Сорбционные процессы


Расчет к подразделу 2.6.2



Download 2,32 Mb.
Pdf ko'rish
bet49/76
Sana22.07.2022
Hajmi2,32 Mb.
#838603
TuriУчебное пособие
1   ...   45   46   47   48   49   50   51   52   ...   76
Bog'liq
Adsorbcija i adsorbcionnye proces

Расчет к подразделу 2.6.2 
Р.28.Рассчитать продолжительность охлаждения слоя цеолитов, 
помещенных в цилиндрический адсорбер, радиусом r
ср
= 0,05 м. Длина 
адсорбера значительна, теплопроводность материала стенок бесконечно 
велика. В начальный момент времени адсорбер, имевший температуру Тн = 
200 ºС, быстро помещен в среду, в которой поддерживается температура Т* = 
20 ºС. Процесс охлаждения считать завершенным в тот момент времени, 
когда температура на оси слоя (n = 0/r
ср
= 0) достигнет значения Т = 30 ºС 
Физические свойства слоя: ρ = 600 кг/м
3
– насыпная плотность 
зернистого слоя цеолитов, Н = 1 кДж/кг.К - теплоемкость зернистого слоя 
цеолита. Теплопроводность зернистого слоя, подобно насыпной плотности и 
теплоемкости, существенно ниже, чем цеолита - монолитного материала; она 
примерно равна 0,5 кДж/м.К.ч. Коэффициент теплоотдачи на границе «газ-
стенка» можно принять равным α = 20 кДж/м
2
К.ч. 
1.Определим параметр m: m = λ/αr
ср 
= 0,5/20.0,05 = 0,5. 
2.Определим конечную относительную температуру: У = (Т* - Т)/(Т* - 
Тн) = (20 – 30)/ (20 – 200) = 0,05. 


114 
Рис.2.21. Номограмма для расчета теплопроводности в цилиндре 
бесконечной длины (Дж. Перри, Справочник инженера – химика, т. 1, 1969 г., 
Л., «Химия»).
3.По номограмме рис.1.45 найдем, какое значение Х отвечает 
вычисленным значениям У, m и n. (Соответствующие построения нанесены 
на номограмму): Х = 1,4. 
4.Определим продолжительность охлаждения: t = ХρНr 

ср
/λ = 
1,4.600.1.0,05
2
/ 0,5 = 4,2 ч. 
2.6.3.Технология двух процессов
 
 
 
Концентрирование диоксида углерода.
Концентрирование 
диоксида углерода – очень распространенная операция, но выполняется она, 
как правило, с использованием жидких щелочных поглотителей. 
Единственным приложением адсорбции является очистка атмосферы 
обитаемых космических объектов, когда применение жидких поглотителей 
из-за невесомости становится затруднительным. 
Диоксид углерода попадает в атмосферу этих объектов как продукт 
жизнедеятельности космонавтов. Его предельная концентрация в атмосфере, 
обеспечивающая комфортное состояние людей в длительных полетах, 
принята равной 0,3 - 0,5 %. Поэтому воздух кабины непрерывно или 
эпизодически направляют в поглотительный патрон, например, с цеолитом, 
который эффективно поглощает нежелательное вещество. Очищенный 
воздух, выходящий из патрона, возвращают в атмосферу кабины 
космического корабля. 


115 
Поглощение диоксида углерода цеолитом идет только в условиях 
практического отсутствия в газе паров воды ( точка росы – 50 ºС и ниже). 
Потому до введения в цеолит воздух осушают. Для осушки, как правило, 
применяют силикагель. 
Адсорбенты подвергают термической регенерации. Диоксид углерода, 
выделение которого сопровождает нагрев, следует получить в виде чистого 
газа ( не менее 98 % СО
2
). Наличие макрокомпонентов воздуха (кислорода и 
особенно азота) в нем крайне нежелательно. Эти газы накапливаются в 
контуре переработки диоксида углерода и контур, по мере их накопления, 
приходится сообщать с космическим пространством. Газы контура 
рассеиваются в космосе, а их содержание в атмосфере кабины приходится 
пополнять из бортовых запасов этих газов. Концентрация диоксида углерода 
в десорбате, таким образом, определяет длительность пребывания корабля в 
космосе. 
(Переработку диоксида углерода, выделенного из атмосферы кабины, 
осуществляют по реакции Сабатье: 
СО
2
+ 2Н

↔ С + 2Н
2
О. 
Углерод выводят из цикла и консервирует; а воду подвергают электролизу, 
возвращая водород в контур переработки диоксида углерода, а кислород в 
атмосфере кабины).
Для нагрева цеолита и десорбции диоксида углерода применяют один 
из вариантов косвенного нагрева: с помощью введенных в слой 
электронагревательных элементов. Для экономии энергии силикагель – 
осушитель нагревают теплом, накопленным в слое цеолита. В целом 
получается довольно сложный процесс, дальнейшее рассмотрение которого 
целесообразно провести по схеме. Фрагмент схемы и циклограммы 
приведены на рис.2.22. 


116 
Воздух на
очистку
C
O
2
на переработку
К в/насосу
В кабину
В кабину
5
4
2
3
1
9
8
6
7
Регенерация
Охлаждение
адсорбция
Регенерация
Охлаждение
Адсорбция
Простой
Осушка
Простой
Нагрев
Десорбция
Охлаждение
Осушка
Простой
Нагрев
Десорбция
Охлаждение
Простой
1
2
3
Рис.2.22.Фрагменты схемы и циклограммы для потенциально 
возможной установки концентрирования диоксида углерода в космических 
кораблях. 
На рис.2.22: 1 – адсорбер с цеолитом для поглощения диоксида 
углерода, 2, 3 – адсорберы с силикагелем для осушки очищаемого воздуха, 
цифры 1, 2 и 3 с правой стороны циклограмм - это номер соответствующего 
адсорбера. Операции, протекающие в каждом адсорбере, указаны в поле 
циклограмм. 
Будем считать, что к условному моменту начала операций цеолит в 
адсорбере 1 насыщен диоксидом углерода, силикагель в адсорбере 3 
насыщен водой, а силикагель в адсорбере 2 отрегенерирован и охлажден. 
Началу операций отвечает подача злектротока в электронагревательный 
элемент адсорбера 1. Одновременно открывается клапан 4 и система 
адсорберов на короткий промежуток времени (2-5 мин) сообщается с вакуум-
насосом. Происходит удаление воздуха из свободного объема системы и 
адсорбентов. Газы, выделяющиеся при вакуумировании, сбрасывают в 
кабину космического корабля. Закрывают кран 4 и открывают кран 5: 
диоксид углерода, выделяющийся из цеолита, поступает в контур 
переработки. В этот период времени в адсорберах 2 и 3 операции не 
осуществляются – адсорберы находятся в состоянии простоя. 
Через 30 – 60 мин после начала прогрева теплонагревательный элемент 
выключают, кран 5 закрывают, открывают краны 6 и 7 и в систему вводят 
воздух, подлежащий очистке. Он осушается в адсорбере 2. Сухой воздух 
охлаждает цеолит в адсорбере 1. Процесс охлаждения сопровождается 


117 
поглощением диоксида углерода. Горячий чистый воздух, покидающий 
адсорбер 1 в начальном периоде этой стадии «сносится» на силикагель, 
находящийся в адсорбере 3, и десорбирует содержащуюся в нем воду. В 
заключительном периоде этой стадии, после того как цеолит охладился, в 
адсорбер 3 поступает чистый холодный воздух. Силикагель охлаждается и, 
тем самым, становиться пригодным для удаления воды в следующих стадиях. 
Очищенный от диоксида углерода воздух возвращают в кабину.
Через 30 – 60 мин краны 6 и 7 закрывают и цеолит вновь подвергают 
нагреву и вновь десорбируют из него диоксид углерода. 
В стадии, завершающей этот цикл, воздух на осушку вводят через 
клапан 8 и выводят в кабину через клапан 9. Осушка воздуха идет в 
адсорбере 3. Силикагель в адсорбере 2 регенерируется. Операции 
многократно повторяют, изменяя направления движения очищаемого 
воздуха через систему адсорберов. 
В периоды простоя силикагелевых адсорберов и выделения диоксида 
углерода из цеолита очистка газа идет в параллельной системе, работающей 
со сдвигом во времени на одну стадию. 
Качество очистки воздуха от диоксида углерода из-за адсорбции его на 
горячем цеолите в этом процессе невелико. Но этот недостаток не является 
серьезным, ибо цель системы состоит не в том, чтобы очистить воздух, а в 
том, чтобы удалить из него то количество диоксида углерода, которое 
выдыхают люди. Низкую степень очистки компенсируют повышенным 
расходом воздуха, вводимого на очистку. 
Процесс осуществляют при практически атмосферном давлении. 
Температура цеолита в конце стадии нагрева составляет 250 – 300 ºC. 
Известны и другие системы этого назначения. Самым существенным 
отличием некоторых из них от системы, рассмотренной выше, является 
ориентация на хемосорбенты, которые способны к карбонат-бикарбонатному 
переходу. Такими сорбентами являются, например анионообменные смолы. 
Реакция смолы с диоксидом углерода протекает по следующей обратимой 
реакции: 
R-СО
3
+ СО
2
+ Н
2
О = R-(НСО
3
)
2
Вода, как видно из реакции, необходима для поглощения диоксида углерода. 
Ее предварительное удаление нецелесообразно. Система из-за отсутствия 
патронов с осушителем будто бы становится легче. Увы, скорость 
химической реакции сравнительно невелика, что нивелирует различия в весе 
систем с разными поглотителями. 

Download 2,32 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham:
1   ...   45   46   47   48   49   50   51   52   ...   76




Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©hozir.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling

kiriting | ro'yxatdan o'tish
    Bosh sahifa
юртда тантана
Боғда битган
Бугун юртда
Эшитганлар жилманглар
Эшитмадим деманглар
битган бодомлар
Yangiariq tumani
qitish marakazi
Raqamli texnologiyalar
ilishida muhokamadan
tasdiqqa tavsiya
tavsiya etilgan
iqtisodiyot kafedrasi
steiermarkischen landesregierung
asarlaringizni yuboring
o'zingizning asarlaringizni
Iltimos faqat
faqat o'zingizning
steierm rkischen
landesregierung fachabteilung
rkischen landesregierung
hamshira loyihasi
loyihasi mavsum
faolyatining oqibatlari
asosiy adabiyotlar
fakulteti ahborot
ahborot havfsizligi
havfsizligi kafedrasi
fanidan bo’yicha
fakulteti iqtisodiyot
boshqaruv fakulteti
chiqarishda boshqaruv
ishlab chiqarishda
iqtisodiyot fakultet
multiservis tarmoqlari
fanidan asosiy
Uzbek fanidan
mavzulari potok
asosidagi multiservis
'aliyyil a'ziym
billahil 'aliyyil
illaa billahil
quvvata illaa
falah' deganida
Kompyuter savodxonligi
bo’yicha mustaqil
'alal falah'
Hayya 'alal
'alas soloh
Hayya 'alas
mavsum boyicha


yuklab olish