Влияние макроструктуры слоя адсорбента на эффективность разделения газовых смесей

• Автор: Макеев, Евгений Анатольевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 128 с. : ил.

Содержание
Введение

1. Литературный обзор.

1.1. Разделение газов при помощи адсорбции

1.1.1. Промышленные методы разделения газовых смесей

1.1.2. Термодинамическая эффективность процесса короткоцикловой адсорбции

1.2. Свободноконвективные течения в химикотехнологических системах

1.3. Массопсренос в слое адсорбента

Выводы из литературного обзора.

2. Конвективная неустойчивость фронта адсорбции

2.1. Фронт адсорбции.

2.1.1. Развитие фронта адсорбции.
2.1.2. Стационарный фронт адсорбции
2.2. Линейная теория устойчивости
2.2.1. Система уравнений, описывающая движение газовой смеси в поле сил тяжести. .
2.2.2. Задача на собственные значения
2.2.2.1. Адсорбционный критерий Архимеда.
2.2.3. Метод Галеркина, полиномы Эрмита
2.2.4. Результаты численного расчета.
2.2.4.1. Нейтральные кривые устойчивости. Минимальное критическое значение адсорбционного критерия Архимеда
2.2.4.2. Вихревая структура критических движений газа.
2.2.5. Исследование устойчивости фронта адсорбции
2.2.5.1. Влияние физикохимических, конструкционных и режимных параметров на устойчивость фронта адсорбции
2.2.5.2. Влияние скорости газа на конвективную устойчивость адсорбера заданного диаметра.
2.2.6. Две формы представления критерия конвективной неустойчивости
3. Экспериментальное определение коэффициента дисперсии и ширины фронта адсорбции
3.1. Описание экспериментальной установки и методика проведения эксперимента.
3.2. Результаты экспериментального исследования
3.3 Обработка экспериментальных данных.
4. Рекуперация энергии потока сбросового газа и повышение чистоты продукта за счет энергии этого потока.
4.1. Влияние рекуперации энергии сбросового газа на термодинамическую эффективность процесса короткоцикловой адсорбции.
4.2. Повышение чистоты продуктового газа за счет энергии сбросового газа.
4.2.1. Влияние относительного перепада давления на чистоту продукта
4.3. Оценка продолжительности стадии десорбции
Список используемой литературы


Благодаря этому длительность цикла может быть очень небольшой, что обеспечивает высокую производительность процесса разделения и связанную с этим важнейшим фактором широкую распространенность процесса короткоцикловой адсорбции в промышленности. Процесс короткоцикловой адсорбции впервые был запатентован в г , и нашел широкое распространение при разделении воздуха и других газовых смесей. Установка, работающая по принципу короткоцикловой адсорбции, включает два или большее количество аппаратов, рассчитанных на эксплуатацию при повышенном давлении и содержащих подходящий адсорбент, а также трубную обвязку, систему автоматического переключения потоков и контрольноизмерительных приборов. В нормальном рабочем режиме один слой адсорбента подключен к компрессору, нагнетающему исходную газовую смесь. Благодаря тому, что адсорбент обладает избирательной сорбцией к компонентам газовой смеси, имеет место адсорбция более сорбируемого компонента. Одновременно с этим, второй слой адсорбента подключен к системе сброса газа и в нем происходит регенерация адсорбента. Иногда, частьочищенного продуктового газа после снижения давления направляется в слой адсорбента, работающего в режиме десорбции для активизации процесса регенерации адсорбента режим продувки. Стадии сброса газа и повышения давления с помощью продуктового газа, могут быть организованы различным образом. Пусть в обоих случаях исходная газовая смесь подается в сечение А слоя адсорбента Рис. Рис. Возможные способы организации стадий сброса и повышения давления. А, В торцевые сечения слоя адсорбента, 1 поток исходной газовой смеси, 2 поток сбросового газа, 3 поток продуктового газа на стадии повышения давления. Сброс газа и повышение давления за счет подвода продуктового газа можно производить либо через сечения В и А Рис. А и В Рис. В работе показано, что для получения более чистого продукта предпочтительна организация потоков, соответствующая Рис. На практике, когда целевым продуктом является менее сорбируемый компонент, реализуют именно такую структуру потоков. В то же время, когда целевым продуктом является более сорбируемый компонент, оптимальным является использование обоих способов организации потоков, представленных на Рис. Так, при разделении смеси пропанпропилен, целевым продуктом является пропилен, обладающей большей константой адсорбции на цеолите 4А, таблетки которого используются в качестве адсорбента при разделении указанной смеси. В работах , исследуется 5стадийный процесс получения пропилена чистоты из смеси пропилена, пропана и азота. I стадия повышения давления от 0. II подвод исходной смеси при 5 бар длительностью 0 с, III выход продукта при высоком давлении, разбавленного азотом, длительностью 0 с, IV сброс газа в течение с до промежуточного давления в 0. V выход продуктового газа пропилена с чистотой при давлении 0. Близкий к рассмотренному процесс разделения смеси пропиленпропан исследован в с тем лишь различием что стадия II проводится не при высоком, а при промежуточном давлении. В исследуется разделение этой же смеси с помощью адсорбента, выполненного на основе каучука с образованием гкомплексов. В тоже время, для повышения эффективности стадии десорбции необходимо удерживать температурный фронт внутри слоя адсорбента это связано с тем, что при выходе температурного фронта из слоя будет потеряно тепло, которое могло бы быть использовано на стадии десорбции. Следует заметить, что при очистке водорода, поступающего после парового риформинга метана , в вертикальном адсорбере возможна реализация инверсного по плотности распределения газовой смеси, в результате чего возможна потеря конвективной устойчивости фронта адсорбции, однако авторами этот вопрос не рассматривается. По мере широкого распространения совершенствовались различные аспекты короткоцикловой адсорбции. С целью сбережения энергии на стадии заполнения слоя адсорбента продуктовым газом в работах ,, предложены различные варианты выравнивания давления в обоих адсорберах. Суть метода выравнивания давления состоит в следующем. Рассмотрим установку для разделения газовой смеси, включающую два адсорбера Рис. Рис. Схема реализации стадии выравнивания давления.