автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Осушка газов методом короткоцикловой безнагревной адсорбции

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

ТАШКЕНТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. АБУ РАИХАНА БЕРУНИ

ОСУШКА ГАЗОВ МЕТОДОМ ШРОТКОЦИКЛОВОЙ БЕЗНАГРЕВНОЙ АДСОРБЦИИ

Специальность 05.17.08 —«Процессы и аппараты химической

На правах рукописи

МАНСУРОВ Абдужаббор Ходжиматович

технологии»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ТАШКЕНТ — 1991

Работа выполнена в Ташкентском государственном техническом упиверснте те им. Абу Райхана Беруни.

Научный руководитель

кандидат технических наук, профессор ЮСИПОВ Мирзахит Мнрсантович

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор СОБИРОВ Шовкат Мухамедовнч кандидат технических наук, доцент КЛУШИН Виталий Николаевич

Ведущая организация — Чнрчикскнн филиал ГИАП.

шш специализированно , , , ипо ученой стенеш

кандидата технических паук в Ташкентском государственном техническом упи верситете им. Абу Райхана Беруни (Ташкент, ВУЗ городок, ул. Мирошкнной, 2

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТашГТУ им. А. Р. Беру ни (Ташкент, ул. Навои, 13).

Автореферат разослан « 26 » ОШй 1991 г.

Защита состоится

часов на заседа

Ученый секретарь специализированного совета профессор

n

- о -

ОБЩАЯ" X APAIffEPI ICTJ liiA ГЛБСМ

Актуальность проблемы. Осушка газов является типовой опара-!й в р.гдо отраслей народного хозяйства. В последние годы её :то ог.'Лцостбляьт по методу короткощшловой безкагревной адсорб-i (KFA), в осноео которой лежит "холодная" регенерация слоя ем прэдупки ого частью осушенного потока при давлении более кем, чем даоленко адсорбции. Этот метод изучен применительно спольэоианнп силикагелей и цеолитов в качаетво осуиапдих нтов и воздуха в качестве осушаемой среды.

Республики СродноП Азии не располагают сс-бстззши"! произ-"тпем синтетических адсорбентов, но имеют больпие запасы принт-: адсорбентов, которое могли бы згиенить синтетнчоскиз осу-зли п рассматриваемом процессе. Природные минеральные сорбеи-[IL'/iJ) обладают достаточно большой осупзкгдай способностью по эаешш к по л ярим н неполпрным вецествгм. Но адсорбционной 'обностя ШС не уступают некоторым синтетическим адсорбентом. )стятком некоторых природных минеральных сорбентов является что при долговременном контакте с влаяиг'М воздухом они раздаются, что усложняет 'процесс регенерации. Применение метода itкоцикловой безкагревной адсорбции позволяет обойти отот не-рток природшк адсорбентов. Выяснение потенциальных воумогс-ей.природа« адсорбентов при их использовании в процессах и распространение процесса на осупку иных газов, чем воздух, ется актуальной задачей.

Целью настоящей работы является выяснение потенциальных ожностей природных адсорбентов рзспублик Средней Азии при ^пользовании в процессах КБА, выявление наиболее, перспсктив-пород,. изучение основных закономерностей протекания процес-ВА при их использовании и распространении метода КБА на осушку эго диоксида углерода. Научная новизна:

эеделенн изотермы адсорбции воды и выходные кривые фронталь-i динамики сорбции на ряде образцах природных адсорбентов шублик Средней Азии. Выявлены характерные особенности изо-и и выходных кривых, заключающиеся в их S -образной форма. :зл-Н лучший природный здеорбент - осугаитель для процессов л л воздуха методом КБА: палыгорскитовоя глина месторождо-1опкок. Эффективность его объяснена сравнительно высокой

■активностью этой глины по парам воды и близкой к линейной формг изотермы адсорбции.

- Показано, что при скорости потока воздуха 10 ы/мпн и более процесс лимитируется внутридиффузионнш сопротивлением, а определяющей структурой породы являются микропоры.

- Изучено влияние технологических параметров (давление, длител1 кость полуцпкла, высота т;лоя, скорости потока) на аффективное процесса КБА при осушке воздуха.

- Исследованы массообменные закономерности осушки схатого диокс да углерода методом КБА. Эффективны. 1 осушителем диоксида угле рода методом КБА оказался мелкопористый силикагель. Экспериме тально доказана непригодность палыгорскитовых глин для осупш сжатого диоксида углерода.

Практическая ценность.

- Получен экспериментальный материал и эмпирическое уравнение, необходимое для проектирования установок- осушки воздуха прирс нш сорбентом по методу КБА.

- Изучен, испытан в промышленных условиях и внедрен а производс во процесс осушки диоксида углерода по методу КБА. Внедрение указанного процесса привело к получению продукта первого сорт по ГОСТ 6050-85, что улучшило качество сварных работ и дало экономический эффект более 7,716 тыс.руб.в год.

Диссертационная работа выполнено в соответствии с планом НИР 11 Б и ССО УзССР "Разработка и исследование массообмеиной и пылеулавливающая аппаратуры". Государственный номер регистрации

- 0]'37006Kb3.

Апробация работы. Оенонше результаты доложены на Двух совещаниях "Наука-пронзводстиу" (г.ЧирчпсС, 1984,' i960 гг), 2-ог школо-сенинарз "Теория и практика адсорбционных процоесоп" (г.Протвино, 1990 г.) и lia ежегодных конференциях профессорско-преподалательского состава ТэшПИ I906-1909 гг. и ТШ 1990 года.

Публикации. По томе диссертации опубликовано б печатных рас-гт.

Структура и обьем дигтвртацип. Диссертация состоит из вь ния, шести глав, выводов, списка литературы и приложения. Работ наложена на машинописных страницах, содержит 30 рисункос

10 таблицч, библиографию из 1ГС-: наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ *

В I главе (Литературный обзор) рассмотрены основные адсорб-1НШ0 методы осуики. и очистки газов с применением природных и [тетических адсорбентов. Из опубликованных работ следует, что орбционные методы нашли широкое применение для осушки сжатых оз. Проанализированы патенты по осушке методом короткоцикло-безнагревной адсорбции и рассмотрены разные конструкции ус-овок КБА. Констатируется, что все работы посвпзцены использова-синтетическнх адсорбентов для осушки методом КЕЛ, сведения о родных адсорбентах для этого метода в литературе отсутствуют. В заключительной части главы рассмотрены природные адсорбен-Зрёдней Азии: их минералогический, химический составы, стрэо-мснтмориллониговых пакетов, а тате их осукакцэя способность шамическая активность пород.

В связи с региональной направленностью работы рассмотрели юдчыо адсорбенты Средней Азии, ресурсы которых "начительаы, адсорбционные свойства по воде достаточно благоприятны. Материал Я главк (Экспериментальные методики и установки) 1т методологический характер. В главе приведены схемы окспери-■альных установок, использованных для изучения статической ак-ости природных адсорбентов - пзкуум-посопая установка с кпар-ми весами Мпк-Еснп. По уравнению ГйТ определены удельные понести и по известным. десорбЦислным кривым рассчитаны распреде-е объема пор природных адсорбентов по размерам. Динамическая зность природных адсорбентов была исследована на установке очного типа. В опытах определяли динамическую ( Од ) и равного ( Ор ) активности природных адсорбентов. Опыты были проветри различных скоростях газового потока и высотах слоя. Всэ ;нне кривые'имеют Э -образную форму. При увеличении соотно-1 IIV выходная кривая растягивается. Данные о динамической зновесноЯ активностях природных глин приведены э таблице I. зыли определены по следующим формулам: '

^ = ^ЛкТ^.М ( I ) а, = + У 2 >

1Г- скорость потока; Сазлагосодержание газового Потока;

- равновесное время; - время проскока; & - навеска адсо: ^елта; У - фактор симметричности выходных кривых.

3 ру/.овидстзе роботы принимал участие в.н.с. профессор цкий Ю.И. "

Таблица I.

Динамическая и равновесная активности природних глин (25°С) и''

1 п/п! I 1 Тип адсорбента 1 ¡Размер I' ! (ал !Влаго! !жащ:в! ' !гДг ! мин ! мин ! о» !г/1001 | йР ¡г/101

I. Нефтеабадскпй бентонит 0,5+1 14,4 Б Г) 90 5,7 7,7

2. Колосскай бентонит 47 100 4,6 8,3

п Азкамарский бентонит 63 КЮ 6,1 9,3

4. Огланлинскпй бентонит 11 М 45 145 5,7 12,0

5. Исфаринский бентонит 35 60 . 5,7

6. Опока Дарблза и 25 90 3,0 6,1

ч Палигорскнтовая глина Топкокского месторождения 42 110 5,0 9,7

п. Опоковидная глина ¡{ермене 11 40 75 4,7 6,0

В 3 га» не описана схема экспериментально!! установки коротко-цикловой безнагревной адсорбции, использованная для процесса осуи кн. Основной блок р. той установки приведен на рис.1. Установка работает следущим образом. Сжатий воздух от поршневого компрессора поступал и коллектор ыалоинерцпонних алектромагиитннх клапанов, управление работой которых осуществлялось прп помощи реле времени, обеелечиващего подключение клапанов через заданные промежутки времени. 1!а приведенном рисунке I клапана 2о и 2в закрыты, и сжатий воздух, через клапан 2а поступает па оеуику в едсорбер 1а. ОсуненншЧ воздух из адсорбера 1а проходит через обратный клапан Зв и разделяется на два потока: основная часть воздуха (продуктовый поток) сбрасывается в атмосферу, другая часть сухого воздуха через редуктор (4) и обратный клапан 36 под давлением близк;м к отмос арному, поступает в адсорбер 1С для регенерации адсорбента. Продувочный воз,дух (влажный поток) кз адсорбера 16 черзз электромагнитный клапан 2г сбрасывается ь атоосферу. Ч;зрез эодэннцй промежуток времени (длительность полуцикла) по сигналу рола времени клапана На н 2г закрываются, а клапана 26 и 2и открывается, в результате чего адсорбер 1а переключается ил ражш регенерации адсорбента, а адсорбер 16 - на рекпм поглощения влаги из юздухо.

% _'<!< з/г

_ 7 -радениями Зезгух

5л

5а ¿е

Я>

15

Гис.1. Принципиальная схема КБА.

1а, 16 - адсорберы;

2 - электромагнитные клапана;

3 - обратно клапана;

4 - редуктор давления;

5 - манометры.

| Во|Зу;<.

'Изложение 4 главы (Осуака воздуха методом 1(ЬА) начато с описания экспериментов по выбору шклучппгс природного г'Дсорбсн-та. Перед проведением опытов природный адсорбент, загружаемый в адсорберы установки ИГА, подвергали ускоренной, разработке. Для этого рсоь осудонюй потек воздуха дроссепрр^по.'ш и подпволи п ппраллелиа.т адсорбер. Регим ускоренной разработки продолжали до тех пор, пока точна росл.! воздух я дсгмголл до ООррм . Далее установку переводили на рпг?ч" "срмптивпего функционирования. Э»у соотгстстпорпли сл«гдугв|ве услопнп: рлбо'пг; давление пдсорб-дии (абсолютное) 0,5!'II«, давление при р?гон°рчиии прпктичпеки "¡тмоеферпее (0,1 МПа), количество адсор(Ч>нтэ в к_а;".дом Ъдсорбере "),?3 л, время полуцш'ла 3 и ян, к соф [чнулонт избытка обратного по-

ГС1<П 1,-?.

Продол.тнтольность переходного периода составляла примерно '„О часоп. Через 12 часов после начала переходного периода прово-'или замер влажности газа, отпечаг^ий заданному режиму. После »того изменяли ипгрузку на адсорбент по оеуыасмсму воздуху и (ичл операций повторяли.

¡3 ходе опытов спродоляли зависимости остаточного влягосо-;ер:кан!1Я газа от коли»зстся отбираемого сухого продукта. С

'Р."!

'020

ззс

да

«з гт

Рио.Й. К подбору адсорбента.

1 - Исфарннскин бентонит.

2 - Колесский бентонит.

3 - Пзд'л-срскг.тоэая глина.

4 - Спока видная глина Кормено.

5 - Спока Дар'/аза.

О - Чгаионекпй бентонит. 7 - Счяггсаголь :{•!'{. 8 - Алгмо-голь. 9 - :::?,-!!хзгвль ПС.:.

ю

Полученные в ходе опытов зависимости продставлеш на ряс.2 в виде сплошных линий, Из них следует, что нэилучяим по свош потребительским качэствам при осушке воздухе, метода;- КБА являлась палыгорскитоаая глина Топкокского мзе'Горождакия. На &тш же рисунке в виде пунктирных линий приведены данные для синтетических адсорбентов. Как видно из рисунка, выявленный нами прироДт ный адсорбент превосходит крупнопористый силикагель, алшогель, но уступает силикагелю малкопористому. Во всех последующих опытах исследовали палыгорскитовур глину Топкокского месторождения.

Для определения лимитирующей стадии протекания процесса выполнили опыты в которых варьировали производительность установк и высоту слоя адсорбента, В хода обработки результатов определяли времена пребывания газового потока в адсорбере, соответствующие следующим остаточньы содержаниям воды 200 , 400 , 600 и IOOOppm Расчет проводили по следующим уравнениям:

Ü V

Á&

■Т=

( 3 )

V =

ar-^-d-oa

где: Т- время пребывания, мин; Н - высота слоя, м; V- скорость потока, м/мищ Ъ - диаметр адсорбера, м; 9 - расход газа, м3/ч; - абсолютное давление,ЬШа.

ое- о.о ¿.о а а А'Л'г/жн)

ол 0.6 Об

; ю

í il

! ía 1 <¿|

:6т.

Рис.3. К определению лимити-руодой стадии процесса.

iВремя пребывания, отвечающее

.400 (т

-6C>op,im ■

oaepjrti

¡достижению некоторого остаточного влагосодержашш, можно рассматривать как пример, линейно связанный с кинетическим коэффициентом вне зависимости от природы последнего. Исходя из этого, стадию, лимитирующую протекание процесса 1ШЛ, можно определить на основании вида зависимости "времена пребывания, обоспечиваю-щее достижение определенной концентрации, от скорости потока".

;ля ияти указанных выше концентраций необходимые построения пред тавлены на рис.3. Логарифмические координаты будут обоснованы :иже. Как видно из рисунка, зависимость времени пребывания, не-бходимого для достижения того или иного остаточного влагосодер-ания, от скорости потока в логарифмических координатах носят, словно говоря, характер двух пересекающихся прямых. Первая пря-ая, отвечатацаяся изменению времени пребывания с ростом скорости ростирается до значений V = 5 4 10 м/мин.

При V< 5 м/мин (или 10 м/мин) время пребывания от сксрос-и потока не зависит. Такой характер зависимости ' Y-VIT) сви-етельствует о том, что в области 5 4 10 м/мин меняется ме-аниам переноса паров воды в процессах адсорбции и десорбции, но носит внешнедиффузионный характер, если скорость потока мала, внутридиффузионный, если скорость превышает указанные выше критические значения". Для проверки предположения о том, что на равом участке процесс лимитируется внесшей диффузией, определя-и тангенс углов наклона ниспадающих участков зависимости. Сред-эе значение тангечсз dL = -0,7. Эта цифра согласуется с литера-арными данными о показатели степени в зависимости критерия (\!ll г критерия [\е для массоотдачи в системе "газ - стенка".

Рассматривали вопрос о влиянии размера гранул природного ^сорбента на эффективность осушки. Путем дробления и рассева входной породы приготовили три фракции: I - 2мм; Z - Змм; 3 - 5<м. с загружали в адсорбер высотой 800 мм и испытывали при полуцик-i 3 мин и давлении 0,5 МП а по осушаемому газу." Результаты опытов фэботаны в координатах ün-fn С - iftd и представлены на рис.4.

2.0 1.3 1д и

16 1.5

Рис.4. Зависимость d.MM в-з-5; О - I - '¿; X - 2 - 3.

а.и о.а iг g 1.6 &&

- 10 - •. •. Все прямые рисунка 4 параллельны, а тангенс угла их наклона равен 0,16. В литературе для этой зависимости дается цифра порядкг 0,8 + 1,0, что в соответствии с теорией процессов КБА. отвечает нормальной диффузии адсорбтива в гранула адсорбента. Существенш расхождение наших данных с результатами', опубликованными в литература не моясьт быть объяснено грубой оценкой размера использованных частиц. По нашему мнению, она. связана с разным механизме!, переноса воды.в частицах природного (глины) н синтетического (силикагеля) адсорбентов.

Синтетические адсорбенты такие, как цеолиты и активные ут часто рассматривают в качество билорлстых структур. Перенос ве-щэства в них*может определяться сопротивлением либо первичных, либо вторичных пор. В первом случае процесс не зависит <?т размера гралул адсорбента, но определяется размерами, характеризующим элементы первичной пористобти: кристаллит для цеолита и зона мин ропористости для яктивньга углей. В отлично от других синтетических адсорбентов, в силикагеле не учитывают разные типы пористости, что БИД13ДС, связано с равномерным распределением пор разного размера в толща адсорбента. Таким образом, в силикагеле определя щиЯ размер - диаметр гранулы и показатель степени рассматриваемо зависимости близок к единице.

Природные сорбенты типа глин ло своей структура ближо к син тетическим бипористым адсорбентам'. Можно принять, что первичная пористость в них образована порами диаметром 0,1 им и 1.1 + 1,5 им, пронизывающими пакеты, например, монтмориллонита. Вторичная пористость - это зазоры между регулярно и хаотически упакованными пакетами. Полученный нами результат означает,, что при внутри-днфруз ионном протекании процесса КБА он определяется не столько д»ЭД>уэионным сопротивлением вторичных пор, сколько сопротивлением пор внутри зоны ыикропористости - пакета. При таком механизме эффективность процесса будет или. слабо зависеть от размера частиц, или в предельном случае на зависеть от них вообще.

Изучено влияние давления на эффективность процесса. Опыты проведены в адсорборо высотой 600 мм при использовании фракции адсорбента размером 2-3 мм. Интервал варьирования составил 0,3 - 0,7 1.'.Па. Экспериментальные результаты обработали в координатах Дптг С- . Тангенс углп наклона пртмых при давлениях равных

- п -

3 - 0,6 и 0,7 Ш1а соответственно равны 0,4; 0,11; 0,26. Такгм разом, мм не наблюдали систематического изменения тангенса уг-наклона прямых в,зависимости от давления. Это можно трактовать к несущественное (з пределах точности опытов) влияние давления эффективность процесса.

Данные, характеризующие влияние длительности полуцияла, бы-' получены на экспериментальной установке при Р = 0,5 МПв. Знания "1} варьировались в пределах от 1,5+10 мин. Обработку ръоуль-гов, которые представлены на рис.5 провели в координатах ¿даС-^И

Как видно из рисунка, прямые отвечающие разным скоростям раллельны, а их тангенс угла наклойа составляет 0,4.' Это знэче-э близко 'к литературному значению: 0,5. Совпадение показателя зпени в зависимости степени о'сушки от времени для силикагелей 7лины при расхождении показателей степени при всех других пара-грах не является удивительным,- так как очевидно, что время не 1яет на лимитирующий механизм переноса вещества.

О

,6 .6 м

Рис

з.5. Зависимость ,&1Й1 С - ¿ЬТ

м3/ч:

® - 6,3 о - 0,0 X - 10,0

<0.1. аз 12 I;6 2.0 2.4 .Ип*С

Основное уравнение короткоцикловой безнагревной адсорбции, ■ которого вытекает вид приведенных'ранее частных соотношений тся, согласно литературным данным, следующим соотношением:

г -((„ Тп.^.а"- ?аг (4)

: С ', С„ - остаточная и исходная концентрация адсорбтива в потоке;

Н0- эмпирический коэффифиент пропорциональности для : выбранного адсорбента, зависящий также от темпера-

туры;

- к -

Тп - время пребывания газа в адсорбере;

- длительность полуцикла;

<1 - диаметр частиц адсорбента;

- эмпирические показатели степени.

Эта форма уравнения хорошо соблюдалась в наших опытах. В соответствии с ранее обсужденными зависимостями следует принять, что Ш = -<0,4 + 0,5); О = -0,15; % = 0.

В связи с этим уравнение (4) принимает следующий вид: о П '{оА~о.5) -0.15

-а <5>

Задачей последующих расчетов явилось определение коэффициента К0 и уточнение показателя степени при времени полуцикла. Данные расчетов для Ш= -0,5 представлены в таблице 2,

Таблица 2

Параметры уравнения 5 при Ю = -0,5

Расход!Давле!Вромя!Время!Диаметр! !Экспе!Расчет!Абсолют!0тно-

возду-!ние,%1пребы)полу-!зерна, 1 у !римен!ное !ная по-1ситель

ха, &• I ата !вания1цикла! Н , ш! л !таль-1л, с !греш- 1ная по

м*/2 ! 'Тп» с!ф мин! I !ное, ■ 1ность 1греш-

м/<: I ! IГ ! ! ЩС/Ы ■ '' ! 1ность

5 2,3 3 2,5 0,8 -2,6 -1,7 0,9 0,3

5 . 3,4 - 3 2,5 1,2 -2,8 -2,5 0,3 0,1

6,3 5 4,4 • 3 2,5 1,6 -3,1 т3,3 0,2 0,66

5 5,6 3 2,6. 2,1 -4,0 -4,1 0,1 0,02

5 1.0 3 . 2,5 . 0,6 -1,8 -1,3 0,5 0,2

5 2,7 3 2,5 1,о- -2,3 -2,0 0,3 • 0,1

0 5 3,5 • 3 2,5 1,3 -2,9 -2,.6 0,3 0,1

5 4,4 3 2,5 1,6 -3,2 -3,2 0 0

5 1,4 3 2,5 0,5 -1,3 -1,0 0,2 0,1

5 2,1 3 2,5 0,8 -1,7 -1,6 0,1 0,06

10 5 2,8 3 2,5 1,0 -2,3 -2,0 0,3 0,1

3,5 о о 2,5 1,3 -3,0 -2,6 0,4 0,1

По .чнпчениям столбцов таблицы.2 построили зависимость X где: X = "1п ' И т с1 п( которая показана на рисунке б.

По тпнгснслм углов наклона соответствующих прямы/, на кото-рго хор.тпо л.тгли ок^перимснтальниа точки, определили коэффициенты ург-'н1!;!':! л!>% при выбранных значениях " Щ ".'

)ни равш: ГЛ = -0,4; К = 1,4 м-сек-0'5, т = -0,5; К0 = 2,0 »•сек-®*^. Среднее остаточное отклонение расчетных и зксперимен-гальных значений малозначимы, поэтому окончательно приняли 1П = -0,5, что лучше согласуется с теорией процесса.

А

-2 -3 -и -5 -6

Н

Рис.б. Зависимость ; 9 - 6,3 м3/ч;

о - 6,0 м3/ч; X - 10,0 м3/ч.

-£

• 3 -А -5

см

В главе 5 (Осушка диоксида углерода методом КБА) изучена сушка диоксида углерода. Ранее для осушки этого газа использовав и адсорбционные процессы с нагревной регенерацией адсорбента, течественный и зарубежный опыт применения процесса с безнагрев-ой регенерацией для него, следовательно, отсутствует.

* Распространение безнагревного процесса осушки на диоксид глерода было связано с ситуацией, сложившейся на заводе "Узбек-иммаш". Этот завод расположен рядом-с ПО "Электрохимпром", ко-орое выбрасывает в атмосферу 'значительное количество диоксида глерода, являющегося экспан.зерным газом в производстве аммиака, а "Узбекхиммаше" экспанзерный газ применяют в качестве защитной рады при полуавтоматической сварке'металлоизделий. Однако, свара в среде экспанзерного газа из-за наличия парой воды протекала лохо.

Опыты по осушке чза были проведены в следующих условиях: лсота слоя адсорбента 800 мм, длительность полуцикла 3 мин, ээффициент избытка обратного потока 1,2. В качестве адсорбента начале использовали палыгорскитовую глину месторождения Топкок. эзмер гранул а^^орбента составлял 2 - "3 мм. Остаточное содержаще воды в осушенном газе определяли прибором "Байкал".

Опыты по осушко сжатого диоксида углерода на установка ¿СБА, эгрутпнной природным сорбентом, дали отрицательные результаты.' зчка росы газа, спустя небольшой период после выхода установки

на стабильный режим, начинала возрастать и достаточно быстро достигала предельного значения для анализатора " Байкал" - значе' ния (-20°С). . ■

Причинами отрицательного эффекта могут являться: I) конкурентная адсорбция паров воды и диоксида углерода; 2) замедленная диффузия паров воды в микропористую структуру палыгорекита из среды диоксида углерода.

Для технического решения проблемы осушки диоксида углерода и выяснения причин, обуславливающих- непригодность природного сорбента, провели опыты, в которых использовали силикагель КСМГ. Условия опытов были такими же, как в опытах с глиной. Размер частиц силикагеля составлял 3+5 мм. Результаты представлены в таблице 3 для диоксида углерода и воздуха.

Таблица 3.

Осушка воздуха и диоксида углерода силикагелем

Среда \ Н , мм 1 \/ , м/мин 1 -г ! Т , с 1 С , ррт

л 1000 16,2 3,7 290

со, 000 10,8 4,4 250 ' '

600 4,1 8,9 125

400 2,7 8,9 75

1000 16,2 3,7 102

ВОЗДУХ 800 10,8 4,4 ' 100

600 ■ 4,1 8,9 . 60

400 2,7 8,9 ; . 20

При всех временах прибьгвания осушка воздуха протекает значительно эффективнее, чем осушка диоксида углерода. Тем не менее, глубокая осушка диоксида углерода методом 1(ВА при использовании силикагеля К(ИГ оказалась возможной, что выгодно отличает синтетический адсорбент от сорбента природного.

При скоростях, равных и превышающих примерно 10 м/мин при осушке воздуха силикагелем процесс лимитируется внутренней диффузией. Условно пологая, что этому значению скорости отвечает . значение критерия : = 50, где

а. >•<* •

Фа

( 6 )

- 15 - '

При адсорбции силикагелями определяющим видом знутри-диффузнон-Ного переноса является нормальная диффузия в транспортной системе адсорбента. В этом случае,между Da и D(1, где - коэффициент диффузии^в основной фазе,имеется линейная корреляция.

Для этого случая условия постоянства критерия 6l для воз-пуха и диоксида углерода запишутся так:

= idem

Dk НИ ■ 7 5

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

Запишем значение jjr из критериального уравнения обычного

( 8 )

где: » •

Д . П ,т. - константы, причем 0,5 0,8 о'йсюдэ рг :

1оставим уравнение (9) в (7) •

( У'-сГ-П £ _ ( Vис1" Г) I

\ г / '& - \ Рп / а

1осле исключения с1 как параметра, независящего от типа осушающей среды, имеем

/равнение (10) определяет "точку" перехода к вцутридиффузионному процессу дл.я диоксида углерода по известной точке ( V = Ю м/ыин) цля воздуха. Определим у .

V = • -Ж. = 5,3 ы/мин

* .9,8. 161

где: 10 м/мин - условная переходная точка для воздуха; 9,8 кг/м3- плотность СО-, при 0,5 !Д1а;

6,4 кр/м3 " то же для воздуха;

101-10"^ пз - вязкость воздуха;

■ 148-Ю-6 пз - то же для С02.

Таким образом, при У = 5,3 м/мин можно предполагать,что 1 цесс КБА протекает в области близкой к внутридиффузионной и пр осушке диоксида углерода.

Определили пригодность уравнения КБА (4) для случая осушки диоксида углерода. Из вида уравнения КБА следует, что уравн ние работает, если соблюдается соотношение:

( II

где индексы "I" и "2" отвечают разным временам пребывания. Под становка конкретных значений в (6) дало практически совпадающге результат.

Среднее значение " К " для системы "диоксид углерода - па] воды - силикагель" составляет К = 1,6-10 м-сек ' . Среднее значение "К" для системы "воздух - пары воды - силикагель" составляет- 2,1-10"^ м-сек~^'^. Коэффициент К связан с физическими свойствами системы следующим соотношением:

н * ( 12 ]

где: Г - коэффициент Генри для адсорбции вода:; Ва - коэффищ ент диффузии воды в порах адсорбента, который пропорционален коэфф тенту нормальной диффузии.

Примем, г.то коэффициент Генри не зависит от типа среды. Тогда отношение коэффициентов К при адсорбции воды из потоков воздуха и диоксида углерода должно удовлетворить соотношению: Кеозэ _ I 3)е°зэ '

й^Г ">/в£Г

Постановка экспериментальных значений К и справочных значе ний коэффициентов диффузии воды в среде воздуха и диоксида углерода дает значение 1,31 и 1,25 соответственно для правой и ле вой частей уравнения. Совпадение цифр почти тождественное, что позволяет заключить о крайне слабом влиянии диоксида углерода н равновесную адсорблруемость паров воды силикагелем.

" С учетом этого результата можно вернуться к вопросу о причинах непригодности глин для осушки диоксида углерода.

Нет никаких оснований предполагать, что в случае ПалыгорскИ-ровой глины влияние диоксида углерода на равновесную йдсорбируе-юсть воды будет иным, чем в случае силикагеля. Тогда из двух ¡ыдвинутых гипотез о причинах непригодности природного сорбента 1ля осупки диоксида углерода более предпочтительной оказывается (торая: медленная диффузия молекул воды в среде диоксида углеро-,а. Причиной её в свою очередь-может являться то, что в среде иоксида углерода вода находится в ассоциированном с диоксидом • глерода виде. Примером простейигего аесоциата служит угольная ислота. Размеры ассоциированных молекул, естественно вше, чем вободных, и шчичие в глинах узких пор создает для их движения зк называемый частичный ситовой эффект. Мелкопориетый силикагель рассматриваемом смысле является сорбентом с порами доступного ззмера. .

Глава б диссертации носит название "Результаты внедрения :упкн углекислого газа мете,ом НВА на заводе "Узбекхимм'ап".".

В ней приведены характеристики объекта внедрения. Затем юсмотрена предлагаемая нами схема осупки.

Газ, поступающий на площадку завода, сжимается, охлаждается сепарируется. После этого он поступает в установку НБА. Про,путный газ установки КБА возвращают на вход компрессора и, такт разом, он циркулирует монду компрессором и установкой ¡{БА. Осу-11ШЙ газ с точки росы -40°0 поступает в ресивер и далее рас--оделяется по цехам и рабочим местам. Опыты, описанные в главз были выполнены на лабораторной установке, которая по свок.1 сштабам практически удовлетворяла потребности завода "Узбек-лмаш". Поэтому выполненные эксперименты можно рассматривать •с опытно-промыяленную проверку метода в условиях производства, результатам опытов выбрали к установке серийно выпускаемую гзновку осушки воздуха КВА-7. Пробные пускп подтвердили возмок-:ть использования этой установки для осупки углекислого газз ¡на была введена в регулярную эксплуатацию. Креме самой установим осуществили ревизию трубопроводов и ресивера сухого газа ■беспечили,условия, исключающие их завлахнениэ. "

Использование централизованной осупки углекислого газа на оде резко сократило брак и затраты на его исправление и перз-т. Кроме того, на заводе произошло значительное сокращение ктроэнергии и снижение расхода силикагеля. Экономическая оцен-реализации схемы приведена в расчете годового экономического

эффекта, составленного заводом "Узбскхшмаи". Он равен 7,7 т рублей. Документы, подтверждающие внедрение разработки и её фективность, приведены в приложениях к диссертрцпи.

В U В О Д Ы

1. Определены изотермы адсорбции воды на девяти образца природных адсорбентов Средней Азии: оиоковидних глинах, бент тах и клиноптилолите. На всех адсорбентах, кроме клиноптилол изотермы имели £ -образпуп форму и при относительных давлен более низких, чем 0,3 - 0,4, описывались уравнением ЮТ. 0пр> лены удельные поверхности адсорбентов и распределения пор по радиусом.

2. Изучена динамика фронтальной адсорбции воды на восьш образцах природных адсорбентов. Выходные кривые, в соответст! с типом изотермы, имели 5 -обратную форму; ремм параллельш переноса фронта сорбции в изученных системах не наблюдался.

3. Изучен процесс осушки воздуха методом короткоциклово!: беэнагревнои адсорбции на природных сорбентах Средней Азии. Г казано, "что лучшим адсорбентом - осушителем является палыгорс товал глина месторождения'Топкок. По своим свойствам в интерн остаточных влагосодерианпи 100 ррп и выше она уступает мелкол ристым силикагелям, но превосходит псе другие испытанные нами синтетические и природные адсорбенты. Эффективность этой глин объяснили сравнительно высокой равновесной активностью по пор воды и Низкой к линейной формой изотермы адсорбции.

4. Определены лимитирующие стадии короткоциклового проце са осушки воздуха палыгорскитопои глиной. Показано, что пе'оав симо от величины остаточного влагосодер.капия процесса огуяки протекает но внутридиффузионном режиме, если скорость потока составляет примерно 10 м/мин и выпе. При более низких скорост. процесс протекает в переходной диффузионной области.

Ь. Изучили влияние размера фракции палыгорскитовой глины на эффективность процесса осупжи. Установили, что несмотря на Ш1утридиффуз ионный характер процесса (10 м/мин и оолее), степ< осушки от размера частиц зависит слабо. Это мо::;ат быть связан! с тем, что структурой, определяющей скорость переноса веществ; в частицах породы является зоны микрспориетостп, дисперсность которых но зависит от дисперсности самих частиц.

- 1У -

6, Изучено влияние давления и длительности полуцикла па ектпвноеть осуики. Соотношение, характеризующее зависимости активности процесса от этих параметров, согласуется с выска-нши ранее соображениями о люштируюцеи ыохашг-ме переноса.

7. .Получено эмпирическое уравнение, обобщающее результаты тов:

(1С ' ^ ^ - О 5 , -ОЛ5

к £ _ \L Тп • Ъ • d

í) Ьо

[>. Показано, что палыгорскитсвая глина ье пригодна для ccyrj-уюксида углерода методом IffiA, т-м как вода в диоксиде углеро-1редполо:чятельно находится ,i форме кислых комплексов ( H¿0 ■

), расмеря которых коклычаыт косиоуность их бнстрсП ш.тра-п микропорах.

Показано, что зИзкткшз! осудито леи дкоксида углерода в diüix iQ'-A яоляютсн ньякспсристпЛ силикэголь KG.5, размер пор рп.с существенно чем рездор и;::срспср в палигорекптовей

е.

íi. На Узбекском заводе эпического малтостроеиил ирозедош ¡are испытания процесса ccy¡ü.«i дпсдсяда углорэдо нетсдс.ч ¡ТА /щестьлепо внедрение процесса, получен продукт, соотсстствуп-терпему сорту ГОСТа ¡L0M-85.

При сварка металлоизделий в среде осушенного газа улучшилось ;тно сварного пса и уменьшилось разбрызгивание олзктрода. :ыический аффект от внедрения процесса осуики диоксида угле-на заводе "Узбекхнымзп" составил 7,7 тыс.рублей з год.

Основное сслац-ланпе- диссертации изложено п счз.лутаих публя-х:

I. L1.Í.1.Осипов, К.В.Калмыкова, Л.X.Мансуров. К моделированию чеек!гх адсорбционных процессов. Доп.рукопись ВИНИТИ, 9 отр.

А.Х.Мансуров, Е.В.Калмыкова, Л.В.Колбанцев, й.Л.Кзлпн, ябоиа, М.М.Л'сипоз. Расчет циклических иассообмешых процес-пепедзп^нем слое зернистого матзр.пла. ТагЛИ,' пзучно-техни-i конференция "Наука-производству'.'. Тознсы докладов. Чкрчик с. 46.

í. А.X.Мансуров, М.М.Осипов. Исслздозчипз процесса с-угко :а с применением природных ссрбентсо Узбекистана. Тезисы

докладов Всесоюзного совещания "Повышение эффективности и надежности машин и аппаратов в основной химии". Сумы,-1986, секция 4,

4. А.Х.Мансуров, М.М.Юсипов, Ю.И.Шумяцкий, О.В.Мойсейчук, С.З.Муминов. Динамика адсорбции паров воды в неподвижном слое бентонитовой глины. Депонированная рукопись №897 ВИШГГИ, 198Э, 10 стр.

5. А.X,Мансуров, М.М.Юсипов. Повышение эффективности установок КБА с применением природных адсорбентов УзССР. Тезисы докладов Всесоюзного совещания "Повышение эффективности и надежности масин и еппаратоэ в основной химии". Сумы, 1989.

6. Осушка сжатых газов природными адсорбентами Узбекистана. А.Х.Мансуров, М.М.Юсипов. ТашПИ, научно-техническая конференция "Наука-производству". Тезисы докладов. Чирчик, 1988.

Подписано п печать — Zi {Р.Э/т. Формат бумаги 60X84'/,,. Бумага типографская К» 1. Печать «РОТАПРИНТ». Объем ■/ (?. Тираж /00 ^ Заказ

Типография издательства «Фан» АН УзССР. 700170-. Ташкент, пу. Л\. Горького, 79.

с. 187