ВЛИЯНИЕ ВХОДНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ИЗОТЕРМИЧЕСКУЮ ОЧИСТКУ ГАЗА ОТ МОНОПРИМЕСИ НЕПОДВИЖНЫМ СЛОЕМ АДСОРБЕНТА
Аннотация
Проведена оценка влияния температуры входного газа, содержащего монопримесь, на процесс физической адсорбционной очистки в пористом неподвижном слое гранулированного адсорбента. В основу теоретического анализа положена классическая математическая модель динамики изотермической адсорбции в пористой стационарной среде, структурно состоящей из дисперсной фазы твердых частиц, при принятых допущениях: очищаемый газ содержит малоконцентрированную монопримесь, его движение в адсорбере является однонаправленным, а выравнивающий эффект профиля скорости в поперечном сечении пористой среды позволил принять гидродинамический режим идеального вытеснения; аксиальное перемешивание в потоке газа незначимо; теплота адсорбции пренебрежимо мала; пористость слоя однородна; скорость адсорбции определяется уравнением кинетики сорбции с изотермой, подчиняющейся закону Генри. Сформулирована начально-краевая задача для системы дифференциальных уравнений в частных производных первого порядка, решение которой относительно концентраций моно-примеси в потоке газа и адсорбенте получено в явном аналитическом виде с помощью одностороннего интегрального преобразования Лапласа. Сравнительный анализ результатов вычислительного эксперимента с известными опытными данными показал, что предложенная модель при системе сделанных допущений вполне адекватно качественно и количественно описывает процесс адсорбционной сепарации. На примере функционирования промышленного адсорбера в блоке комплексной очистки ЦБ-120/120 в системе мобильной газодобывающей станции показано, что увеличение температуры входного осушенного атмосферного воздуха после компри-мирования, содержащего диоксид углерода, на 10 К сокращает время отработки в стадии адсорбции на 45%. Установлено, что изменение температуры входного потока газа оказывает существенное влияние на эффективность работы адсорбера и должно быть учтено при идентификации габаритных характеристик блока комплексной очистки.
Литература
Kaz'min I.A., Ivanov A.V., Vorob'yev A.A. Assessment of the influence of ambient air temperature on the performance of a mobile gas-generating station. Voenno-Kosmicheskie Sily. Teoriya Praktika. 2018. N 8. P. 119-126 (in Russian).
Belyakov V.P., Gustov V.F., Faynshteyn V.I. Explosion safety of air separation plants. M.: Khimiya.1986. 223 p. (in Russian).
Gabrus E., Nastaj J., Tabero P., Aleksandrzek T. Ex-perimental studies on 3 Å and 4 Å zeolite molecular sieves regeneration in TSA process: aliphatic alcohols dewatering – water desorption. Chem. Eng. J. 2015. V. 259. P. 232-242. DOI: 10.1016/j.cej.2014.07.108.
Shirazian S., Ashrafizadeh S.N. Synthesis of substrate – modified LTA zeolite membranes for dehydration of natural gas. Fuel. 2015. V. 148. P. 112-119. DOI: 10.1016/j.fuel.2015.01.86.
Al-Asheh S., Banat F., Al-Lagtah N. Separation of etha-nol – water mixtures using molecular sieves and biobased adsorbents. Chem. Eng. Res. & Design. 2004. V. 82. N 7. P. 855-864. DOI: 10.1205/0263876041596779.
Cryogenic system. Fundamentals of designing apparatuses, installations and systems. Ed. by A.M. Arkharov. M.: Mashinostroenie. 1999. V. 2. 720 p. (in Russian).
Al-Wahedi Y., Rabic A.H., Al-Shaiba A., Genzebroek F., Daontidis P. Optimization of adsorption based natural gas dryers. Indust. Eng. Chem. Res. 2016. V. 55. P. 4658-4667. DOI: 10.1021/jp513030w.
Qazvini O.T., Fatemi S. Modeling and simulation pressure – temperature swing adsorption process to remove mercaptan from humid natural gas, a commercial case study. Separat. Purificat. Technol. 2015. V. 139. P. 88-103. DOI: 10.1016/j.seppur.2014.09.031.
Faynshteyn V.I. Oxygen, nitrogen, argon-safety in production and application. M.: Intermet-Inzhiniring. 2008. 192 p. (in Russian).
Blaznin Yu. P., Kusyy G.V. The study of processes in the blocks of complex air purification. Book: Cryogenic Technique. М.: OAO “Cryogenmash”. 1999. P. 84-92 (in Russian).
Hardeveld R.M., Grocneveld M.J., Lehman J., Bull D.C. Investigration of an air unit explosion. J. Loss Prevent. Proc. Indust. 2001. V. 14. P. 167-180. DOI: 10.1016/S0950-4230(00)00045-0.
Schmidt W., Winegardner K., Dennely M., Castie-Smith H. Safe design and operation of a cryogenic air separation unit. Proc. Safety Prog. 2001. V. 20. N 4. P. 269-279. DOI: 10.1002/prs.680200409.
Avilova М.М., Maryeva E.A., Popova O.V., Ivanova Т.G. Molecular modeling of adsorption of pollutant gases on cadmium-containing polyacrylonitrile. Izv. Vyssh. Uchebn.Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. [Russ. J. Chem. & Chem. Tech.]. 2020. V. 63. N 4. P. 49-54. DOI: 10.6060/ivkkt.20206304.6008.
Gholami M., Talaie M.R. Investigation of simplifying assumptions in mathematical modeling of natural gas de-hydration using adsorption process and introduction of a new accurate LDF model. Indust. Eng. Chem. Res. 2010. V. 49. P. 838-846. DOI: 10.1021/ie901183q.
Ryazhskikh V.I., Semenikhin O.A., Gor'kovenko D.A. Dynamics of the filter-adsorption process for cleaning fine-dispersed suspensions with a diluting solid phase. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2007. V. 50. N 2. P. 70-72 (in Russian).
Tien C. Adsorption calculations and modelling. NY: El-sievier. Science. 2013. 200 p.
Hu Q., Wang Q., Feng C., Zhang Z., Lei Z., Shimizu K. Insights into mathematical characteristics of adsorption models and physical meaning of corresponding parameters. J. Molec. Liq. 2018. V. 254. P. 20-25. DOI: 10.1016/j.molliq.2018.01.073.
Yagodovskiy V.D. Adsorption. M.: BINOM. Laboratoriya znaniy. 2015. 219 p. (in Russian).
Danilov V.A., Schepper P., Cousin-Saint-Remi J., Denayer J.F.M. Concentration and temperature profiles in a fixed bed column based on an analytical solution of the axial dispersion model for binary and multicomponent nonisothermal adsorption process. Comp. Chem. Eng. 2019. V. 123. P. 78-86. DOI: 10.1016/j.compchemeng.2018.12.026.
El-Hewie M.F. Laplace transform. NY: Shaymaa Publ. 2013. 624 p.
Duistermaat J.J., Kolk J.A.C. Distributions: theory and applications. Basel: Birkhänser Basel. 2010. 445 p.
Liaw C.H., Wang J.S.P., Greenkorn R.A., Chao K.C. Kinetics of fixed-bed adsorption: a new solution. AIChE J. 1979. V. 25. N 2. P 376-381. DOI: 10.1002/aic.690250229.
Manini N. Introduction to the physics of matter. Basic atomic, molecular and solid-state phyisics. NY: Springer. 2014. 286 p.
Tsvetkov F.F., Grigor'yev B.A. Heat and mass transfer. M.: MEI. 2005. 550 p. (in Russian).
Sels B.F., Kustov L.M. Zeolites and zeolite-like materi-als. NY: Elsevier. 2016. 474 p.
