автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Интенсификация адсорбционной очистки и осушки газов, их моделирование и оптимизация

РГ8 ОД

АКАДЕМИЯ НАУК АЗЕРБАЙДЖАНА

ИНСТИТУТ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ имени М. Ф. НАГИЕВА.

На правах рукописи ..

РИЗАЕВ АБДУМАЛИК НАБИЕВИЧ

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ АДСОРБЦИОННОЙ ОЧИСТКИ И ОСУШКИ ГАЗОВ, ИХ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ

Специальность 05.17.08 — «Процессы и аппараты химической технологии»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Б а к у — 1993

Работа выполнена на кафедрах «Гидравлика» Ташкентского института инжеиероз железнодорожного транспорта, Ташкентского института текстильной и легкой промышленности и Ташкентского автомобнльно-дорожного института.

Официальные оппоненты: по диссертационной работе Ризаева А. Н.

член.-корр. АН Узбекской Республики, д. т. н. БЕГЛОВ Борис Михайлович,

д. х. н. РУСТАМОВ Сабир Муса оглы,

д. т. н. ИБРАГИМОВ Чингиз Ширин оглы.

Ведущая организация: КазНИИГИПРОФОСФОР (Казахский научно-исследовательский государственный институт проектирования фосфорной промышленности).

Защита диссертации состоится « » 1993 г. в часов

на заседании специализированного совета Д 004.09.01 при Институте теоретических проблем химической технологии АН Республики Азербайджан по адресу: 370143, г. Баку, проспект Азизбекова, 29.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИТПХТ АН Республики Азербайджан.

Автореферат разослан «. . .»....... 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета, к. т н.

Н. М. КАСУМОВА;

М^уальрл)сть|мпэоблт1. Одной из Batuicius::: эччач современности является охргиа окружающей среди, воздушного бассейна и водных ресурсов or загрязнений прсмьчзлекными и битошми отходами.

Объем этих выбросов п атмосферу по прогнозам к 2000 го,ну достигнут I4I0I4 шт. тонн.

Основным в идеи загрязнений атмосферы является выброс промышленных предприятий и выхлопные газы автотранспорта. Очистка газовых енб-росов производится различными методами, к числу которых относится сорбция raaos типа УО+ТОг,, 5 ,НР, CÜ£, fíil^Ctf, а также паров различных органических растворителей различными сорбентами, -днако адсорбционные промышленный аппараты имеют существенные недостатки. В больяинстве случаев они периодического действия и характеризуются наличием застойных зон, особенно в пестах слоя адсорбента от вертикального к горизонтальному направления.

Повышение производительности адсорбционных аппаратов дос.тигааТск применением подвижного слон адсорбента, свободным псевцоожижением слоя а аппарате с хордовой наездкой. Вместе с теп, применяем,ю условия ингонеификацян имеют существенные недостатки. Так,а аппаратах с псевдоожи.тенным слоем сорбента происходит заметное истиранп-з тиердих • частиц.

В аппаратах с хордовой насадкой, насадкой типа колец Рашкга, происходи? потеря защитного действия из-за неоднородности псевдоокижения, что езязано с несовершенством вида насадки.

Учитывая вышеизложенное ыожно сказать,что разработка основ адсорбционной очистки и осуики газоэ и разработки нового адсорбционного аппарата с наездкой э слое, адсорбента является актуальной задачей.

Целью исследования является: • - интенсификация процесса очистки и осуики газов, а именно !,4)-i ffOg.HP /'Hg, СО2, S Óg и napoo ацетона в аппаратах с псевдоожиленным слоги ад сор

_ 4 -

бента с применением различных видов .ч&галок;

- исслвдоаипйв. и определение гидродинамических закономерностей процесса при применении новых видов насади;

- разработка закономерностей динамики адсорбции в стесненнок г:сев-досшшенном слое на различных видах адсорбентов;

- разработка математической модели и оптимизация процесса адсорбционной счистки и осушки газов.

Объектом исследования данной работы является интенсификация и оптимизация адсорбционной технологии очистки и осушки газов в псва-доожикенном слое ионита с перфорированной хордовой насадкой.

Методика исследования. В работе использованы экспериментальный метод адсорбционной очистки и осушки газов, методы расчета в значения коэффициентов массоотдачи и продольного перемешивания,построение математической модели, методы интенсификации и оптимизации. Научная новизна диссертации, заключается в следующем:

- разработка основ адсорбционной очистки СО^.КХЫЯ^,НР, различными сорбентами;

- разработка гидродинамических закономерностей псевдоожиженного -слоя различных сорбентов в присутствии перфорированной хордовой насадки;

- предложена уравнение для расчета коэффициента массоотдачи;

- разработана математическая модель процесса очистки и осушки газов в псевдоожижвнном слое в присутствии перфорированной хордовой насадки; ' -

- получено уравнение для процесса осушки газов;

- разработан новый адсорбционный аппарат для очистки и осушки газов в псевдоожиженном слое в присутствий перфорированной хордовой насадку ,

Практическая ценность диссертации заключается в том,что раз-

витые в работе пзгляди концепции конкретизируют теоретико-экспри-ментальние исследования,а такте позволяют решать круг прикладных задач,солзанкых с воздействием внешних факторов на интенсификацию технологических процессов.

Разработана принципиальная технологическая схема и новый аппарат для очистки и осулки газов в псевдоотекекиом слое с перфорированной хордовой насадкой. •

Реализация результатов исследования. Испытания в Чирчикском филиале ГИАП и на заводе "Узбекхиммаа" показали, что в случае применения насадки увеличивается выход продукта за счет уменьшения зестсмнык зон.

Рекомендации автора приняты для полного промышленного внедрения. Экономические расчета показали ,чтс оф^ет при стси составляет <Я5 IТОО тыс.рублей.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладыва-. лись и обсудатась автором на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ТИГЛЯ (1982-1992 гг.г.Ташкент) на Всесоюзной научно-технической конференции по интенсификации процесса химической технология (г.Харьковд1984-г.), На Всесоюзной научно-технической конференции по.ионитам (1962 г. г.Воронец 1983 г. - г.Одесса), на республиканской научно-технической конференции иэлсдых учегьк {1985,1988,1050,1Э'Л гг.' г.Ташкент)

Публикации. По результатам исследований опубликовано ЗГ научный труд. '

Личннй вклад, автора. Все включенные в диссертацию исследования знкоянчш в соавторстве, проведены при непосредственном участии автора на всех этапах от с'уУ. постанси*л задачи,'.-экспериментов и обсуждения результатов до опнтно-про,л'>'.иленной апробации и внеп-иенит результатов .

- 6 -

Автор закидает следующие основные положения.:

- основы интенсификации.процесса адсорбции с применением перфорированной хордовой наседки В псевдооки«енном слое сорбента;

- гидродинамические закономерности, полученные в результате анализа экспериментальных исследований;

- математическое описание и оптимизация процесса;

- огштно-прошшлетше испытания разработанного процесса и аппарата и экономическую эффектипность.

СОДЕРШИЕ РАЕОШ.

Диссертация.состоит из введения, двух частей, состоящих из П глав, общих выводов, списка литературы и приложения.

В "ведении приводится характеристика проблемы, цель и задачи исследовачия.

В первой главе диссертация подробно рассмотрены первоисточники, пгСЕяявкныв проблема очис-гки г" дурного бассейна.

Лнадия литературного обзора го'йазая, что в настоящее время имеется е;;ш мяло раоот. посвященных адсорбционной очистке и осушке • газов что яптруднпет рьзрайо'гку 'со6т8е5сгвдас!И зехяеяогни.

Рг.смотря на большое количество источников, посвященных интенсификации процесса газовой адсорбции с использованием метода псевдоожи-г.енкя адсорбента, процессы, протекающие в присутствии в них насадок почти не изучены. Недостаточно изучит гидродинамика и ыассообиенные прпцпссн, с такяо пропэссы осузхи газов, б частности двуокиси углерода. П" гему е работе рассмотрена ингонсификсция процесса адсорбции гг.ч^г» :"0>ГО?, С02, 5 0р, НР, ОД,, паров ацетона и осушки двуокиси угл»»|усч Б аппаратах с псегдсо;г,;г;екным слоем адсорбента при применении } п V»! пых видов насадки, исследование динамики адсорбции в с?тге:г»(¡г-Г,Г'1:- ■>.' ."мисм с.-^е г'ах.ь г;'.:- -

делированке и оптимизация процесса адсорбционной очистки на примеро адсорбции паров ацетона на активированном угле, марки СКТ.

Вторая глава диссертации посвящена экспериментальным исследованиям гидродинамики псевдоожиженного слоя адсорбента в аппаратах с перфорированной хордовой насадкой. Здесь подробно рассматривались ¿■ремп пребывания частиц в аппарате, критическая скорость псевдоожижения и предложено уравнение для их расчета в виде:'

где: с'н}. - эквивалентный диаметр насадки; £ - расход твердой фазы; £ - расход газовой фазы, В главе 3 приводятся результаты адсорбции углекислого газа и окислов азота в аппарате с неподвижным (сжатым), свободно вапешанныу 'и взвешанньм в насадке слоем адсорбента.

Опыты проводились в заводских условиях. Для чего, колонны, загруженные заранее подготовленными- анионитами различной марки (0Н-С00, и С1-фораах), подключались к выхлопному штуцеру цеха. № 5 объединения "Чирчикэлектрохимпром".

Характеристики ионитов по.сорбции окислов азота

Таблица I.

If№ 1 ПП 1 ! Марки ионита j Емкость по окислш азота

I г/г я „„Г"^"............ I МГ-ЭКВ,' г

1. АИ-25 0,40 7,0

2 . АН-23 0,450 7,2

3. " .AB-I6 0,370 5„5

4. ,ЭДЭ-ЮП . 0,220 3,3 .

: ..0,200 •3,1

6. AB-17 . 0,330

Как видно из таблицы I аиионит АН-23 в ОН-форме является болео емкой при сорбции ¡Ю+Ю^- Поэтоиу в дальнейших исследованиях в качестве сорбента при сорбции окислов азота был использован данный анионит. Кроме того, для сравнения в качестве сорбента был исяольз* ВШ1 также и силикагель марки ACH.

Эксперименты проводили в аппарате наполненном силикагелеы АСЫ при скорости потока воздушной смеси СС^ в пределах 0,1-1,2 м/сок, при выс'оте сдоя адсорбента 200,300,400,500 и 700 мм, диаметре колон ш - 120 шг. • ' •' " •

Результаты опытов по сорбции CQg на силикатела при различных условиях показали, что при проведении процесса в аппарате с наседкой а е неподБ/м'.а/. слое нг^лйдаетел пб!'брй времени защитного действия ( ). В этих случаях процесс динамической сорбции описывается уравнением:

Т„Р н'-% ^ тлр = кн-т, (<<)

W- Ос?

где J/ _

При адсорбции в аппарате с насадкой имеется четко выраженный градиент насыщения слоя по высоте.

Увеличение скорости газового потока через неподвижный слой вызывает увеличение длины зоны массопередачи, т.е. размытие фронта сорбции. Это приводит к ушньшэшдо динамической активности ( Ctg ), Л во взвэааннеш сдое с увеличением скорости газа увеличивается интенсивность перемешивания твердых частиц и также существенно уменьшается.

Сопоставление зависимости от скорости потока (W ) для неподвижного, свободно кипящего и слоя адсорбента с насадкой показывает.

тго до значения адсорбента практически одинакова

для всех россматриьаемых случаев.

Если сорбент в свободно кипящем слое интенсивно

перекеиивается, начинается проскок газовых пузырей и кривая для свободно кипящего слоя все более отклоняется от кривой для сжатого слоя и слоя с насадкой. Динамическая активность слоя, взвешенного в насади например, при скорости \л/ = 0,9 м/сек, оказывается на 25.$ больше, чем для свободно кипящего слоя. Менее крутая зависимость А^ от и/ позволяет работать с большими скоростями газа при достаточной степени использования равновесно!! емкости сорбента. 1

Результаты проведенных предварительных опытов позволили предварительно установить эффективность аппаратов со взвешанним в насадке слоем адсорбента. •

В этой же главе подробно рассматривается гидродинамика процесса адсорбции в аппарате с перфорированной насадкой.

Как уже отмечалось выгаэ, одним из способов интенсификации адсорб-цяи, является лсевдоодижение сорбента. С одной стороны это приводит к увеличении площади обмена, с другой, к увеличению коэффициента кассо-эбмена за счет скоростей потоков. Однако псевдоожижение имеет отрицательные стороны. Это с одно« гтороны унос сорбента с потоком, и с другой стороны истирание сорбента. Для уяеньшения выше указанных явлений -¡аш! применена перфорированная хордовая насадка.В ходе экспериментов 1ыли сняты зависимости сопротивления псевдооииженного слоя сорбента ! высоты псевдоожиженного слоя в зависимости 'от скорости потока в фисутствии насадки и без неё. Результаты некоторых характерных опы-: а приведены в таблицах 2,3. Как видно из таблиц присутствие насадки зозволило значительно увеличить скорость потока, уменьшить величину /носа при низком перепаде давлений,

Визуальные наблюдения показали,что процесс б присутствии иасадк?

Таблица 2.

Зависимость йР от скорости потока й/ . Уголь СКТ-2 7 ~ 20°С, = 150 им, //¿L = ООО мм,высота слоя Н = 30 км, ПВС = 24 г/к3

№ ПН I........... ■Л Р, не пол • jмм рт.ст. 1 " _ " """! ! п(0 ! j ММ ВОД. СТ. 1 /К" ! об/мин j W м/сек i ¡поведение слоя j

I 27 21,6 56 0,93 Выброса нет

2 29 ■ от о ■со,с 63 1,05

3 ' 20 22,4 74 1,23

4 27 21,6 .82 1,37 !f

5 26 £0,8 85 1,42 »,

б 27 21,6 95 1,58

7 26 20,8 ' 101 1,68 1 Выброс в аппарате без насадки

Таблица 3

Зависимость от скорости потока Ь/. Уголь СКТ-3, Т,= '20°С <Юц = 15 О мм, Насадка хордовая ,перфорированная 15x15x15. Высота слоя насадки 50 «ц,высота .слоя угля 60 юл, ЛВС - 24 г/м3

г.: ПП >/> . 1 »11r-rfi .¿р . { см.вод.ст. '{ W м/сек Поведение слоя

1 1- 9 cj .2 0,94' Еыброса нет

2 30 24 1,1 н

3 31 1,2

4 30 24 1,35

5 31 24,8 1,45 н

6 - 24,3 1,56 и

7 - 25.2 1,73 —

0 - 25,0 1,Ы

значительно стабилизировался. Интенсивность процесса возросла, т.к. произошла локализация перемешивания по объему (перемешивание внутри нас.'-дки) и по высоте слоя сорбента уменьшилось обратное перемешивание (прсцосс более близок к идеальному вытеснению).

Пгисутетвке насадки слабо г-яияе? на перепад давления,но оказывает с;.1к>-.'стг.снксе влияние па пкелту исевдо шпееккого слоя.В присутствии

насадки дли одинаковой высотк слоя необходимы больнее скорости iio.-oki Визуальные наблюдения показали,что при этом умсньиились значительно обратнпе потоки адсорбента п лсепдоо^таенно.м слое и происходит скликая турбулизсцня адсорбента в самой насадке,что значительно удушает «ассообмен.

для получения зависимости высота псевдоокименного слоя от скорости потока с учетом влияния размеров насадкн на высоту псевдоохияснно-го слоя >/я воспользовались уравнением,

и [л (w- wtcph в ы- \л/кРУ~}сС

где сУ>/ - размер наездки (высота,ширина, или длина);

К ¿1 - коэЗДкциенты, А и ß определены экспериментально.

Коэффициенты И, ib находились методом нажоиьаих квадратов и соответственно равны К = 0,17d, (I = 0,4-i. Тогда полученная зависимость будет иметь вид:)

Л Ojnfß (W- UApJ + в (U/- \л/кр)1] off*

Как и в случае псевдоожийенмя без насадки,полученное уравнение хорозо описывает процесс при скоростях (¡олее 1,2 м/сек.

Проведенные вызо исследования бшш проведена также с катиопатом КУ-2.эксперименты проводились при тех ко условиях.Снималась зависимость ¿Z5 от \'J баз касадкк, с насадкой обычной укладки к при поперечном расположении насадки.

Как показали опыта для псопдоожиженного испита требуются скорости значительно кеиьза.чеи для углей.Причем значэние высоты слоя ncss-доожикеикого ионкта к перепада давления с изменением скорости потока меняются существенно.При поперечном расположении насадок ионит прорывается, через отверстия-насадок и накапливается па наперфорированной частя касадкк.В псездоо'чдалеинем состоянии при этой находится 20£ нош:-

та.Поэтому такое расположение насадки считаем нз приемлемым. Критическая скорость исивдэокшсйния для все< случаев оказалась близкой к

В процессе сорбции в псьвдоолишенном слое с насадкой структура потока обычно соответствует модели неполного продольного неремехиванн Однако значение коэффициента перевешивания определяется но сред^ нему значению линейной скорости, что соответствует используемому для расчета уравнение переноса.

Покакем, что более точные результаты математического описания процесса ыо;шо получить достаточно простим численным методом. С отс?. целью рассмотрки ыа.г^.и.лячисиоз описание процесса в аппарате* е лс-р -ияетшл слое«. Урагнешо процесса переноса всдества-трассера йудет. «от? еяедугаи« вид:

0,5 м/сек. Для этой скорости была определена зависимость йр от высоты елок ионита /£ см\. Она имеет следующий вед:

соты ело« ионита

йр -- SJ+SJ3 ¿сл.

Начальные и граничные условия запишем следующим образом:

vcSjo_ = vc . №

--о

(з)

зс - L

Пусть Cg* - I и опчткм путом опр^дмона т:<г?! ui кр;;-mi

C--C(h.t) Юл - ,

шнимизарумдсе функции неряаки F . Лр'доем:

г ? /сал)™- CU.TJ)*"/ г

: M C(¿LJJ

J : H - количество экспериментальных точек.

Естественно полагать, чго всегда , где Я)н, -

коэффициент нормальной диффузии. Преяваригельше оценки допг верхний пределах "С I mVc. Ora даэт возможность подойти к рш/рккю этой м-дачи следугапим простим образом. Сначала будем зядапзть значения,*^ =

( 10"^; 10"';.....; 10"^ J и для каждого решать уравнение

( ¿ ),

По расчотннм значениям CÍL/^j) определим значения / по формуле \ f ). Ь начале (при малнх Юл ) значение F последовательно уменьшается. Кал только F начнет увеличиваться, перейдён ко второму этапу.

Теперь зафиксируем диапазон <J, значений , в ко-

тором лежит и ..! этого диапазона задавая фх с

шагом 0,1 начиная с меньшего значения будем

рассчитывать C(/~>t ^j) и функционал F . Такпе, как и на первом яталс, F сначала будет уменьшаться, а затем начнет увеличиваться. Аналогично описанному вкгае определим новый диапазон лЗъ и будем •-орять второй отап до достирония заданной точности определения кчличты 0х . ¿,ля реийния уравнения I £ ) будем использовать митсд ирегенхи, реализованной п вт» процедуры Р/1 & . Процедура Р h t> опроаеяяо? значение ¿/ в ¿ - ifit точках на одном шаге

о—

' ..'аглг-да'еся ¡.езешти уравнения:

[(,,!§ = f С* ** ^ 3 - + Си)- и+0х (V

<РТ дх. ■ . 0Я

с граничными условиями

л-0; £<(гШ 4 (_т)-и = (Г?

ах.

х-' ¿; я/ (т)-^ + г* м-и = £ (т)

СУХ

.значения АЫ); ВЫ); С(х); ЮСсс); ¿/Г); . (7) Ял СТ7), /у (Т); У Т) вычисляются в основной программе.

Елох-схеиа минимизации функционала Р приведены-на рис. I. Примеры результатов расчзта по ога.тным данным приведены ¡в таблица 4.

Теглкца 4

Продольное перемешивание газово-1 ^гон дпжжя через неподвижный и лсовдоожкженшй слой коняга КУ-2 с перфорированной насадксЯ

Скорость потока на входе в шшгаат . УИх-м/сЛО"1 ! ! , 1 ! " ! Дякна слоя ! I / 1 С 1 ¿ ; : - ! ! Коэффициент нродоль-| ного перемешивания ^/с.ТО5

Неподвижный слой

4,84 0,45 0,43 0,32

6,90 0,33 0,43 0,45

Подвижный слой с насадкой

П. 50 0,54 0,60 1,00

14,50 0,36 0,555 1,90

24,20 0,39 0.578 4,8

сиаэ

ЗЕТ"

1\ fsDt-T.p]

n

и j-/ t

Зччиелеии e ti i-. (A--.V t Процещцрь У Kb

Чг —

? T-'T t- bT

F « Ttj Df "

■y- •

F-F4&L

iû, -С ti/

/¿7

ГА

дл

ü\ ,}

L

-С

4

\ H FT

J

s,--pe zlfTc-

Ss- fr-- V; J •-%)£% y;

F-- ел (a^jctfzj

Рис Л . Блок-схема программы для расчета функционала F.

РасчетьГ показывавт, что величина 0л, при переходе от неподвижного к полному псевдоэжшсзнному слою работает быстрей,чек прямо пропорционально скорости потока жидкости. Величина зависит от высоты слоя и числа перфорированных насадок в аппарате.

Описанный выше подход естественным образом приспасабливается к различи.™ геометрическим характеристикам аппаратов.

Наии также изучена динамика сорбции "О^ и С0£ в аппарате со взве-шанным слоем адсорбента с перфорированной насадкой;

Исследованиями установлено, что наибольшее поглощение окислов азота происходит при определенной влажности анионита. Пси большой влажности ионит теряет сыпучесть и становится сплошным. Поверхность фаз незначительна,что приводит к резкому понижению степени сорбции.

Кроме того, резко увеличивается диффузионное сопротивление процессу & _

!,: а с с о п е р е д ач й/"ф аз е из-за удлинения пути прохождения ионов .'Ю^ до активных центров_ Наоборот, пси малой -елайнссти испита.происходит дегидра-' тация частиц активных центров^диссоциация их подавляется и степень сорбции падает, газ, проникая во внешнюю часть микропор ионита, замедляет массопередачу в газовой фазе. В связи с этим£ имеются многочисленные работы по установлении оптимальной влажности при которой скорость массопередачи и степень поглощения были оптимальны. Поскольку предлагаемый ныли адсорбционьый аппарат с насадкой новой конфигурации позволяет резко увеличить скорость газового потока и тем самым и скорость массопередачи, то нами были проведены серии опытов по установлению оп-ткмалвной скорости газового потока при .оптимальной влажности ионита. При этом установлено, что в аппарате с псевдоожиженным слоем за счет перфорации насадок резко снижается истирание анионита и унос частиц из аппарата. После 30-кратного цикла адсорбции анионит АН-23 не изменил свой гранулометрический состав и цвет. При этом обменная емкость иэ-мениласв незначительно, исследования для определения некоторых технологических параметров при сорбции окислов азота на снионите АН-23 в

аппарате с перфорированной хордовой насадкой представляет определенный интерес. Поэтому опыты проводили в аппарате с насадкой новой конфигурации (хордовая 25x25x25) при значениях скорости потока от 0,2; до 1,0 м/сек, средним диаметром зёрна ионита АН-2Э 0,6 мм, навеска 25 г. Результаты опытов приведет з таблице 5.

■ Таблица 5 Влияние скорости потока газа на сорбцию- ТО^ -1—:--1-

д'л' 5 п/п | Время сорбции, сек I Скорость потока, { м/сек | Поглощение,

I. 30 . , 0,21 4,1 '

2. 15 0,42 3,0

3. 10 0,50 2,2

4. Б 0,00 1,51

Как видно из етаблицн5 с увеличениям скорости потока наблюдается некоторое снижение-степени сорбции, однако при этом резко возрас -тает скорость сорбции. При снижении сорбции от 4,1 до 3,0 г наблюда -ется увеличение скорости потока а 2 раза. "

В отличии от ионита селикагель как адсорбент для сорбции №0£ жет быть использован о пониженной влажностью. Поэтому гидродинамика взвешанного слоя силикагедя в аппарате с насадкой новой конфигурации более благоприятная и гидродинамическая обстановка позволяет проводить сорбцию ¡Юр при более высоких скоростях газового потока.

Опита с силшспгедем в качеств? адсорбента проводили на той же упчшовк© со скоростьо потока газа до 1,0 к/сек, при концентрации К^

влажность силикагеля марки АСМ-55» со среднвй диаметром зерна ^ ^ I - 3 ыы, кявеска 25 гр. Результаты приведены в таблице б'.

Как видно из таблицы £ ияблвдается примерно та яз закономерность сорбции, что и для' енионита АН-23. При определенном снижении сте-

Таблица 6.

т ! пп ! I | Время сорбции, сек | ! Скорость потока, | ы/сек • Величина сорбции | гр.

I . 30 0,06 3,49 '

2 15 ' 0,28 2,05

10 0,33 1,91

4 5 0,69 1,20

пени сорбции установлена более эффективная работа адсорбционного ап парата. При увеличении скорости потока газа примерно в 10 раз врехш сорбции сокращается в 6 раз при потере обменной емкости примерно в 1,5 раза. При увеличении скорости процесса в 2 раза величина сорбцк снизилась всего на 30%,

1\г результатов ошиов вытекает, про интенсивное псовдоогиаение в слое насадки предлагаемой конфигурации позволяет проводить продес сорбции при высоких скоростях потока, ранд:« скорости "зависания". В данном случае ото соотпетстоуег 0,7 и/сек..При васоких концентрациях гаэово?; «оси наблюл ятся увеличение степени сорбции во всех »хсхедусммх области« скоростей г&зсеой фага.

Для мсгеаагического описания рессиатрквссиого процесса ш польз! вались уравнение!» регрессии:

я = 4 + 6/г+£с (V

На основании результатов полного факторного эксперимента рассчитывали коэффициенты регрессии, используя (Ьорцули: { &

° /У .

J

М Ь 1 О)

\]

... ы -

{о /V число опытов; j - номер ош:те; С -- номер фактора. Кодировшиша переменные связаны с температурой и концентряцие? *ледуккцим соотноиэннем.

Т{ -- ~Го1; Г^-ЩР*- (а)

а / л /

= (1,30 + 0,78 5,67 + 3,53) = 2,82

/ ( - 1,30 - 0,78 - 5,67 * 3,53) * 0,665

' 4

/ = Л-( - 1,30 - 0,78 + 5,67 + 3,53) = 1,78 2 А

Оценку дисперсии среднэго значения рассчитывали по формуле:

Ч н г

.Ошибку в определении коэффициенты регрессии вычислим по формула:

0,03

(/з/

Пользуясь таблицей 7 нвходиы, что для доверительной вероятности Р = 0,95, критерий Сзыодента 3,1В.-Тогда £ 0,08, 3,18~ 0,25

Таблица 7

Матрица планирования а результаты полного эксперимента

» о { опа- ^.Ч , 1 Т 1 ~ ............ 1 С ! 1 Т, °С .1 | С, Г 1Сорбция силихагеля, 1 г/100 г

I - I - I 1,0 10 1,30

2 + I - I 21,0 10 0,76

3. - I I . 1,0 100 5,67

4 + I + I 21,0 100 3,53

Для оцзики значимости коэффициентов рзгрэссин рассмотрим . вяадувдие'соотношения:

//// - ¿2 . /£/-- 1*3 >£¿6

Отсюда видно, что все коэффициенты регрессии значимы. Следсчетельно искомое уравнение имеет вид:

сс-гм - а 66* т- п с-- о, 4ж тс //¿У

Б главе пять рассматривав гея результаты очистки воздуха от фтористого водорода в аппарате с перфорированной наседкой в с"лое ионита.

В настоящей работе в качестве сорбента НР из смесей с воздухом исследованы иониты. ' '

Органические амины образуют с фтористым водородом комплексы содержащие до 4 ыол.НР на I г-атом азота. Известно, что аниониты АВ-17 и ЭДЭ-ЮП способны неионообменно (т.е. по механизму молекулярной сорбции) поглощать фтористый водород из его водных растворов. Исследование методом ЯМР подтвердило существование таких комплексов в аниони-тах. . .

Эти данные позволили предположить возможность эффективной сорбции НР анионитами из газовой фазы.

В качестве сорбента были использованы аниониты АВ-17х8, АВ-17ДхЮ АН-2Ф, ЭДЭ-ЮП, МП, АН-21 (фракции 0,5-1,0 мм). Подготовку ионитов определение их емкости и влажности осуществляли по Г0СТ-Ю896-64 и 10897-64. .

Иониты в гидроксильной и карбонатной формах были приготовлены обработкой смол растворами !£а0Н и К^СОд в динамических условиях. Высокоосновные аниониты АВ-17 и АВ-17П в солевых формах (кроме карбонат* •

ной) были получены обработкой шшонита в С03-форме соответствующей ккслотой в статических условиях е последующим вымыванием избытка КИСЛОТЫ ВОДОЙ.'

Воздух насыщали фтористым водородом,пропуская над поверхностью плавиковой кислоты,находящийся в термостатированном сосуде. Газовую смесь заданного состава приготовляли с помощью реометров и смесителей

Все опыты проводились в динамических условиях:газовую смесь пропускали cimsrjrsBepcs через вертикальную трубку,наполненную ионнтом. Проскок HF (0,0005' кг/л) фиксировали с помощью торийторонового индикатора.

Продолжая пропускать газ до выравнивания концентрации HP на входе колонки с ионитом, получачи выходную кривую HF.Десорбцию осуществляли водой и 0,1-н раствором Jia^COg в динамических условиях. Все коммуникации и сосуды для газа и растворов,содержащих HP были выполнены из оргстекла и полиэтилена, iff в газовых смесях определяли поглощением водой и титрованием 0,1—J'aOH в присутствии метилрота. Водные десор-батм анализировали так>ке пцедометрическкм методом с применением торий-грсеназо.

В таблице 8 приведена результаты опытов по поглощению фтористого водорода нэ его смеси с воздухом на различных ионитах в разных-исходных ионных формах. В отой серии опытов, целью которых было сопоставление сорбцнокной емкости ионитов, газ пропускали через слой сколы д:;о проскока KF. Полученные величины емкости представляют собой динамическую активность образцов иснитов в данных условиях.

Няк видно из таблицы 0 все нсследованиые с:голы поглощают молекулярный фтористый водород. Нанболыяей удельной емкостью на функциональную группу (четвертичное шмониевсе основание) обладают выеокоосноп-h'jo гляоннты з Р~-формз (карбонатная и гвдроксильная формы не имеют самостоятельного значения, ча;; d процессе сорбции HF они переходят в Р "-форму). Поскольку в процессе г.орбции до проскока равномзр -:«го насыщения всего слоя попита не достигается иояно полагать, что

извлечение из газа отпм пзпитон наЗл^дяотся еплоть до .: ;•. . у-шя -1 мг— "< на I ?т-экз спности; ото совпадает с данными

СО <3

хг

Ем

cl к о к о о pu с

о

Е<

ё

s

о

о

<э g

в

о и

И «•'

ñ S

i.«

Q

С >í>

о 4 h.

Ííí о о J-. rí

О

Ч? S «i »M

О tí Ö л п

ь Í5 3 t- -a о (

о О .p О t, у

!-:: s

— --

ю л о ra w о> oí со со C\J <\з ы CJ M

1Л ю л w о о œ

C\í w w со о о ю

t-о

ю ci

< к

I s «г í

и

■ И н, К irt oí о о н -ч*

C4J ►-! И M <\¿ >-|

й Й

О О» С О и ^f W M W Н W H

j.

S'-?

' J-Л' ¿rs

О р.}, о ю о

to

ГО

Ю Л

г> i> со со*

ю lO со со

с\г с\г

in с-

СО W

[VCJÎ

о

О С4,

C\í Ы

с\Г oí

о о

ю о

I—( 1—1

о t

с*1 W о П

ю сч

СО со

О U,

s

§

Î

Л -1

. Дес^лхеняв 8

I t 2 ! 3 Î 4 1 5- ! 6 ? 7 ! 8

АН-2Ф 8,12 01Г 3,9 3,3 0,6 16,5 2,04

P ~ 3,3 3,3 - 16,5 2Í04

AH-I 4,4 or 2,5 2.5 0,0 12,5 2,8

АБ-21 3,4 01Г 2,0' 1,5 0,5 - 7,0 2,05

■

io u>

, - 24 -

работ, . описанных в литературе о предельном составе аминных комплексов НР.

Удельная сорбция НР.анионитом АВ-17 в других солевых формах ниже, в частности, она в раду Р - Г уменьшается и достигает минимального значения для СЮ^-формы. Следовательно, неионообменная сорбция НР связана с образованием комплексов как с матрицей, так и с иротквоионсм и для данного'ионита определяется прочностью комплексов с протквоирном.

Вакно отметить, что иониты к моменту проскока НР содержали весьма мало воды, хотя сорбция проводилась из газа, насыщенного водяным паром. Содержание поды было примерно в три раза меньше, чем при нормальном' набухании данных ионных форм анионита и упругости водяного пара в газовой смеси. Очевидно, присоединение молекул НР сопровождается вытеснением молекул Н^О из сольватной оболочки ионита. Вместе с тем незначительное содержание воды в ионите позволяет считать пренебрежимо малым удельное поглощение НР в результате растворения в воде, находящейся в смоле.

В отдельных опытах исходную концентрацию НР в газе' изменяли в пределах 0,5-5 мг/л, что не оказывало заметного влияния на динамическую активность шиошга АВ-17 и АВ-17П. Это подтверждает преобладание химического механизма связывания фтористого водорода

Более сложный характер имеет сорбция НР полуфункциональными анионитами меньшей основности. Подразделить количество сорбированного фтористого водорода по отдельным формам его связывания (ионообмен, комплексообразование с матрицей противоиона) не удается.. Аниониты ЭДЭ-ЮП и АН-2Й в процессе вымывания НР водой подвергались частичному гидролизу и остаточное содержание Р в них составляло 2-3 кг-экв/г матрица. В качестве Р - формы в таблица 8 представлены именно такие,,.частично гидролизированные смолы. Анионит АН-1 в

процессе водной десорбции НР гидролизуется практически полн-.ггью.

В таблице 9 приведены результаты опытов по.поглощению НР из . смеси с воздухом до выравнивания 'концентрации НР на входе й выходе колонки.

Полная равновесная емкость анионита по НР составила (мг-мол/г матрицы ионита) г АВ-17 - 21; АН-2Ф - 29,5; ЗДЭ-ЮП - 44,5. '

В таблице 9 обращает на себя внимание, резкое различие в содержании воды в насыщенных по НР ионитах. В анионите АВ-17П содержание воды очень мало, что обуславливает крутой-подъем кривой в выходных кривых сорбции и малое количество дополнительно сорбированной НР (после проскока). Аниониты ЭДЭ-1011 и АН-2Ф поглошаот после проскока . НР значительные количества воды, что приводит к резкому возрастанию абсолютного и относительного количества НР, сорбируемого в результате растворения, в водной фазе ионита. Вместе с повышением концентрации НР в равновесном раствора (в фазе ионита) увеличивается и удаль-• ное поглощение НР вследствии нейтрализации ионогенных групп и ксмя-лексообразования. .'

Для определения зависимости между концентрацией равновесного раствора и содержанием НР в ионите была исследована система ЯР -НР - для анионита АН-2Й. Опыты показали, что с.повышением концентрации раствора до 10 м НР поглощение НР ионитом (за вычетом коли чества НР, находящегося а захваченном растЕоре, в результате механического поглощения) возрастает до [9 ммол/г матрицы, а затем остается постоянным^ .'

Отмечается удовлетворительное совпадение величии сорбции НР из раствора и из газоэой фазы при соответствующем парциальном давлении НР и Н^О. Следовательно, ионит и газовая смесь образуют трех-фаэнута систему,- твердая фаза ионита - раствор, содеряащийся в ионите,

0

1

ьч

О 1=1

-О 01

5: )

в

м м

л: о

■о

£

со о

ю со

о №

а

СХ) о

ю

о о о

Ч Ч Л,

I

СИ

о

№ О!

о со

О!

01 01

л. л>

о а>

р о

ГЛ

о> сг>

СЛ СО

ф.

м сп

Иоиит

Полная обменная емкость

г-экв/г матрицу

Исходная ионная фор ма

Навеска воздушного сухого ионита, г

Влажность ионита.я

Баз матрицы, г

начальная

конечная

Количество НР,сорбированного до проскока, мг/мол/г матриц

о

, СГ>

водой раствором

■вя

° 8 га

0) 3 X X X П> о о "ч н о о) о

а о

с4

►з

и

с

В

№

Я

X

(0

1Г

о

тз

я

о

ч

о

ч

о

и

о

ь

о

о

ь

ю

§

о

Й

в

Г2

н>

ь

§'

3

о

о

<<

о

Ь)

я

^

ъ»

о

Т1

§

X

о

в

(В Й

о о.

а Р

(в

•п

• <о

- п -

газовая фаза),где составы фаз находятся в однозначной зависимо ..ти.

Выходные кривьга десорбции HP водой из анионитов АВ-17П,А11-2Ф, АН—Р обусловлены различной основностью иоиитов, с уменьшением которая кривые становятся более пологими,что связано с постепенным гидролизом ионообменных группи в Р-форме. Из анионитов AB-I7II и АН-2Ф основная часть HP'в виде концентрированного /до 10% (вес)/ раствора вымывается небольшим объемом водч.При установившемся технологическом режиме это позволяет /при условии неполной ! 90t) регенерации понята и возвращения в процесс слабых растворов HP/' вывести весь поглощенный из газа фтористый водород в виде сравнительно концентрированного раствора,

В результате грех-пяти исследованных циклов сорбции и десорбции HP какого-либо изменения сорбционннх свойств исследованных ионитов обнаружено не было.

Была исследована зависимость динамической.активности слоя ионита (емкости по HP- до проскока) от его высоты и скорости газового потока,а также зависимость сопротивления слой ионита от скорости газа. • ■

Динамическая активность А связана с высотой линейной зависимое?

тью

а- £

где h - коэффициент пропорциональности; Jl - полная высота слоя; -/ij - высота работающего слоя. Значения Jl и'/г„ для разных ионитов сравнительно близки; величина в данной серии опытов'составила ^ 5 мм,что соответстпует весьма впзокоЯ скорости сорбции. С увеличением скорости газа динамическая активность слоя уменьшается незначительно, и.сопротивление

слоя резко возрастает, Величины сопротивления слоя р .полученные •жегшринентально,совпадает с расчетными, наеденными по формуле:

Р - -7 - , или. p-í/г. С/гс.

, ' fot '

где Z - удельное сопротивление, равно 1,1;

^ - высота слоя сорбента, см;

" 2 . . j. - сечение слоя, см

Q - объемная скорости, л/мин; • J -'диеметр зерен сорбента, мм.

Процесс очистки гаэрв от № с помощью вниокитов представляется эффективными, посильку при минимальных '¿т.сплуатaiонных затратах обеспечивается не только глубокая очистка газов, но и утилиза-' ция фтористого водорода. Применительно к конкретным объектам и газовым смесям этот процесс должен быть доработан,поскольку, как правило, производственные газы содержат и другие химические активные компоненты, которые необходимо одновременно или последовательно извлекать.

ц1встал глава посвятцена ^чистка газовых смесей от сернистого

»

«нгедрида в аппаратах с перфорированной "насадкой.'

Очистку газоз адсорбцией осуществляли на лабораторном

адсорбере,который meer цилиндрический корпус с диаметром 1Ь0 мм, высотой 1000 ым, изготовленный из листовой стали, толщиной 3 мм. В слой адсорбента были уложены перфорированные хордовые насадки. Скорость потока обеспечивал псевдоожиженный слой с множеством фонтанирования. Результаты опытов приведены в таблицах 10,II.

Концентрация Щ о обогащенном газе с ■ повышениям температурь: . гак*»* увеличивается.

Результаты опытов в трубчатой печи показали,что степень де-зро\ки $0^ из отработанного полукокса яри температуре десорбции м !« слсгар.чяот

Таблица 10.

Активность полукокса относительно, SO г.

Характеристика полукокса

Количество fr) поглощенного 100 г сорбента*

Измельченный (2-4 мм)

Измельченный: "'сухим" способом

"иокрии"сглсобом с добавками воды

205S...............................

801...............................

1.2

Ь.З

6,5 9,5

Таблица II.

Результаты двсорбции S02 из порошкообразного полукокса в адсорбере ^продолжительность десорбции 2 часа)

Т

п,

ш я о 3S

I ^

» О.

S

о,

и

о Е-"

о

о

РЗ

о «

« о

.а

а а,

I

о

45 О

О «

t«

S

О. t-.

ё а

<в о g" g

о ш

« Ш

tÄ

к 8

§

¿■О

Q. а: чз Р. о о

о ' ю

Ö о

о

ю о. о о о ч

<0 е tu t« о

8 9 10

220 200 250

30 35 30

7,8 4,6 9,2

22 23 19,3

13,7 33,4 14,1

63 41 73

В течение трзх часов при тегшературо десорбции 450°С десорбиру-ется почтя весь S0Z .

Активность рэгеязрировьлкого полукокса при повышении тёпипературн с 250 до 350-450°С увеличивается до 15,1 г'ка 100 г адсорбекгэ.чгс . правша»? активность свзжего полукокса. 1Ч;ге>нерярозаинаЗ полукйяс нояот быть подвергнут noBfap.'ioisy иьаг-rre-j.

- 30-

Иэмекьчение полукокса: "сухим" способом увеличило его активность по сравнения'с измельченным (крупностью 2-4 мм) почти в 5 раз' (табл.10). Ири"мокром"измельчении наблюдается дальнейшее увеличение активности полукокса по сравнению с "сухим". При добавке воды 20/о активность измельченного полукокса составляет) 8,Ь2, а 80/о - уже 9,5 гна 100 г адсорбента, т.е. в 8 раз йолъае, чем неизмельченного полукокса .(табл ДО).

Такое увеличение активности измельченного полукокса можно объяснить следующим. При измельчении удельная поверхность полукокса возрастает, что. вызывает увеличение статического активности. При "мокром" измельчении частицы полукокса набухают и в них появляются микротрещины, что приводит к дополнительному увеличению активности.

• Полученная нами зависимость активности от добавки воды при "мокром" измельчении характеризуется минимумом при добавке воды 250$ и двумя максимумами при добавке воды 20 и 80^.

Снижение активности при увеличении добавки воды с 30 до 70% и выше 90% объясняется свойствами порошка. Как показывают наблюдения, при указанных добавках воды масса молотого полукокса становится очень вязкой и частицы порошка прилипают к шарам и стенкам мельницы, в результате чего интенсивность измельчения снижается. Можно предположить, что такие свойства влакных порошив являются следствием образования коагуляцианных структур в система, состоящей из частиц полукокса, соединенных между собой тонкими прослойками воды.

С увеличением концентрации щелочи активность измельченного "сухим" способом полукокса увеличивается и при концентрации едкого, натра 40/о (вес.) достигает 19,6 гна 100 г полувокса. По-видимому такое увеличение активности происходит в результате действия целочи.

В дальнейших опытах использовали полукокс,который подвергал" измельчению в течение 120 минут при добавке води 60/о.

Эффективность очистки газов зависит от ряда факторов: температуры адсорбции.продолжительности .контакта адсорбента и газов, объема газа и активности адсорбента.

Как следует из-исследований, степень очистки газово5дучтой смеси от колебалась в пределах 74-98,5,а остаточное содержание на выходе колебалось в пределах 0,02-0,3 при изменении продол китель-нссти контакта твердой к гаэоооразной фаз в пределах 5-10. («шут. С увеличением навески полукокса степень очистки приближается к 100». гак. при навеске 254 г степень счистки составляет Я4.1,, а при 48'") Г 9:-%.

Одной и основных характеристик адсорбции для ллоого адсорбента при очистке газов от ЗЩ является его сероемкость, т.е. количисгво поглощенного навескоЯ материала. С увеличением про пол"ительносги контакта адсороента с_ газовоздушной снесья сероеккость увеличивается, ч при продолжительности контакта о мин'сероемксс1Ь сосгсздяет 7,-;, в 2 '¿«нут - 8,9 г на 100.г полукокса.

¿ели сравнить сероомкссть с мг^ианоегьч -г.е. определить степень использования адсорбента, то скажется, чго степень кспольяовзши ¡••пякокса иг,меняется в пределах 75-105.

о1едунг,оя гаев.ч диссертации посвяцена адсорбционной осушке дву-с"'иси углерода.

.ил/1 ссушки диоксида углерода оомчно 'испоЛьзуат' адсорбуионны? процессы с нпгревной регенерацией адсорбента. Отечественный и :.ч?ру-'укчи сячт применение процессов с оезнагревней регенерацией для ■зтего газа отсутствует.

о распространении изученного в данной работе (икчинрсл-:;сг-< ".''осса на глисид углзрола с-ыло связано с ситуацией, сло^йП-

пейся на заводе "Узбекхиммаш". Этот завод расположен рядом с ПО "Электрохимпром".которое выбрасывает в атмосферу значительное количество диоксида углерода, являющегося экспанзерным газом в производстве аммиака. Этот газ содержи!' ~ 99% СО^; 1/о Н^; остальные компоненты, преимущественно сероводород, содер-катся в микроко-личеотвах. На "УзОокхиммашэ" экспанзерный газ применяют в качества защитной среды при полуавтоматической сварке „металлоизделий.

В сварном шве в случае использования зкспанзерного газа присутствовали-микрогторм, трещины и т.п.. 11х образование-связывамт с насыщенностью экспанзернэго газа парами воды. Мы предложили заводу осуществлять осужку этого газа по методу короткоци.Кловой безнаг- • репной адсорбции-(КБА). .. .

Экспериментальная установка короткоцикловой Оевнагревной адсоро цки была перемещена на площадку "Узбекхиммааа". Она была подключена к углекислотным комлроссорам,создающим давление, 0,5-0,6. МПа- Высота елся адсороенгв составляла ' этих опытах 800 мм. В качестве адсорбента внячздо пслсазовзди палыгг,ракитовую глину месторождения Тппш ГЧ'1.м;р частиц адсорбента составлял 2—Ч мм.Расход потрка через' ад-с.'ороаш составлял в м /ч. Остаточное содер-чшше воды в осушенном га.'?': определили прибором "Байкал". Заводская лаборатория проводила нераздельные анализы газа в соответствии с ГССТоч 8050-85. В указан-н.« ььгаю условиях установка короткоцнкл'звой безнагревной адсорбции ¡у^сп^пшччт осушку воздуха до остаточного аг.агосодеркания не выхе - О по точке росы.

иц:»ты по осупко счатого диоксида углерода на установке коротко-г.. беэкагревкя£, пдеорбпкя загрученной природным сорбентом,дат

«;«••« ^г.л-ль'а!»» ¡:0''ул1. гати. ";оч.сд росг отданного газа, спустя небо.и,-

:.'•> после выхода установки на росчогный речкм.нпч.даала г-'!> ■.' >т^чио С-ч-тро л.;:сг^гал;" пг-оц?пььлгг, "ля анагк ¡и' .ум

код" значения: - £й°С но точно росы.

Причинами отрицательного эффекта могут являться: I. Конкурентная адсорбция диоксида углерода, подавляющая адсорбцию паров води, и 2.Замедленная диффузия паров воды в Ш1кропористую структуру монтмориллонита.- ..

Для технического решения проблемы осушки диоксида углерода и выяснения причин, обусловленных непригодностью природного сорбента, просели опыта в которых использовали силикагель ЮГ. Условия опыта были такими же, как в опытах с глиной. Размер частиц силикагеля соста-злял 3-5 мм. Условия опытов и полученные в них результата представлены ь таблице 12 для диоксида углерода и воздуха.

Таблица 12.

Осушка воздуха и диоксида углерода силикат ел ем,.

~->-1-1—————|-1-

Среда ! Н, ш ■ I [) ,н/нин ! Т.е.! С , ррт

1000 16,2 3,7 290

со 800 10,В '4,4 250

2 600 4,1 8,9 125

400 2;7 8,9 • . 75 __ . ___ - — ■ ; —

800 10,8 4,4 100

Зоздух . 600 4,1 8,9 60

400 2,7 . . 8,9 20

Опыты выполнены для времени пребывания примерно 4 сек для высот 500 и 1000 №,1 и 8,9 сек для высот 400 и 600 до. При всех временах прерывания осуикя воздуха протекает значительно эффективнее, чей осушка !йоксида углерода. Тем но менее, глубокая осуина диоксида углерода зтодом короткоциклоБОй безнагравной адсорбции при использовании сник агеля КСМГ оказалась возможной, что выгодно отличает синтетический дсорбент о? сорбента природного. !

Известно, что при скоростях- потока, равных и превышающих пример-

но Ю'м/мин при осушке воздуха силик&геяам процесс лимитируется внутренней диффузией. Условно можно предположить, что этому-.значению скорости отвечает значение критерия В С :

где ^г - коэффициент массоотдачи от газа к "стенке", м/сек; - определенный размер - диаметр гранул, ы; коэффициент диффузии внутри пор адсорбента, м^/сек. При адсорбции силикагелем определяющим видом внутридиффузионного переноса является нормальная диффузия в транспортной системе адсорбента. В этой случае.между^, и Юц ,где коэффициент диффузии в обычной фазе, имеется линейная корреляция.

Для этого случая условие постоянства критерия В с (например, В с = 50), для воздуха и диоксида углерода запишется так: 1'с/ет.

' Л- .л

где индекс "штрих" отвечает воздуху, а.индекс "два штриха" - диоксиду углерода..

Запишем значение/^/- из критериального уравнения обычного вида:

м, - А > Яе* Ат ■

■■ лГ ^г-е! о . Ус/У3 , р ^ ^ , где: Не-—, Рь -уь

А, /71, М, - константы, причем /I 0,5 * 0,8

Отсюда ' : . "

- ¿0 -

.Подставим уравнение (15) в (13)

. ( / = /

1 X ' 4 ~ { у 7 ' о(

После исключение с{ как параметра, независящего от типа осушающей среды, имеем:

УУ- = V" У

Г" (К)

у ~ у Г г

Уравнение (16) определяет "точку" перехода к внутридиффузискному процессу для диоксида углерода по известной точке ( [/' ~ 10 м/пин) для воздуха.

Можно предположить,что-из двух выдвинутых гипотез о -р^;;нах непригодности природного сорбента яля осушки диоксида углерода белее предпочтительной является вторая: медленная дп;Ф;/зия молекул воды из среды диоксида углерода. Может быть, в дачном случае'даче правильней говорить о наличии молокулярно-ситового'эффекта, Нами показано, что определяющим видом Енутрэдиффузиснного переноса для системы "воздух-перы воды-глика" является диффузия в микропорах палыгорскитовон глины, диаметр никропор пшшгсрскитс-' . ' 0,37 4 0,64 нм. Критический диаметр молекул вод!! равен 0,2В км.Ситовой эффект возникает,если в среде диоксида углерода вода находится не в свободном молекулярном состоянии а в виде кислых ассоциатов Н^О.Д СОр,размеры которых,как представля-отсл могут существенно превышать размера само(Т воды.

Таклм образом для осуики диоксида углерода необходимы сравнительно еирокопористыо сорбенты,например микропористые силикагели размер пор которых достаточно велик для адсорбции ассоциированных: молекул.

В диссертации более подробно рассмотрены математические модели процесса.Математическое описание процесса сорбции в псепдоожикеннпм слое осложняется наличием в процессе обратимых потоков по газовоР л

твердой фазам .Для упрощения, задачи было оделено допущение о том, что для твердой фазы (уголь), отсутствуют обратные потоки и с изменением скорости газового потока меняется только кажущаяся плотность псевдо-отатенного слоя. Описание гидродинамической структуры газового потока, в отом случае проводят с помощь» ячеечной модели с обратными потоками. Дифференциальное уравнение гидродинамической модели выглядит следующим образом:

Л

И-

оИ

У №

J

где основной лоток , ы3Л^к; - обратный поток, м3/сек •

.. Й. # + £ ; - объем; I - ячейки; С С - концентрация адсорбируемого вещества в потоке, кг/ы? ^ = 1,2,....; /2 ; С0 - концентрация на входе ь аппарат, кг/м3; /I - номер последнем ячейки; / ~ время, сек. 'Блок-схема этой модели показана на рис.2.

Л %1!! 1* 1 1 п

ч 1 -»• 1 ■"> 1 -4* , - »

Рис.2.

При отом,как сказано было выла считается,что твердая фаза остается в псевдооииженном состоянии.¿г.;: твердая фала рарномеоно распределяется по всем ячейкам.

Б случае, '„-ели идет поглощение адсорбируем ого вещества система С /£ ) имеет следующий вид: .

dt. . Л dk

= Wi.-M; * м>< lpJ

oft • . ц dl

itf ;

где - общее количество адсорбента в аппарате;

Cti - концентрация адсорбента в твердой фале в I - ячейка,кг/м3 Предварительные экспериментальные исследования показали,что процесс лимитируется внутренней диффузией,поэтому процесс поглощения твердой фазой адсорбента было решено описывать вторым законом <[ика. Для радиальных координат уравнение будет иметь вид:'

где Я)- коэффициент диффузии внутри тзердой фазы, м^/сек: ■ > £ - пористость адсорбента; С, - концентрация адсорбента в raje внутри тзердой фазы, кг/м3; ¿2, - концентрация адсорбата й твердом веществе, кг/м3'.

Связь между концентрацией в газе ц твердом веществе было решено ?п;;иать с ш.к^цыс» изо^еимы я^й.цдлиха;

- за -

Уравнение (19) дополняется следующими начальными и краевыми условиями:

I. С ='С0, при Í = 0; О < Z < /¿ где /С - радиус частиц

адсообекта. В частном случае С = 0.

* дС

;¿. —— - Oj I ~ О, i ^ О следствие симметрии шара

где J5 - коэффициент массоотдачи от потока к частице адсорбента н/сек; С¿. - концентрация адссрбата в газе в ¿ - ячейке; С^ -концентрация адсорбата на поверхности сферы,

Дифференциальное уравнение (19) для каждой ячейки и система дифференциальных уравнений (18) решалась совместно методом ортогональных коллокаций в сочетании с методом Рунге-Китта 4 го порядка для интегрирования по времени.

Числовые значения параметров были следующие: Л- = 5 ;

V = V¿ = •••• Va = 6Л0"4 м3, ZÍ = 2.I0-3 м%ек, = 5.I0"4 м3/сек; С0 0,025 кг/м3; G = I,Ю-4 мэ; = 8,44.Ю"6 м2/сек; £ = 0,7; К = 1000,7; т « 0,509; Я = 0,003 м; jS = 0,015 ы/сек.

Решение уравнения системы Ль) произведено при нулевых начальных условиях:

Z¿0 =0; I = 1,2,......... д, ; С = О

Однако комбинация псевдоожшсенного и фонтанирующего слоев резко меняет структуру гидродинамических потоков в аппаратах. При этом появляются три зош с различным гидродиншичасяими режимами - зона . псе в дооялехення, зона скатывания и фонтан, - В каждом из зон !структура пссвдоожиканиаго слоя различна - порозность в зона скатывания выше,чем з зона псевдоожижения,а В" фонтане порозность частиц Твердой.ф'азй является величиной переменной, зависящей от координат

И .

рассматриваемой точки. Скорость движения частиц в различных зонах также резко отлична.

Доккение газа л частиц в зонах пеевдоотчижсиия и скатмвании списывается системой уравнения (21-2}).

- 7Р-/I V (¿1)

Н ь ОХI ¿ J и С?Хс(7Х/

С/"/!/ (и) = О

Для определения линий тока и коэффициента диффузии а любой точке псевдооясиженного слоя рассматривается одномерное движение онитчгдего агента через слой. При этом задача о на.коч-денни поля диффузии сводится к первой краевой задача Дирп'-1-! о нахо-гении скалярного поля давлений Р з области не границе к., , рой заранее заданы значения Р. Решения зтоф задачи находится гри помощи интеграла Крястсффелл-Шварца и Пус-сона.

При анализе двжмми-! фаз в фонтане на основе -»с.слериментальнмх данных было установлено, что угол раскрытия фонтана практически не

е 'сит от скорости движения оуи.т~пего агента и размеров пезвдеояи-яенкого слоя. Поэтому п первом пр;:бцг.снии принято, что гуаницн фон-гона оппрокснмирувтс прямчми линиями. I оризсктплытч сг.стзвдяте-ся ' ъс-сти О'Ки сгп.цого «сснгя продетчалок« ирсилведенл»».» двух .$ра>.*цкЯ. .......и г>-р-; п флгтчие т-Л'.\чно ¡чпИ

и*

-- -Лг* (£е>

с си ^ о <4

-¿г лл „г I

122)

г --- [и* а?

V 4*

с

о'х, с>-X' <7 еу

А Р' е)7Г 'и» 'А Н- + г* №

(Г г

где - плотность частиц твердой фазы» В - '/скорение свободного

^ Г о

паленка, гтр - сила трения.

для решения полученной системы ¿"равнений были применены численк ные методы которые позволили определить распределение пороэности по все.";> объему фонтана,скорости движения обеих <*аэ,а тшгке геометрические радиоры фонтана. .

Принимая ео внимание стохастический 'характер дпиления частиц тч.;рдоИ фазы определяли вероятности перехода частиц ке-еду рочяктмз •.зонами аппарата псевдос.-жа«енил с фоитан;:рог-а;и:ом,т.^. 1к>р{срй-

• .",цм'!иим;1 наецчяама росло;от ¡чинки в ело«-..

Вероятности нахождения частиц твердой фаз« п различных состояниях описаны системой дифференциальных уравнений вида:

пде Л ¿j - вероятности переходов

Численное решение данной систем« дифференциальных уравнений позволяет определить кривую отклика на единичное воэмуи;ение по твердой фазе (С-кривуто) для аппарата псездоокитекного слоя с фонтанированием.

Для нахождения кривой отклика по твердой фазе аппарата псевдоопь «енного слоя с множеством фонтанирования необходимо найти интеграл свертки.

Таким образом в рамках математической модели гидродинамики аппаратов псепдоожичекного слоя с множеством фонтанирования определяется траектории движения частиц твердой фазы,распределение иорознооти по всему объему аппарата,распределение частиц по времени пробивания для качайл траектории и для всего аппарата в целом.

Если в качестве адсорбента рассматривать ионигнкй фильтр для очистки газовых смесей от ионных примесей, то к уравнениям фильтрации

(32)

где <£ (х/ {) - концентрация тверда« частиц в порах:,находящихся во взвешанком состояний; (/*(х.^) - концентрация взвеси ос^заеп в порах ионита; П10 - пористость осевшей массы; у? - кинетический коэффициент или по аналогии коэффициент можно назвать оффективной константой скорости осакденил в порах ионита; коэффициент учитывающий состояние поверхности поровых каналов ионита следует добавлять уравнения диффузии и ионного обмена .

Prnui'

4 chv'/г,.- дт

U vks

А/

ОХ

дэс.

М = di

' Ni =

f fa -n,

(36)

il ■+ orí¿ ' J

где J7t' - неравновесные концентрации обменивающихся коной в газе d

мг-экв на единицу длии« сорбциокшй, колонии; A/i~ - неравновесные кок/

цснтрации обйениг&сцихся ионов в сорбенте в тех же единицах; Л1 ' -концентрация конов в газе, соответствующая равновесии с концентрацией /1// ; & - коэффициент продольной диффузии; J3 - аффективный коэффициент скорости сорбл,'»:>: оймонивоощихся ионов; ¿i $ - постоянные иза-

Т Г;р; »

"Индекс "I" относится к иону насьЕцшцеиу сорбент в исходном состоянии, а индекс."2" - к иону,входящему в колонку и вытесняющему первые кора, К уравнению (20^ добавляются ураеьания эквивалентности обмена

п< ! = пе ; 4'/- + = д/ (М

( Пг - исходная концентрация и газе вводииого в колону ионе.; /\/р -обменная емкость поглощения сорбента).

В с илу /37/ достаточно найти реаение для одного из обпнивач-гцихся ионов.

Пористость tn в уравнении баланса (35) является переменной величиной, зависящей от пространственных переменных и времени, от скоро* ти фильтрации, состояние пористой средой ч количестве взьсси наступающие на поверхности перегородки, перепада давления в колонке и др. Действительно, при фильтрации газа содержащей взвошанше частицм: происходит изменение состояния пористой среди, основных её физических свойств - пористости,проницаемости и объемного веса, которые нa,"uso/o1 • ся фильтрационными деформация«/,и.

Завис/мости пористости от скорости фильтрации ni; длине на осноан-йш уравнения С'е-н-Веяана, еирааовдого гзавясимость иехпу няменониеч нле «-.ади ?о времени и изменением расхода ;г.',дкости по длине потока определяете/;: - „

¿лг , £и/ q

сЧ Вх

Лзуэнокие пористости в зависимости от ссождским (ерь;?) частиц и ло~

спроделлется уравнением:

¡71 - mf + ■<f'(mff-/nt) ■ гд? Ш/ - язч-иьиая пористость; /71е - пористость 'ocoeme-il массы д"н скучая хольнатации я к концу процесса для случал суффозии.

Вховящие s уравнение фильтрования и ионообменной сорбции jO , JU , К , , п сб-дем случав зависят от концентрации п я fif Пористость /гг и проняцаенссгь К зависят от 'содержания тюществ ,по;-лс-пеникк твердой -^азой А/ в результате ионного обмана, 3 этих случки;,-ддл -»адмо-мостя величину Ш и К от А/ имеются следуют»»® фор.чулн: т - mcí i(38)

к> Л т3 _ Ai т3-- (%д) А - Avpñ ~ ~f - —р. 7—,2 \¿jJ

(7-/7) j io (f-'Ъ)

л.) с

С учетом кольыатации пор {32 ) и (39 ) можно представить в виде

Л/г

т = [т< + (Г(т0-т<)]-у О

П%1

к- ^ Г/- т/Г/. №

В общем виде краевые условия ( ), записать в виде:

П< (я,О)- О; А/{(х, о] ~А/о-

ВЫВОДЫ .

I..Разработана основа адсорбционной очистки и осушки газов СО^, Ю+Юр, К?, и паров ацетона на различных адсорбентах.

2. Разработан и внедрен в производство новый адсорбционный ал-парат с насадкой в слое адсорбента.

3. Разработана гидродинамическая закономерность адсорбционного аппарата с касадксй в псевдоояиженном слое с множеством фонтанирования, на основании чего определена математическая модель процесса и алгоритм решения задачи ионообменной очистки газа.

4. Исследуя процесс осуши воздуха методом короткоцикловой без-нагровной адсорбции и природных сорбентов Узбекистана: установлены наиболее экономичные адсорбенты типа палыгорскиговой глины Топкогского месторождения. Эти адсорбенты-осушители по свои;.! свойствам уступая ызо дисперсным силикагелла'превосходят все остальные синтетические пд"яродныв адсорбенты.

5. Определена основные технологические параметры ссупки газа на указанных адсорбентах и предложено уравнение расчета процесса осуаки,

- 45 - '

о* уравнение массообмена для расчета адсорбционных

Процессов, уцигмпаятео различные конструкционные и технологические перамстра.

7» На основе математической модели проведена оптимизация процессов очистки и осушки газов а аппаратах с кипящим слоем с перфорированной кордовой насадкой с множеством фонтанирования, абсолютно исключая застойные зоны.

9. На заводе "Узбекхи«ма'лв проведены опытно-промышленные испытания процесса осулки диоксида углерода методом КБА и осуществлено внедрение предлагаемого : способа . Полученный продукт соответствовал I сорту ГОСТа 3050-85. При сварке металлов изделия срезе осушенного газа улучшилось качество сварного шва, уменьшилось разбрызгивание электрода. На Ферганском завода химических волокон успешно внедрен в промышленность,предложенный автором, адсорбционный аппарат с перфорированной насадкой.

9. Техническая документация.разработанная автором для процесса адсорбции из газовых смесей в предлагаемом аппарате принята для проектирования в Чирчикском филиале ГИАП.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. А.Н.Ризаев, П.X,Мансуров и др. Оптимизация сорбции окислов азота анионитоы АН-23. Узб.хим.журнал № 6 1981 г. 0,18 п.л.

2. А.Н.Ризаев, П.Х.Мансуров Оптимизация процессов сорбции в система "силикаголь-газ" Узб.хим.журнал № 5 1981 г. 0,18 п.л.

3. А.Н.Ризаев, Т.Ю.Киргизбаев Гидродинамика псавдоожнтенного слоя адсорбента в аппаратах с хордовой насадкой. Материалы научно-технической конференции профессоров и преподавателей ТИТЛП,посвященной . 60-леги» образования СССР и 50-летию института.Часть 1,1982 г. 0,07п.л

4. А.Н.Ризаев, Т.Ю.Киргизбаев Гидродинамика псевдоожиженного слоя адсорбентов в аппаратах с перфорированной хордовой насадкой. Материалы научно-технической конференции профессоров и преподавателей ТИТЛП,

иосвященноК 60-летии образования СССР и 50-лети.о института, Часть I 1932 г. 0,1 п.л..

5. А.ШРизаеп, 'Г.Ю.Киргизбаев, .З.И.Кушнирова Разработка сорбциониых насадочных аппаратов для очистки воздушной среды. Сб.научных трудов ТшПЛ "Новое в технологии текстильного сырья и материалов" Ташкент, 19¡32 г.' стр.37.

6. А.Н.Ризаев,Т.Ю.Киргизбаев, Э.И.Кушнирова Математическое моделирование процессов адсорбции в аппаратах с кипящим слоем адсорбента. Материалы Ш Всесоюзной научно-технической конференции "Современные машины и аппараты хим.производств" Химтехника-83 Навои,часть 3,1983) 0,12 п.л.

7. А.Н.Ризаев, Т.Ю.Ииргкзбаев Гидродинамика псевдоожиженного слоя адсорбента в аппаратах с хордовой насадкой. Узб.хим.журнал № 2,1983г. 0,25 п.л.

8. А.Н.Ризаев, М.М.¡Осипов, В.Л.Колин Определение коэффициента продольного перемешивания при зависящей текущей координаты скорости потока. Уэб.хим.журнал № 6 1933 г. 0,25 п.л.

9. А.Н.Ризазв, Т.О.Киргизбаев и др. Адсорбционные методы очистки воздушного, бассейна Сб.научных трудов ТашШ "Технология текстильного сырья и материалов", Ташкент 1984 г. 0,18 п.л. ..

10. А.Н.Ризаев, М.И.Теодорович Длина работающего слоя адсорбента в адсорберах с насадкой Узб.хга:.журнал № I 1985 г. 0,25 п.л.

11. А.Н.Ризаев и др. Использование фильтр-картона на основе отходов хлопка для очистки хлопкового масла. Узб.хш.журиал £ 6 1991 г. 0,25п.л

12. А.Н.Ризаев, А.М.Садыков, Э.И.Куиширова Оптимизация ионообменной технологии стабилизации виноградных и диффузионных соков Узб.хим. цурнал-» I 1938 г. 0,25 п.л.

13. А.Н.Ризаев, Т.Ю.Кяргизбааз, Кнм-Лин-Зу.В.А. Интенсификация процесса адсорбции отходядих газов дизельных двигателей .на жэлезнодорож-

"¡¡ш транспорте. Межвузовский сборник научных трудов "Рациональное

использование природных под,улучшение качества и очистка прои:'' одст-икижк стоков на железнодорожном транспорте. Днепропетровск ДИК/ 19а7 г. 0,13 п.л.

14. Л.Н.Ризаез, А.М.Садыков, и др. Определение мяссоотдячи при Н-йа-гионирозония диффузионного сока У зб. хим.-курная I? I, КШ г. 0,12 п.л.

15. А.Н.Ряэаёз, О.И.Куачирсна Разработка элективного способа очнст-к',' вмхлолнчх газов от окислов азота Трудя уотду-»>родно"! конференции "Прсцзсси-93" Тажсент, 1903 г. О,£54 п.л.

16. А.И.Ризэез, А.Н.Садикоп Определение критической скорости псевдо-ох'юеннч зернистого слои с пер|эряровг»аюй касаякой. Экспгесс-Ии^Р-<чи«* У-ЖИГИ с.Тсдйсоот, 1992 г. 0,125 п.л,

]/. А.Н.Риэаев, АЛ.Садчкоз, Ш.И.Рязаев Дчиг-ккка ссрецчи и со.,. й ¿лпарате с перфорированной наездкой з псегаоо«ислое сдсор-•5--нга. ?кспросс-Лк$орк0цкя УзйШНТИ г.Тзятгг, 1952 г. О, ££5 и.л. I;.!.. А.Н.Ризаев, А.М.Сэвнков, Ы.Н.Ркзаев Осног<ч тпек<м$кчкдон гдпоуб-ционнпх процессов. "жепресс-Ин-^ориация УэНИИНТЛ г.Ташкент, I0.1? г. 0,Х£5 п.л.

13, А.Н.Ризаев, А.М.Садыков,; Ш.Н.Рязаеэ Кинетические хзрбнтеристийа сорбции в пссвдссикжеином слое катионита КУ-2 в .«янаротох с ппрфер:'-¡.тяслноЛ хордовой насадкой. 0кспросс-1'к|оркация Уз!ШНГИД99;? г. г.Т.акент, >3,125 п.л.

/О, А.й.Ризяея, А.Я.С&шков, Ш.Н.Риоеев Определение внеотн псевдоо»!»-..-••иного моя каткскиуа КУ-2 п яшарато с перфорированной насадкой. ')::каресс-йн$орк8ЦИ8 УзМИНТИ г.Теикеет, Ш2 г. 0.125 л.л. ' . Г.], п/Л.Ркляе», л.'З.Сядчков, Ш.И.Раларв Определение ураваотп .^егрсс-с'"/ ал?орйц:гаг-:;;:1Го ула-'ливеяня с:сисдсз мота о алпярлгпх с насадксй '!С8РГ.оо-./--'еи,ля. гкс:ф8сс-ки]!0р-аи',п ^^И'/НУ.П*, гЛ'тахпкт, 19.-? г

,".'.' ' .. ' ' а: г [М ^о^осллл'Ш'Л тс ■• нчгсо; /и

' ■ - ■■■ ;■-,-'• 'л :!("'.,'•.> сл.-', с н-.с"::'>-1-

- 48 -

Экспресс-Информация УзКйИТй г.Ташкент, 1992 г. 0,125 п.л.

23. А.Н.Ризаев, А.М.Садыков Динамика ионного обмена Экспресс-Инфориу ция УзИШНГИ г.Ташкент, 1992 г. 0,25 п.л. '

24. А.Н.Ризаев, А.М.Садыков, Ш.Н.Риэаев, Э.И.Кушнирова Аналитическая математическая модель фильтрования ацетатных прядильных раствороа_ Зкспресс-Информация УэНИШГИ', г.Ташкент, 1992 г. 0,125 п.л.

25.А.Н.Ризаев,1 А.М.С'адаков, Ш.Н.Риэаев, Э.И.Кушнирова Определение оптимального режима ионообменной фильтрации. Экспресс-Информация г.Тоглтнт, УзНИИИТИ, 1992 г. 0,125 П.л.

26. А.Н.Ризаев, А.М.Садиков, Ш.Н.Риэаев, Э.И.Кушнирова Определение

«

коэффициента ионообменной фильтрации. Экслресс-Информеция УзНИИНТИ г.Тгжкент, 199? г. 0,125 п.л.

Г:?. А.Н.Ризаев, Э.И.Кушнирова, А.М.Садыков, Ш.Н.Риэаев Механизм ионообменной фильтрации ацетатных растворов. Экспресс-Информация Уг.НЖНТИ г.Таикент, 1992 г. 0,125 п.л. .

20. А.Н.Ризаев, Э.И.Кушнирова, А.М.Садыков, Ш,Н.Ризаев Оптимизация ионообменной очистки веществ. Экспресс-Информация УзШШТИ г.Тшшент, 29?; г., 0,125 п.л. • ,

29. А.Н.Ризаев, Э.И.Кушнирова, Д..Ч.Садиков,' Ш.Н.Риэаев Ыассообнен с процессе ионообменной очистки и извлечении. Экспресс-Информация УэКИШТИ г.Ташкент, 1992 г. 0,125 п.л.

30. А.Н.Ризаев,- А.М.Садыков Интенсификация ионообменного производстве рысокочистих маслорастворкгшх веществ. Зксаресс-Инфорнсция УзНИИНТИ, г.Тешент, 1932 г. 0,25 п.л.

31. ';.Н.Р*тев, А.Й.Садыков Исследование массообмена при ионообменной сог;>-?йи в псондоожидепном слое. Экспресс-Информация УзНИИНТИ г.Татке« УУ.У< г. 0.5 п.л.

Ю) л/

¡'Игр-