Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Исследование кинетики сорбции азота и кислорода на углеродно-молекулярных ситах, применительно к АВРУ

Диссертация: Исследование кинетики сорбции азота и кислорода на углеродно-молекулярных ситах, применительно к АВРУ
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Установлено существование области значений длительности процесса адсорбции для смеси «азот-кислород» в интервале от 5 до 40с, в которой достигается максимальное значение преимущественной адсорбции кислорода по отношению к азоту на промышленных адсорбентах типа УМС. В перспективе этот факт может быть полезен для конструирования установок малой производительности невысокой чистоты. Разработанная… Читать ещё >

Исследование кинетики сорбции азота и кислорода на углеродно-молекулярных ситах, применительно к АВРУ (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
  • 1. АДСОРБЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЗОТА
    • 1. 1. Методы разделения воздуха
    • 1. 2. Разделение воздуха методом адсорбции
    • 1. 3. Классификация АВРУ для получения азота
    • 1. 4. Математическое моделирование работы АВРУ
      • 1. 4. 1. Общая математическая модель адсорбционного процесса
      • 1. 4. 2. Модель циклического процесса работы АВРУ
    • 1. 5. Цель и задачи исследования
  • 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ДЕСОРБЦИИ КИСЛОРОДА НА УГЛЕРОДНО-МОЛЕКУЛЯРНЫХ СИТАХ (УМС)
    • 2. 1. Метод и экспериментальная установка для исследования кинетики десорбции кислорода на различных адсорбентах
      • 2. 1. 1. Схема экспериментальной установки и принцип ее работы
      • 2. 1. 2. Методика проведения эксперимента
    • 2. 2. Характеристика исследуемых адсорбентов
    • 2. 3. Результаты экспериментального исследования
    • 2. 4. Оценка погрешности эксперимента
  • 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДЕСОРБЦИИ ПРИ
  • ВАКУУМНОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ СЛОЯ АДСОРБЕНТА
    • 3. 1. Методика расчета длительности процесса откачки адсорбата из слоя адсорбента вакуумным насосом
    • 3. 2. Экспериментальная проверка предлагаемой методики расчета
    • 3. 3. Расчет длительности процесса вакуумной откачки слоя адсорбента с учетом кинетики десорбции
    • 3. 4. Влияние характеристик вакуумного насоса на массогабаритные показатели адсорбционного аппарата
  • 4. МЕТОДИКА РАСЧЕТА АВРУ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЗОТА С УЧЕТОМ РЕАЛЬНЫХ КИНЕТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ПРОТЕКАЮЩИХ ПРОЦЕССОВ
    • 4. 1. Преимущественная адсорбция кислорода по отношению к азоту на адсорбентах типа УМС
    • 4. 2. Методика расчета АВРУ для получения азота с учетом реальных кинетических факторов протекающих процессов
      • 4. 2. 1. Расчет параметров слоя адсорбента на базе системы уравнений ЖЗТ
      • 4. 2. 2. Предлагаемые модели расчета АВРУ для получения азота
        • 4. 2. 2. 1. Модель циклической равновесной адсорбции с поправкой на кинетику
        • 4. 2. 2. 2. Модель циклической неравновесной адсорбции
      • 4. 2. 3. Сравнение результатов предлагаемой методики расчета
  • АВРУ с результатами расчета по известным методам
  • ВЫВОДЫ

Общий объем потребления азота и кислорода является показателем развития научного и технического потенциала страны, поэтому производство и разработка ВРУ является одной из основных задач криогенной техники. В настоящее время потребление азота в России составляет более 10 тыс. тонн в год. Полученный азот в основном идет на производство азотной кислоты и аммиака, помимо этого азот активно используется в качестве нейтрального газа на различных предприятиях. Благодаря своим свойствам азот позволяет создавать инертную атмосферу, которая необходима для некоторых видов транспортировки, хранения и производства продуктов, имеющих свойство быстро окисляться, для обработки различных металлов, которые не восприимчивы к свойствам азота, а так же для многих других производственных процессов.

Во второй половине XX века, возрос интерес к автономным установкам малой и средней производительности, проблема создания которых была решена с помощью мембранных и адсорбционных воздухоразделительных установок. Криогенная ВРУ — это скорее заводской цех по производству газов — компонентов воздуха. Она требует существенно больших капитальных затрат, а при их эксплуатации решения вопроса о сбыте продукции. Кроме того, все криогенные установки имеют жидкофазный конденсатор с большим количеством кислорода.

Адсорбционные воздухоразделительные установки (АВРУ) считаются конкурентоспособными, когда речь идет о поглощении нецелевого компонента-кислорода. Лишь в конце XX века удалось создать сорбенты селективно поглощающие кислород, так называемые углеродно-молекулярные сита (УМС). Они разделяют воздух за счет более быстрого поглощения кислорода, чем азота. Применение УМС проявляющих свое действие при комнатных температурах, является одним из важных факторов при разработке АВРУ для получения азота.

Сегодня АВРУ для получения азота являются автономными, с малым пусковым периодом установками, работающими при температуре окружающей среды. Установки позволяют получать азот с чистотой более 99,995%.

Для расчета и проектирования азотных АВРУ необходимо накопление достаточно обширной информации по кинетике адсорбции и десорбции азота и кислорода. Без этой информации надежный расчет невозможен. Настоящая работа направлена на восполнение пробела в накоплении информации по кинетике адсорбции и десорбции азота и кислорода на промышленных адсорбентах типа УМС для разделения воздуха с целью получения азота.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

1 .Разработана и изготовлена экспериментальная установка для исследования кинетики десорбции адсорбата. Проведено экспериментальное исследование кинетики десорбции кислорода на промышленных адсорбентах типа УМС. Получены кинетические кривые десорбции чистого кислорода и кислорода из воздуха при трех значениях температуры десорбции — 50, 70 и 110 °C и различной длительности процесса адсорбции — 20, 40 и 60с. Полученные данные целесообразно использовать при расчете адсорбционных воздухоразделительных установок с учетом реальных кинетических факторов протекающих процессов.

2.Проведены расчетно-экспериментальные исследования длительности процесса вакуумной откачки адсорбата из слоя адсорбента. Предложена методика расчета скорости безнагревной вакуумной регенерации слоя адсорбента.

3.Установлено, что для бинарной смеси газов мольные доли насыщения адсорбента типа УМС кислородом и азотом практически не зависят от давления в интервале от 0,02 до 1,50 МПа. Этот факт подтверждается постоянством теплот адсорбции в данном интервале давлений.

4.Установлено существование области значений длительности процесса адсорбции для смеси «азот-кислород» в интервале от 5 до 40с, в которой достигается максимальное значение преимущественной адсорбции кислорода по отношению к азоту на промышленных адсорбентах типа УМС. В перспективе этот факт может быть полезен для конструирования установок малой производительности невысокой чистоты.

5.На основании теоретических и экспериментальных исследований разработана методика расчета азотных адсорбционных воздухоразделительных установок напорного типа с регенерацией при атмосферном давлении и при вакуумировании с учетом реальных кинетических факторов протекающих процессов.

6.Разработанная методика расчета позволяет определить оптимальную технологическую схему адсорбционной установки для получения азота заданной производительности и требуемой чистоты. Так, для получения азота чистотой до 97% возможно применение адсорбционной воздухоразделительной установки напорного типа без вакуумной регенерации слоя адсорбента.

Показать весь текст

Список литературы

  1. A.M., Марфенина И. В., Микулин Е. И. Криогенныесистемы- В 2 т. 3 изд. перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1996. T.I. 575с, Т.2. 719с.
  2. A.M. Термодинамический метод и некоторые задачи техники низких температур. М.: Высшая школа, 1962. 184с.
  3. Энергетическая эффективность получения кислорода из воздуха с помощью твердоэлектролитных мембран / A.M. Архаров и др. // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Машиностроение. 1998. Специальный выпуск. С. 174−181.
  4. Г. Н. Прикладная газовая динамика- В 2 ч, — 5 изд. перераб. и доп. -М.: Наука, 1991. 4.1. 600с, 4.2. 304с.
  5. А.К., Устинов Е. А. Динамика циклического адсорбционного процесса разделения бинарной смеси газов // ЖПХ. 1980.Т.59, № 6. С.1609−1611.
  6. А.К. Сравнительный анализ схем циклического адсорбционного процесса разделения бинарной смеси газов // ЖПХ. 1980. Т.61, № 3. С.540−545.
  7. А.К., Устинов Е. А. Динамика адсорбции бинарной смеси газов в случае стационарного фронта //ЖПХ, 1986. № 6. С. 1245−1249.
  8. А.К., Устинов Е. А. Кинетика адсорбционного разделения бинарной смеси газов // ЖФХ, 1986, Т.60, № 1, С.223−225.
  9. А.К. Моделирование разделения бинарных газовых смесей методом адсорбции с колеблющимся давлением: Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. СПб.:СПб ГТИ, 1996. 304с.
  10. Д. Цеолитовые молекулярные сита. М.: Мир, 1976.781с.
  11. И.Брунауэр С. Адсорбция газов и паров. Пер. с англ. М.: Издатинлит, 1948. 781с.
  12. Е.В. Квазидиффузионная теория ширины адсорбционного слоя //Аппараты и машины кислородных установок: Сб. (М). 1967. Вып. II. С. 172−176.
  13. Исследование адсорбционных свойств промышленных адсорбентов по инертным и сопутствующим газам / Е. В. Вагин и др. // Аппараты и машины кислородных и криогенных установок: Сб. (М). 1971. Вып. 13. С. 255−264.
  14. Варгафтик Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам жидкостей и газов. Москва: Наука, 1972. 721с.
  15. М.П., Новиков И. И. Техническая термодинамика. М.: Энергия, 1968. 469с.
  16. Вакуумное оборудование: Каталог. Казань: ОАО «Вакууммаш», 2001.116с.
  17. O.A., Федоров В. Г. Тепловые и температурные измерения. Киев: Наукова Думка, 1965. 304с.
  18. Г. А. Криогенное производство инертных газов. JI: Машиностроение, 1983.416с.
  19. Д.Л. Получение кислорода. Изд 5-е. М.: Химия, 1972, 752с.
  20. К. Статистика в аналитической химии: Пер. с нем. М.: Мир, 1994. 268 с.
  21. М.М. Адсорбция и пористость: Учебное пособие. М: ВАХЗ, 1975. 128с.
  22. М.М. Физико-технические основы сорбционной техники. М.: ОБТИ, 1935. 145с.
  23. М.М., Вешнякова М. М., Заверина Е. Д. Исследование адсорбционных свойств и вторичной пористой структуры адсорбентов, обладающих молекулярно-ситовым действием // Изв. АН СССР. Отд. хим. наук. 1961. Т. 35, № 3. С. 396−406.
  24. С. Научные основы вакуумной техники. Изд. 2-е: Пер. с англ./Под ред. М. М. Меньшикова. -М.: Мир, 1964. 716с.
  25. А.Н. Элементарные оценки ошибок измерений. Л.: Наука, 1967. 89с.
  26. Кинетика и динамика физической адсорбции // Труды Третьей Всесоюзной конференции по адсорбции и адсорбентам / Под ред. М. М. Дубинина, Л. В. Радушкевич. М.: Наука, 1973. 286с.
  27. A.A., Забежинский Я. Л., Тихонов А. Н. Поглощение газа из тока воздуха слоем зернистого материала // ЖФХ. 1945. Т. 19, № 6. С. 253−261.
  28. Теория тепломассообмена: Учебник для вузов / С. И. Исаев и др. М.: Высшая школа, 1979. 495с.
  29. М.Г. Зависимость адсорбции азота от диаметра пор адсорбентов // ЖФХ. 1968. Т. 42, № 5. С. 1228−1234.
  30. Твердоэлектролитная установка для исследования неравновесной сорбции кислорода на различных сорбентах / A.A. Казакова и др. // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Машиностроение. 2002. Специальный выпуск. С.42−46.
  31. A.A., Никифоров Ю. В., Дегтярева Т. С. Расчет скорости откачки адсорбционного аппарата по рабочей характеристике вакуумного насоса //Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Машиностроение. 2008. Специальный выпуск. С.170−176.
  32. A.A., Никифоров Ю. В., Фомкин A.A. Новый подход к расчету адсорбционных установок для получения азота // Вакуумная техника, материалы и технология: Материалы V Международной научно-технической конференции
  33. Под ред. С .Б. Нестерова. М.: 2010. С.249−253.
  34. A.A., Никифоров Ю. В., Фомкин A.A. Новый подход к расчету АВРУ для получения азота // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Машиностроение. 2010. Специальный выпуск. С. 185−190.
  35. И.А., Беринг Б. П., Серпинский В. В. Равновесная адсорбция смесей азота с кислородом на цеолите NaA // Изв. АН СССР. Сер.химич. 1973. Т. 47, № 9. С. 1940−1946.
  36. И.П. Исследование адсорбционного процесса разделения воздуха. Дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук. М.: МХТИ, 1976. 154с.
  37. Н.В. Основы адсорбционной техники: Издание 2-е, перераб. и доп. -М.: Химия, 1984. 592с.
  38. П., Вольф Ф. Разделение азота и кислорода на синтетических цеолитах //Адсорбенты, их получение, свойства и применение: Труды Всесоюзного совещания по адсорбентам. Л., 1978. 240с.
  39. X., Бадер Э. Активные угли и их промышленное применение.-Л.:Химия, 1984.216с.
  40. Ч. Статистическая термодинамика. М.: Наука, 1977. 336с.
  41. В.Д., Новосельский A.B. Циклические адсорбционные процессы: Теория и расчет. Л.: Химия, 1989. 256 с.
  42. A.B. Тепломассообмен: Справочник. М.: Энергия, 1972. 560с.
  43. Справочник по физико-техническим основам криогеники / Под ред. М. П. Малкова, Изд. 2-е. М.: Энергия, 1973.392с.47Мак-Бен Дж.В. Сорбция газов и паров твердыми телами: Пер. с англ. М. -Л. ЮНТИ, 1934, 398с.
  44. В. М. Тарасов A.B., Клушин В. Н. Активные угли России. М.: Металлургия, 2000.140с.
  45. Математическое моделирование и управление процессом короткоцикловой адсорбции / В. Г. Матвейкин и др. М.: Машиностроение-1, 2007. 87с.
  46. Е.Б., Тихонов П. Г. Диффузия газа в капилляре // Вопросы атомной науки техники. Общая и ядерная физика (Харьков). 1980. № 14. С.77−78.
  47. Расчетно-теоретическое и экспериментальное исследование процесса получения кислорода методом короткоцикловой адсорбции / H.A. Пуртов и др.
  48. Технические газы. 2004. № 1. С.39−44.
  49. B.B. Введение в общую теорию динамики сорбции и хроматографии.М.: Наука, 1964. 136с.
  50. Рид Р., Праусниц Дж, Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей: Справочное пособие: Пер. с англ. 3-е изд.: JL: Химия, 1982. 592с.
  51. JI.H. Вакуумная техника. М.: Высшая школа, 1990. 320с.
  52. П.Г., Лепилин В. Н. Непрерывная адсорбция паров и газов. Л.: Химия, 1968. 228с.
  53. П.Г., Лепилин В. Н., Фролов В. Ф. Инженерные методы расчета адсорбционных и десорбционных процессов // Кинетика и динамика физической адсорбции. М.: Наука, 1973. С. 231−237.
  54. E.H. Промышленная адсорбция газов и паров. М.: Высшая школа, 1963,413с.
  55. В.А., Торочешников Н. С., Кельцев Н. В. Молекулярные сита и их применение. М.: Химия, 1964. 316 с.
  56. .Д. и др. Методы получения особо чистых неорганических веществ. М.: Химия, 1969, 480с.
  57. Д.П. Кинетика адсорбции. М: Издательство АН СССР, 1962. 252с.
  58. A.M., Зотова Т. В., Шакирова Т. П. Термодинамика сорбции. Сорбция смеси азот-кислород на смешанных кальциево-натриевых формах цеолита, А // Вестник МГУ. Сер. химия. 1974. № 1. С. 65−69.
  59. Е.А. Закономерности динамики циклических процессов разделения бинарных газовых смесей //ЖФХ. 1980. Т.53, № 9. С.2015−2021.
  60. В.А. Разделение азотно-углекислотной смеси в газожидкостных мембранных аппаратах: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.:МГТУ, 2006. 116с.
  61. Н.А. Исследование процесса разделения воздуха методом низкотемпературной короткоцикловой адсорбции с целью получения кислорода: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: МВТУ, 1982. 134с.
  62. В.И. Кислород, азот, аргон безопасность при производстве и применении. М.: Производственно-практическое издание, 2009. 192с.
  63. Simone Cavenati, Carlos A. Grande and Alrio E. Rodrigues. Многослойный PSA для извлечения метана из потока CH4/CO2/N2. Layered Pressure Swing Adsorption for Methane Recovery from CH4/CO2/N2 Streams // Adsorbtion. 2005. V.ll. P. 549 554. (Португалия).
  64. Патент № 2 166 753 (РФ)/ Б. К. Зуев. Способ и устройство для определения концентрации органических веществ в жидкой пробе // Б.И. 2001. № 13.
  65. Pat. 1.424.457. (GB) / L.B. Batta. Selective adsorption process for air separation, cl. В 1L (25A5B2), 1976.
  66. Pat. 1.050.208 (GB). Cyclik adsorption process. / ESSO Research and Engineering Co. cl/BIL. 1964.
  67. Pat. 2.303.153 (BRD) / L.B. Batta. Verfahren zum Zerlegen von Luft. cl. 12 e 3/02, 1973.
  68. Pat. 2.944.627 (USA) / C.W. Scarstrom. Method and apparatus for fractionating gaseous mixtures by adsorption, cl. 55−33, 1960.
  69. Pat. 3.237.377 (USA) / C.W. Scarstrom. Method for oxygen concentration, cl. 55−25, 1966.
  70. Pat. 3.355.859 (USA) / E. Karwat. Selective adsorption of gases at low temperature, cl. 55−25, 1967.
  71. Pat. 3.564.816 (USA) / L.B. Batta. Selective adsorption process, cl. 55−26, 1971.
  72. Pat. 3.717.974 (USA) / L.B. Batta. Selective adsorption process for air separation, cl. 55−58, 1973.
  73. Van der Vlist E. Oxygen and nitrogen enrichment in air by cycling zone adsorption // Separation Science. 1971. V. 6, N 5. P. 727−732.
  74. ГОСТ 5583–78 (ИСО 2046−73). Кислород газообразный технический и медицинский. Технические условия. М.: Издательство стандартов, 1978. 16с.
  75. ГОСТ 9292–74 (ИСО 2435−73). Азот газообразный и жидкий. Технические условия. М.: Издательство стандартов, 1974. 14с.
  76. ГОСТ 10 157 79. Аргон газообразный и жидкий. Технические условия. М.: Издательство стандартов, 1979. 20с.
  77. ГОСТ 17 433–80. Сжатый воздух. Технические условия. М.: Издательство стандартов, 1980. 5с.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!