преобразованного кислорода ¡. 20 кВт.ч/кг Од при производстве озона из кислорода с рециркуляцией не преобразованного в озон кислорода и с использованием азота в качестве газа-носителя.

Рис. 4. Принципиальная технологическая схема озонаторной установки

Кроме того способ получения озона, реализуемый на предлагаемой установке, имеет более низкие капитальные затраты, минимальный расход охлаждающей воды, более широкий диапазон концентраций озона в озоносодержащем газе, поступающем потребителю.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВШЗОДЫ

Результаты проведенной работы позволяют сделать заключение, что для производства озона в количестве более 200 кг/ч целесообразно объединение в единый комплекс криогенной воздухоразделительной установки с генераторам! озона, производящими озон из кислорода, и низкотемпературной адсорбциошюй установкой для разделения озона и киста-рода. При этом в качестве газа, десорбирующего оэпн, используется сухой счищенный воздух.

На основании проведенных теоретических и эксперт,читальных исследований молно сделать следующие основные выводы:

I. Подтверздена возможность в промышленных условиях низкотемпературной адсорбции и десорбции озона отечественным силпкагелем марки КСС-4С после его предварительной обработки, условия которой определс—

ш в данной работе.

2. Определены зависимости:

- величины равновесной адсорбции озона предварительно обработан-ншл силикагелем от концентрации озона в Озоно-кислородной смеси 16,5— 70 г/м3;

- текущей величины адсорбции озона силикагелем от времени при концентрации озона в озоно-кислородной смеси от 20 до 70 г/м3 и расходе озоно-кислородной смеси от 20 до 84 л/ч;

- динамической емкости силикагеля от концентрагщп озона в озоно-кислородной смеси от 20 до 70 г/м3 и расхода озоно-кислородной смеси от 20 до 84 л/ч при проскоковой концентрации озона 2,0 г/ы3 в газе, выходящем из адсорбера;

- относительной величины десорбции озона силикагелем от\ времени при температуре минус 70 и минус 62 °С, давлении от 0,11 до 0,13 Ша и расходе от 162 до 530 л/ч.

3. Установлено лимитирующее влияние внутренней диффузии на процесс адсорбции озона силикагелем при концентрации озона в озоно-кислородной смеси от 20 до 170 г/м3 и расходе озоно-кислородной смеси от 20 до 84 л/ч.

4. Определены значения кинетического коэффициента внутридиффузи-ошшго массообмена твердой фазы = 1,1.Ю-^ - 5,4.10"" мин" ) при концентрации озона в озоно-кислородной смеси от 20 до 70 г/м3 и расходе озоно-кислородной смеси от 20 до 84 л/ч.

5. Использование вытеснительного способа десорбции озона сокращает время адсорбцпошго-десорбцпонпого цикла за счет отсутствия стадии нагрева силикагеля в процессе десорбции озона.

6. Полученные результаты позволили разработать принципиальную технологическую схему озонаторной устано„ки больной производительности в едином комплексе с кислородной воздухоразделительной установка}:

По теме диссертации опубликованы следующие работы: I. Кольцова О.Н., Головко Г.А. Низкотемпературная адсорбция озона в системах воздухоподготовки озонаторннх станций большой производительности // Холод - народному хозяйству: Тез. докл.Всесоюз.науч.-техн.конф. - Л.: ЛТИХП, 1991. - С.142-143.

ШшгА

Подписано к печати 12.10.92. формат 60x84 1/16. Б"м. писчая. Печать офсетная. Печ.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ ^ 602.

Малое предприятие "ТеплоКон" Санкт-Петербургского ордена ¿рудового Красного Знамени технологического института холодильной промышленности. 191002, Санкт-Петербург, ул.Ломоносова,9