автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.03, диссертация на тему:Исследование процессов в адсорбционных системах низкотемпературной очистки гелия для крупных комплексов криогенного обеспечения сверхпроводящих объектов

Ьэ К^ОГЕИЮЯЛШШ

¿»/^ .... I .— I—.-.,. 1.1

! НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЬВДИНЕНЙЕ-КРИОГЕННОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

Па правах рукописи УДК 536.24: 621.593

Кирилов Игорь Иванович

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В АДСОРБЦИОННЫХ СИСТЕМАХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ОЧИСТКИ ГЕЛИЯ ДЛЯ КРУПНЫХ КОМПЛЕКСОВ КРИОГЕННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ ОБЪЕКТОВ

Специальность: 05.04.03 Машины и аппараты холодильной и криогенной техники и систем кондиционирования.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Балашиха -1995

Рабата выполнена в Балашихинском научно-производственном объединении криогенного машиностроения

Научный руководитель - кандидат технических наук, старший ' научный сотрудник Блазнин Ю. П.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Горбачев С.П.,

кандидат технических наук, Мельниченко АА.

Ведущее предприятие - Институт ядерного синтеза

Российского научного центра " Курчатовский институт"

г.

в -/¿С нас. мин. на заседании специализированного ученого совета К 169.01.01 Балашихинского научно-производственного объединения криогенного машиностроения по адресу: 143900, г. ьалашиха-7 Московской области, Проспект Ленина, 67, НПО" Криогенмаш ".

• Защита диссертации состоится ___1995

в нас. .¿ЛГмин. на заседании специализированного учено!

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке НПО " Криогенмаш Отзывы на автореферат направлять по вышеуказанному адресу. Пропуск для участия в заседании совета необходимо заказать по телефонам 524-05-16, "521-11-84. При себа иметь паспорт.

Автореферат разослан 1995 г.

Ученый секретарь А / у, ] А Р ¡{Оа*^

специализированного совета, ' V • ¡¡^и^х -

кандидат техничесиих наук И. Ф. Кузьменко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.- Практическое применение сверхпроводимости (СП) в'промышленных масштабах (при реализации управляемого термоядерного синтеза, магнито-гидродинамическом преобразовании энергии, получении высоких энергий, передаче энергии больших мощностей, создании высокоэффективного электрооборудования) связано с необходимостью создания, крупных комплексов криогенного обеспечения (KKG). Криогенное оборудование, работающее в составе таких комплексов, должно отвечать требованиям высокой эффективности, повышенной нздежности и полной . автоматизации. Надежность работы ККО решающим обрззом зависит от глубины очистки криоагента (гелия). Попадание газообразных примесей в низкотемпературную) часть криоблокоз и вымерзание их там приводит к сбою режима работы и создания аварийней ситуации. В зависимости от назначения СП-об'ьекта требования к криогенным установкам ККО по ресурсу непрерывной работы (PHP) достигают 5...10 тыс.ч. Для выполнения столь высоких требований необходимо создание адсорбционных систем низкотемпературной очистки криоагента соответствующего уровня 'технического совершенства на основе всестороннего исследования реализуемых в них процессов. ' . •

Цель работа - создание высокоэффективных адсорбционных систем низкотемпературной очистки криоагента для крупных комплексов криогенного обеспечения. Задачами исследования являлись: -выявление источников и характера загрязнения криоагента; разработка принципов построения систем счистки; определенно требований к узлам очистки по обеспечиваемой чисто?*? криоагента в функции PHP; '

-выбор адсорбента и экспериментальное исследование статики и динамики адсорбции криогенных газов (Uz, Ог. Ne, Н2. Не) . в представляющих практический интерес диапазона/, основных тех-,', нологическйх параметров; разработка на основе полученных' лак- -

ныл методики технологического расчета адсорберов тонкой очистки гелия, обеспечивающей необходимую точность результатов;

-постадкйное исследование адсорбционных циклов на натурных блоках очистки гелия от N2 и Ог с выявлением факторов, влияющих на глубину очистки; отработка режимов, обеспечивающих необходимую чистоту криоагента; поиск путей повышения эффективности процесса очистки гелия от микропримесей N2 (воздуха); выяснение перспективности адсорбционного метода для глубокой очистки ге-•дия от N6 в условиях крупного криогенного производства;

-исследование процессов охлаждения и нагрева слоя сорбента в крупногабаритных адсорберах различной конструкции (в том числе с испольеованием встроенных тепловыделяющих поверхностей).

Научная новизна работы заключается в следующем:

- определены ^требования к чистоте криоагента по низкоки-пящим газообразным примесям в функции ресурса непрерывной работы КГУ различых типов;

- установлены факторы, влияющие на обеспечиваемую глубину очистки (определяющее влияние работы поверхностно расположенных микропор),и разработаны методы достижения необходимой чистоты криоагента;

- выяснены особенности, процесса массообмена в области малых относительных концентраций, получены зависимости кинетических характеристик от основных параметров, разработана методика расчета времени защитного действия адсорберов с учетом влияния нестационарной стадии процесса и основных кинетических факторов;

- установлена взаимозависимость основных параметров (концентрации, температуры, скорости.потока, длины слоя) в процессе очистки гелия от микропримеси N2. определены их соотношения, обеспечивающие'максимальную динамическую емкость;

- решена задача по установлению характера и величины взаимного смещения Фронтов адсорбции N2 и Ог в области малых относительных концентраций в зависимости от. степени загрязнен-

ности гелия и продолжительности работы адсорбера; показана возможность автоматизации переключения заполненных активным углем адсорберов очистки гелия по сигналу о проскоке Ог;

- расчетно-зкспериментальным путем выявлены характерные особенности и оптимальные параметры процессов нагрева и охлаждения слоя сорбента при регенерации адсорберов различных конструкции .

Практическая ценность и внедрение результатов. Выработаны принципы построения систем и блоков низкотемпературной очистки (БНТО) криоагента. Установлено влияние основных параметров на эффективность процессов, реализуемых в адсорберах очистки гелия различных типов и назначения, определены оптимальные соотношения геометрических и технологических параметров, разработаны алгоритмы автоматического управления БНТО. Результаты ра- • боты внедрены в" АО "Криогенмаа" при создании типового ряда блоков очистки гелия от N2 и Ог (в т. ч. НО400/80. НО-800/80, НО-2400/80), блоков доочистки гелия от микропримесей N2 и Ог (Н0-800/50), блоков очистки гелия от Ne и Hp. (KO-iOO/4,5) и,, на их основе, систем очистки криоагента для стенда "Криогро.ч" (АО "Криогенмаи", г. Балашиха), стенда испытаний магнитных систем (СИМС) и ККО "Токамак-15" (ИАЭ им. Курчатова, г. Москва), ■ ККО (Ж7ЮС-100 (ИВТАН, г. Москва), стенда калибровки СП-магнитов УНК-3000, экспериментального участка УНК-3000 и ККО ускорительно-накопительного Комплекса УНК-3000 (ИФВЭ, г. Протвино).

Автор зз^каает:

-принципы построения систем очистки для крупных криогенных ксмплпков с учетом результатов определения требований к ним по обеспечиваемой чистоте криоагента, а также источников и характера его загрязнения j. '

-методику и результаты экспериментального исследования статики-и динамики адсорбции криогенных газов; технологию глубокой очистки криоагента с адсорбцией примесей N2 к при температуре Тая- 80К и обеспечением остаточного содержания приме-

сей Ск < 1-10"? X об.;

-методику уточненного (с учетом влияния нестационарной стадии процесса) расчета адсорберов низкотемпературной очистки гелия от N2 (воздуха);

-технологию доочистки криоагента от микропримесей N2 (воздуха) с увеличением динамической* емкости сорбента за счет снижения температурь) адсорбции относительно Тад- 80К до оптимального значения,"зависящего от скорости потока;

-методику расчета динамики адсорбции двухкомпонентной примеси с определением взаимного смещения фронтов адсорбции N2 и Ог (в обеспечение возможности автоматического переключения адсорберов по сигналу о проскоке легкоиндицируемого Ог через определенное поперечное сечение слоя сорбента);

-результаты расчетно-экспериментального исследования процессов нагрева и охлаждения-адсорберов различных типов.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на II Всесоюзной конференции "но техническому использованию сверхпроводимости (Ленинград, 1984), на конкурсах научно-исследовательских работ НПО "Крио-ташаш" (Балашиха, 1982, 1984), на IV Всесоюзной конференции "Научно-технические проблемы и достижения в криогенной технике" ("Криогеника-87", Москва)', на Общесоюзном семинаре по теории динамики сорбции и хроматографии (МГУ, 1988), на Всесоюзном семинаре "Научно-технические проблемы криогенной техники и кондиционирования" (МВТУ, 1989). '

ПуОлмнации. По 'результатам выполненных исследований опуб-лютовшю 16 печатных работ.

0(л>еи и структура работы. Диссертация состоит из введения, А глав, выводов^ описка использованной литературы и приложений. '1'абота (Ье£) учета'приложений) ивложена на 149 страницах маши-^шикиюго Т0КГ.ТО, икдючая а таблицы. содержит 24 рисунка, спи-,'.сад ясшрясванной литературы из 170. наименований. Приложения •.на >1В драницах,

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, показана связь требований к чистоте криоагента со способом кри-остатирования СП-объекта, сформулированы основные цели работы.

В первой главе рассмотрено состояние вопросов, касающихся очистки гелия способом низкотемпературной адсорбции, в том числе, исследований статика и динамики сорбции криогенных газов, регенерации адсорбентов, методов расчета адсорберов. Показано, что известные Уравнения КЗТ (йуховицкого, Забежинскск го, Тихонова). Лезина, Игнатова-Голодно, а также уравнения; полученные .из квазидиффузионной теории Вагина, пригодны, для оценочного определения времени защитного действия низкотемпературных адсорберов, однако для расчета аппаратов с длительным периодом работы необходима более точная методика. 'На основания обобщения зарубежного и отечественного (в том числе собственного) опыта создания и эксплуатации систем очистки для К1\У яыработанн принципы построения систем очист;® гелия для криогенных комплексов различного назначения. осуществлен анализ возможных схемно-технологических решений узлов адсорбционной очистки и выбор адсорбента (предпочтителен активный уголь типа СКТ-4), определены в полном объеме, задачи исследования.

Во второй главе в аспекте поставленных задач рассмотрена теория статики и динамита) адсорбции , методы их экспериментального исследования, представлены результаты проведениях э этом направлении исследований.

Приведены иеотеркы адсорбции N2 и Ог "а угле СКТ-4 (а диапазонах температур 65...180К к давлений до 16 мм рт.е?.), Не и Н2 (25...79К, до 250 мм рт,ст.), Не (25'...79К, до й.О Ша), полученные с. использованием комбинации объемо-ступенчатого, динамического и десорОгагокнсго методов. Изменение температуры осуществлялось за счет регулирования мощности поверхностного электронагревателя • адсорбционной капсулы (з динамическом опыте

- адсорбера), • помещенной под перевернутым сосудом Дьюара в криостате, заполненном жидким азотом (гелием). Подтверждена применимость теории объемного заполнения микропор (ТОЗМ) для описания статики адсорбции N2 и Ог при исследованных условиях (рис. 1) с представлением изотерм зависимостями в форме уравнений Дубинина-Радушкевича. '

Представлены результаты исследования динамики адсорбции N2 (воздуха) из потока гелия методом активного полномасштабно-• го эксперимента в адсорберах БНТО установок типа 0Г-300 и 0Г-400, а также на модельных адсорберах, заполненных углем СКТ-4. Получены базовые выходные кривые (изопланы) адсорбции N2 (рис. 2а) после первого и второго последовательно работающих адсорберов (диаметр Юад-О.бм; длина слоя Ь-1м; расход газа 6г-400кг/ч) путем пятикратного повторения опытов при давлении Рр-1,4 МПа, температуре Тад-80К, скорости потока ш -0,0699 м/с и начальной концентрации Со-0,2 X об. На основании их анализа, сделан вывод о параллельном перемещении адсорбционного фронта N2 по длине слоя, внешнедиффузионном характере массообмена и постоянстве кинетического коэффициента массообмена 8 в области малых ■ (С/СсгШ~г... Ю'в) концентраций.

Определение значений, коэффициентов 8 осуществлялось с использованием кривых распределения концентраций N2 по длине слоя (изохрон адсорбции), полученных на основании изоплан (рис. 26), и уравнения, описывающего распределение концентраций при мгновенном проскоке;

. С/Со- ехр[ т(в/ш) (рг/Рр) Длм.п.З. (1)

где рг, рр - плотность газа, соответственно, при нормальных (стандартных) и.рабочих условиях; Дхм. п.- длина зоны мгновенного проокока. Из базовых опытов получено значение 0баз~260с~1. ' - Для установления влияния параметров на величину В проведены эксперименты с варьированием расхода 0Г (в диапазоне от Я50 до,600 кг/ч), давления Рр (от 1,0 до Я,4 МПа) и концентрации Со (от 0,0Ь до 0,5 % об.'). Анализ характера эксперимен-

Я

а я з 2.«

р, ш рт.от.

Рио.1. Изотер® адсорбции азота и кислорода на активном угле СКГ-4:

I - 65К; 2-8(И; 3-?СК{ 4 -5 - Шй 6 - 1251; 7 - КОК; в - МОК; • нэт; ————ттг.ждрс<

Рий.З. Развитие яес-сатшо-нарного режима з базовом эксперименте:

-0; 2- т>0,1*о; 3- X -0,25-Со; 4- X -= 0,5ТЪ; 5- Г -0,75Го;

6- X -;ро-110мин

Рес.2. Хвтйктерша кривые динамики адсорбшш азота; а - базовые нзошшян; б ~ базовне изохрояк; I - для 1-го, I' - для 2-го (по ходу потока) адсорбера

тальных ивохрон позволил сделать следующие выводы: величина ß в области малых концентраций (при постоянстве прочих параметров) не зависит от С0 и изменяется прямо, пропорционально массовой скорости потока, т.е.

ßn/ßm - (wpp)n/(wpp)m> (2)

где индексы п, ш - номера опытов.

■ Из сопоставления результатов промышленных и лабораторных экспериментов с использованием адсорбента различной грануляции получены соотношения:

ßn/ßm - (wppScji)n/(wppSCJ))m , (3)

ßn/ßm - (wpp/d3)n/(wpp/da)m. ' (4)

гд& Scji - уд. внешняя поверхиоссть гранул в слое; d3 - приведенный диаметр гранул.

Полученные результаты позволили предложить для расчета коэффициента 0 простые зависимости типа

Ш . ' ß - вбаз«<Рр/(ЦЭр)баз - Aiwpp; (2*)

ß - 6базУРр5сл/(«Рр5сл)баз - A2wppSCji; (3*) ß - Вбаз(<орр/с1з)(с1з/шрр)баз - АзЦЭр/da. (4*) где Аь кг, Лз - численные коэффициенты.

В третьей главе представлены результаты разработки методики уточненного расчета времени защитного действия адсорберов тонкой очистки гелия от азота и кислорода, рассмотрения особенностей динамики совместной адсорбции N2 и Ог из потока гелия, а также исследования влияния температуры на эффективность работы адсорберов очистки гелия.

В основу разработки расчетной методики положено выражение, аналогичное полученному Николаевым K.M. с соавторами из анализа формы изоплан, идентичных представленным на рис. 2а:

tnD - а К (L - Д хм.п.), (5)

К - (Г/w») (рг/рр). Г - ao/co, üxM.n.-2,3(w/ß)(pp/pr)lg(C0/Cnp). где tjiB - время работы адсорбера до заданного значения проско-копой концентрации примеси СЛр; L - длина слоя адсорбента; ао-эдсо;:>бции, равновесная CQ; Лхм.п.- длина зоны мгно-

'венного проскока; а - коэффициент, зависящий от формы выходной кривой и отражающий влияние внутридиффувионного сопротивления;

« - иЛо, 5; <^0.5 " кц (6)

где 11 - время, соответствующее' точке пересечения продолжения прямолинейного участка выходной кривой с осью времени; 1о. 5 -время появления за слоем концентрации, равной 0,5Со (рис. 3).

С учетом влияния нестационарной стадии процесса, которое существенно для адсорберов низкотемпературной очистки, уравнение (5) записывается в виде:

1Лр - « К а - Лхм.п. "Ахи). • - <7)

где Дхц - потеря слоя за счет нестационарности процесса. Зависимости для нахождения величин а и Лхц выведены с использованием данных базовых экспериментов и полученных Устиновым Е.А. с соавторами результатов аналитического решения смеманно-диф-фузионной задачи изотермической фронтальной адсорбции примеси

ф

(при условии послойной отработки зерен сорбента и приближенном учете продольных' эффектов в эффективном коэффициенте массообмена). Для стационарного релима это решение получено в форме уравнения:

- КЬ - К12:(у) - К&г(У), (в)

где К1.~ В1Г/й, Кг - Г/й - константы, пропорциональные сопротивлениям внутреннего и внешнего массопереноса; 2\(у), 2г(У) -функции от у - 0/Со; В1. - критерий Вио.

I ■ Решение для нестационарного режима (рис. 3) приводит к выражениям;

Ь- ао(В1 + 2)/(2ВС0); х - 0,74 В1 (ш/0НрР/рг). О) где - продолжительность нестационарного редима; хц - длина зоны нестационарности.

Лхн - хн - хс; хс » 10/К. (10)

где хс - величина продвижения адсорбционного фронта за время 1о в стационарном режиме,

Вывод расчетных зависимостей оснопан на преде?юлении сн-ражений для расчета К, Кг, Кг чериг» базовые параметры и лгф-

фициенты. Для случая очистки гелия от N2 при 80К с использованием промышленного угля СКТ-4 получено:

й - 1 - 0,25«ррА + 0,0151.; (11)

Лхн - (0,040 - 1) <йрр/(Врг). (12)

• Зернение (радиус гранул Ю и температура Т влияют на величины а и Дхн через коэффициенты диффузии в транспортных порах (0е » К0*8, « Т1'75) и массобмена В. В случае использования угля с произвольным радиусом гранул (при Т - 80К):

а - 1 - 834,3а»рр + 13Р/1; (11*)

ЛХн - '(132,'/ей1-2 - 1)<фр/(0рг). ■(12")

В случае адсорбции при произвольной температуре на угле СКТ-4 промышленного зернения: •

а - 1 - вЗбирв/ат1-?5) + 0,015Ь; (11*")

Лхн'- 0.015(35285ирсД1-75 --1). (12"")

Уточненная формула для расчета времени защитного действия промышленных адсорберов очистки гелия от N2, заполненных углем СКТ-4, при Тал- ВОК принимает вид:

ОЭоРг

Ь.пр" -

ирр Спр

L--- (0,048 - 2,31е — - 1)

. . ВРг С0 '

(13)

Сошрр

В области малых концентраций примеси N2 (С0 - 10~4...10~б X об.) при Рр- 2,5 МПа, с уменьшением Тад до 50...40К, равновесная адсорбция, возрастая, приближается к величине предельного насыщения ми)фопср (рис. 4). Влияние понижения температуры на динамику адсорбционного процесса носит сложный характер. На основании расчетного исследования влияния температуры на зффеотивностъ процесса при варьировании основных параметров (СЬ, и, Ь) установлена их взаимозависимость, выявлены их оптимальные сооноиения (рис. 5). Полученные результаты подтверждены контрольными экспериментами и реализованы в проедете ■ ('КО УНК-3000. . ■ ' '.

Приведены результаты . исследования адсорбционной очистки гелия от микропримеси Ие при С0 - 5-10"4,..5-10"5 X об. на на-

.а».

•t. t

Рио, 4» Зависимости ао-ИС)т „ño-fmc ("СКТ-4 - Hz , Pn --2,4МПа гелия)

J ЯГ® J S3-8 ir1 ¡ir5 C„. » oí.

a„

c.j a.« o* o,a i,o u.

Рис. 5. Зависицостя a_=y (T)o) г » а д«/Сл»)т (¿«IM, C0= IO"4? od.)^

I - 0,0167; 2 -"0,0417; S - 0,0667 "

4 - 0,0917; 5 - 0 IIS7; S - 0 1417 » 7 - 0,1667 м/с; »

I/" §Й5 65; 3,'- 60: 4'- 55;

5 - 50; 6' - 45; 7' - 40 ÎC

«О ЯЗ GO м

a »

турньж адсорберах, показывающие практически приемлемую эффективность процесса при Тал« 40...30К даже при Ь - 0,75 м и ско- , рости потока ы » 0,04 м/с (на порядок превышающей рекомендуемую в литературе) с достижением глубины очистки Ск < 1-Ю"5 X об. и динамической ёмкости ад - 0,2...О,5 см3/г.

Предложена упрощенная методика расчета динамики совместной адсорбции N2 и Ог на основе модели равновесной адсорбции двухясмпонентной смеси с определением величины взаимного смещения фронтов адсорбции N2 и Ог Лхфр (рис. 6) в области малых концентраций (образующегося из-за разных скоростей их продвижения) ва время рассчитываемое по формуле (13). Показано, что лучи!к результат даот расчет совместной адсорбции N2 и Ог на основе теория идеального адсорбционного раствора (1Л5Т) с использованием уравнений изотерм Ленгмюра. Расчетное исследование дало/ результаты, подтверждаемые практикой эксплуатации угольных адсорберов (рис. 7): при Со(возд.) < 5-Ю"4 % об. проскок N2 и Ое на уровне Спр < 1-Ю"5 X об. наблюдается практически одновременно; с ростом Ос интервал времени между появлением проскоковон концентрации N2 и еатем Ог возрастает. Дана рекомендации по осущрстрлешяо автоматического переключения адсорберов по сигналу с проаяжэ 02 через определенное поперечное сечение аппарата.

В четвертой главе дан анализ проблемы обеспечения равномерности прогрева крупногабаритных адсорберов, рассмотрены возможные схемные решения при реализации процессов нагрева и рх-лаждекия адсорберов очястда гелия различной конструкции и пре-дстазлени результата исследования этих процессов методами п[о-шзшенкого и численного экспериментов. Использование математической модели (вкнючающей уравнения теплового баланса для га- . 8020ГО потока, для слоя адсорбента и для корпуса адсорбера, а также уравнения материального, баланса, кинетики адсорбции и. изотерой адсорбции), алгоритма решения и &Ш-программы расчета, разработанных Наумовым в. А. применительно к адсорберам комп.-

'лексной очистки ВРУ, дало высокую сходимость результатов расчета процессов нагрева и охлаждения адсорберов очисти гелия путем их продувки потоком гама с э'ксн&рменташши данными. Установлено, что достигаема;! глубина очистки крноагАнта решающим образом зависит от способа охлаждения адсорберов поело термической десорбции примесей. Проведенные исследования', показали, что очистка на уровне G/C0 <¡ ..10"6 осуществляется за счет работы поверхностно расположенных микроиор (не создаю-:•.':< сопротивления млссопероносу). Для обеспечения С,{ í l-io'"6 Z eg. необходимо исключить возможность•их ацгряэиеиия при охлаждении адсорбента. Практически- это достигается только при охлаждении слоя потоком криоагента. При использовании очищенного криоагента допустимо лротивоточное и прямоточное охлаждение, при использовании пеочшвдшюго криоагента - только прямоточное.

В приложении, даны материалы, относящиеся к определению (на основании исследования влияния вымерваннл примесей N2. Ой. 'Не, Нг в теплообменниках и турбодетандерах на PHP КГУ различных типов) требований к узлам очистки по обеспечиваемой чистоте криоагента. Доказало, что для обеспечения PHP ссшяе б тас. ч Необходима очистка гелия по каждой примеси до Ск < 1-tO"*6 2 об. I Представлено также заключение по результатам исследования работы адсорберов, оснащенных размещенными в слое сорбента рекуперативными и электрическими нагревателями с цилиндрическими спиральными и коаксиальными тепловыделяющими поверхностями.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основе установления источников и характера загрязнения криоагента нивкокиговдими примесями, о учетом -Сформулированных требований к уялам адсорбционной очистки па сИеспи-чнет-емой чистоте кришгенгл раэряПотаны принципы поотрсяит систем очистки для кездлекоов криогенного обеспечения уагмичмы;-?

СП-объектов.

2. Проведен вариантный анализ возможных схемно-технологических решений адсорбционных узлов низкотемпературной очистки гелия от примесей N2 и Ог с выявлением приоритетных направлений исследований. -

3. Осуществлено экспериментальное исследование статики адсорбции криогенных газов (N2, О2, Не. Нг, Не) на активном угле СК7-4 о получением изотерм адсорбции в представляющих практический интерес диапазонах давлений и температур.

4. Осуществлено исследование динамики адсорбции N2 (воздуха) из потока гелия методом полномасштабного эксперимента на адсорберах промышленных КГУ, а также на модельных адсорберах. Установлены характер массообмена в области малых концентраций и зависимости кинетического коэффициента массообмена от основных параметров процесса. Выяснены факторы, влияющие на обеспечиваемую глубину очистки при реализации различных адсорбционных циклов.

5. Разработана методика технологического расчета адсорберов низкотемпературной очистки гелия от примеси N2 (воздуха) с получением уточненной расчетной зависимости,*учитывающей влияние основных параметров и кинетических факторов, а также нестационарной стадии процесса на ресурс работы до заданной вели- . чины проскоковой концентрации примеси.

6. Показана (аа основании расчетного исследования с экс- . периментальным подтверждением) целесообразность' снижения температуры адсорбции относительно азотного температурного уровня -при малом (порядка нескольких ррга) содержании примеси N2 до определенного, Зависящего от скорости потока и длины слоя адсорбента, значения, .

7. На основании рассмотрения особенностей динамики совместной адсорбции микролримесей N2 и Ог установлена зависимость от времени величины взаимного смещения фронтов адсорбции" этих компонентой с /излучением возможности автоматического ле-

реключения адсорберов по сигналу о проскоке легко индицируемого Ог через определенное поперечное сечение адсорбера.

. 8. Экспериментально (на промышленном стенде) показана перспективность использования метода низкотемпературной . адсорбции для очистки гелия, используемого в качестве криоагента, ог примеси неона.

9. На основании экспериментальных и расчетных исследований процессов тепломассообмена, реализуемых при регенерации адсорбента в аппаратах различных конструкций, подтверждена целесообразность проведения нагрева и охлаждения адсорберов очистки гелия путем продувки слоя сорбента потоком газа.

Основное содержание диссертации представлено а следувадп публикациях:

1. Ступени подготовки гелия в системах криогенного обеспечения //Сверхпроводимость в технике: Тр. II Всесоюзн. конф, по технич. использ; сверхпроводимости. -Л., 1984. -Т.2. -С.180 - 184. (Соавторы: Филин Н.В., Караганов Л.Т., Увяткин И.И. и ДР-).

2. Исследование работы аппаратов очистки гелия в составе систем криогенного обеспечения //Сб. докл. IV Всесоюзн. науч. конф. "Криогеника-87", ч.З. -Балашиха,. 1988, -С.З - 9 (Соавторы; Юдин Г.С., Блазнин Ю.П., Петухов С.С., Громов А.Ф.).

3. Обоснование требований к углам адсорбционной очистки КГУ по обеспечиваемой чистоте криоагента //Проблемы криогенной техники: Сб. науч. трудов /НПО "Криогенмаш". - Балашиха, 1988. -С. 147-153. (Соавторы: Блазнин Ю.П., Петухов С.С.).

4. Особенности работы адсорберов низкотемпературной очистки гелия в составе систем криогенного обеспечения //Проблемы криогенной техники: Сб. науч. трудое /ШЮ "Криогенмгш". -Балашиха, 1988. -С.138- 146 (Соавторы: Петухов С.С., Кривонссова Л.С.).

Б. Нестационарное поле температур по длине тонкой пластины при ее подогреве электрическими нагревателями //Современ. , проблемы гкдродин. и теплообм. в элементах энергет. установок и крнэггн. технике: Межвуз. сб. научи, трудов. -М., 1988. С.20 -23. (Соагторы; Садиков Н.Н., Степанов В.Н.).

6. Очисти газов в криогенных установка //Обзорн. инфор-ышя /НИМТЭхш. , -М,, 1990. - 55 с. (Соавторы: Блазшш Ю.П., Максимова Л.В., Воротшщев В.В. и др.).

Особенности расчета адсорберов низкотемпературной счистят гелия //Ким. ¿1 нефт. машностр. -199г. -И 5.' -С. 23-26.

0. Оцеаха шшадш снижения температура на эффективность работы адсорберов очистки гелия от примеси азота //Хим. и нефт. матюстр. -1992. -М 6. -С.24-Е6. •

9. Исследование*совместной адсорбции азота и кислорода в абсорберах.'низкотемпературной очистки гелия от микропримесей воздуха//»а». к нефт. мазииостр. -1992. -И ?. -С. 18-21.

10. Слосой очистки криоагента: А. с. N 988794, МКИ ВО! 053/ 04, ззявд. 03.04.78. (Соавтор: Буткевич И.К.).

11. Блок очистки гага: А, с. N 1150006, МКИ В01053/04, за-ям. £0.05.83. (Соавторы: Голубев В.М., Борз'енко Н.А. и др.).

12. Способ очистки криоагента и устройство для его осуществления: А. с. Н 1607902, ЫКИ В01053/04, заявл. 11.01.88. (Соавторы: Духанин;Ю.й., Наумов В.А., Кусый Г.В.).

13. Способ регенерации адсорберов и устройство для его осуществления: А. с., N1620117, МКИ В01ШЗ/04, ¿ая&1. 11.01.88. (Соавтор: Духанин Ю.й.).

14. Расчетный анализ адсорбционного цикла постоянного давления, реализуемого при низкотемпературной очистке гелия // Хим. и вефт. машин остр. -1995. -N8. (В печати; соавтор: Наумов. Б. Л.).