Макрокинетика и математическое моделирование адсорбции воды на композитных адсорбентах

• Автор: Громов, Антон Павлович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 145 с. : ил.

Введение

Список принятых обозначений.

Часть . Литературный обзор.

1.1. Адсорбционнодесорбционные циклы для получения холода

1.2. Рабочие пары адсорбции

1.3. Селективные композитные сорбенты воды.

1.4. Макрокинетические особенности процесса адсорбции

1.5. Влияние несорбируемого компонента.

1.6. Выводы
Часть II. Макрокинетическая модель адсорбции воды на композитном адсорбенте, учитывающая взаимообусловленность совместного тепло и массопереноса в зернах адсорбента и присутствие несорбируемого компонента в газовой фазе
2.1. Предварительный анализ экспериментальных данных по динамике адсорбции воды на композитном адсорбенте.
2.2. Основные уравнения макрокинетической модели.
Часть III. Моделирование динамики адсорбции воды, инициированной возмущениями температуры адсорбента или давления пара, и определение макрокинетических параметров из экспериментальных данных.
3.1. Моделирование экспериментов, в которых адсорбция и десорбция инициировались быстрым изменением температуры подложки.
3.2. Моделирование экспериментов, в которых адсорбция инициировалась быстрым изменением давления водяного пара
3.3. Моделирование экспериментов, в которых адсорбция инициировалась быстрым изменением температуры подложки и протекала в присутствии несорбируемого компонента
3.4. Выводы.
Часть IV. Оптимизация адсорбционнодесорбционных холодильных циклов, использующих солнечную радиацию или низкопотенциальную теплоту для регенерации адсорбента
4.1. Математическое моделирование адсорбционнодесорбциопного холодильного цикла с использованием солнечной радиации на стадии десорбции.
4.2. Математическое моделирование адсорбционнодесорбционного холодильною цикла с использованием жидкого теплоносителя на стадии десорбции
4.3. Выводы
V. Общие выводы
Благодарности
VI. Цитированная литература
Введение
Актуальность


При испарении в испарителе поглощается теплота, что ведет к охлаждению холодильной камеры, а теплота, выделяющаяся в адсорбере при адсорбции, рассеивается в окружающую среду. После завершения адсорбции необходимо провести регенерацию адсорбента десорбцию. Адсорбер соединяют с конденсатором и нагревают, что приводит к десорбции. Пар адсорбата из адсорбера по газовой фазе переносится в конденсатор и после конденсирования жидкий адсорбат возвращается в испаритель, а выделяющаяся при конденсации теплота рассеивается в окружающую среду. Регенерированный адсорбент вновь используется для адсорбции. На рис. Рис. Термодинамический цикл адсорбционной холодильной машины. Для идеального термодинамического цикла при известных температурах источника теплоты Ти, окружающей среды 7. Тх величину СОР можно представить, как
Идеальная схема реализации цикла, приведенная на рис. СОР, равную единице, когда количество тепла, подведенного к адсорбент на стадии регенерации равно теплоте, отобранной из испарителя на стадии адсорбции, однако изза потерь в реальных условиях реализации цикла холодильный зффесг всегда будет ниже. При температуре испарителя Тисп 3 С, что позволяет использовать в качестве рабочего тела воду, и температуре конденсатора Ткоыд С типичные значения температуры воздуха в жаркий летний день для регенерации некоторых типов адсорбента достаточно иметь на стадии регенерации температуру С. Это позволяет использовать в качестве источника теплоты солнечную радиацию с помощью относительно прост,х приемников солнечного излучения без концентрирования солнечной радиации или низкопотенциальное тепло, получаемое в качестве побочного продукта во многих технологических процессах нефтехимическая промышленность, мусоросжигающих заводы или на транспорте выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания ,. Отдельно следует отмстить возможность создания комбинированных гибридных схем, в состав которых входят АХМ и получившие в последнее время широкое распространение когенераторные установки на природном газе, обеспечивающие выработку тепловойи электрической энергии . Возможно также использование энергии геотермальных вод. Адсорбционнодесорбционные циклы могут быть основой теплового насоса, использующего, например, теплоту морской воды для систем обогрева. При этом СОРтн достигает значения 1. СОРти 1СОРхл, что позволяет существенно снизить затраты на отопление. К преимуществам АХМ относится то, что в них не используются хлорфторуглеводороды, которые, предположительно, являются главными виновниками разрушения озонового слоя. Кроме того, АХМ не нуждаются в электроэнергии и не содержат движущихся частей, вследствие чего они бесшумны и практически не нуждаются в регулярном техническом обслуживании. Схема реальных прототипов АХМ отличается от схемы, приведенной на рис. Это связано с тем, что в схеме, приведенной на рис. СОР 0,,6, в зависимости от типа адсорбента и рабочих температур , , ,. В последнее время анализ химикотехнологических систем, основанный на втором законе термодинамики, приобретает вс возрастающее значение . Основные идеи термодинамики реальных систем рассмотрены в работе И. Пригожина и Д. Кондепуди . Заметим, что при исследовании термодинамической эффективности адсорбционнодесорбционных циклов следует различать устранимые потери от принципиально неустранимых потерь, обусловленных, в частности, масштабом явления . Для этого цикла характерен большой температурный градиент в адсорберах по направлению течения жидкости тепловая волна, которая с течением времени движется вдоль адсорберов по направлению течения жидкости. При этом могут применяться как два протяженных адсорбера, так и несколько отдельных адсорберов, между которыми существует разница температур . СОР достигает 0,7 при Тнагрева С, Рокр. С и аждения С. ПрИ Тнагрева 0 С, Токр. Пары хладагента высокого давления прямо нагревают или охлаждают адсорбент, чтобы получить высокую плотность потока флюида. За малые промежутки времени слой сорбента нареваетея или охлаждается до заданной температуры.