Конструкция и расчет цеолитового адсорбера кислорода. Определение времени защитного действия адсорбера

 и несколько уменьшится скорость газового потока

Вес цеолита в адсорбере при высоте слоя Н = 2 м (200 см)

Где ρ_нас-расчетная насыпная масса дегидратированного шарикового цеолита, равная 0,9 кг/л (насыпная масса цеолита при влажности 3,75% по массе составляла 0,937 кг/л, т.е. 0,937 Х Х 0,9625   0,9).

Минимальное время защитного действия адсорбера, т.е. время между переключениями

                   

                          Расчет процесса первичной регенерации

В результате расчета процесса ректификации определяются необходимое количество греющего газа, его скорость и мощность электроподогревателя.

Исходные данные

Количесгво цеолита в одном адсорбере G_ц. кг ……………….        260 Площадь живого сечения адсорбера, см² ……………….…….      1445 Греющий газ  …………………………………………………….     Азот Начальная температура азота  t_н, °С …………………………...        20 Температура азота на входе в адсорбер t_вх,°С ………………...       450 Средняя температура слоя цеолита t_ср,°С  …………………….       420 Температура азота на выходе из адсорбера в конце процесса                           регенерации, °С………………………………………………….        430 Изоляция…………………………………………………  Шлаковая 

                                                                                          вата при

r=300 кг /м³

                                                                                                                                               и d=500 мм                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     

В связи с высокой температурой греющего газа и весьма большим его влагосодержанием (см. табл. V приложения) определение количества регенерирующего газа из условий выноса влаги не имеет в данном случае смысла.

Количество регенерирующего газа (B_Р) определяется по тепловому балансу процесса регенерации

где — средняя температура греющего газа на выходе из адсорбера, равная

t_вых — температура греющего азота на выходе из адсорбера, равная t_ц + 10° = 420 + 10 = 430° С; t_вых^0,5 — температура греющего азота на выходе из адсорбера через 0,5 ч после начала регенерации, равная от 30 до 110° С. Из уравнении (105) и (106) очевидно, что названные параметры процесса регенерации, зависящие от конструкции адсорбера (т. е. от способа передачи теплоты от греющего газа к адсорбенту), определяющим образом влияют на продолжительность регенерации или при заданном τ на мощность электроподогревателя (в нашем случае τ = 10 ч), Q_м — количество тепла, затрачиваемого на нагревание металла адсорбера и части коммуникации (в том числе трубопровод от электроподогревателя до адсорбера),

q_м=ΣG_mc_vΔt_м                    (107)

Σ_м — общий вес нагреваемого металла, величина которого подсчитывается по общеизвестной методике; в данном случае     ΣG_м≈ 1000 кг; c_м — теплоемкость металла при средней темпе-  ратуре нагрева, равная ~0,13 ккал/(кг-град) [46]; Δt_м—разность температур соответствующих частей металла, составляющая

                              

Таким образом, величина

Q_м= 1000·0,13·415 = 54 000 ккал;

Q_адс — количество тепла, необходимого для нагревания адсорбента,

Q_адс= G_ц·c_ц(t_ср-t_н);                 (108)

с_ц — теплоемкость цеолита NaA при средней температуре 220°,                          равная примерно 0,25 ккал/(кг·град).                                                                     Тогда

Q_адс = 260·0,25· (420 — 20) = 26 000 ккал;

Q_в — количество тепла, затрачиваемого на десорбцию влаги, поглощенной цеолитом условно в количестве 20% по массе

Q_в=0,2G_ц·q_дес

q_дес — теплота десорбции, принятая равной 1000 ккал/кг (с учетом подогрева влаги до 100° С и изменения теплоты ее испарения с повышением температуры),

Q_м=0,2·260·1000=52000ккал.

Q_из — количество тепла, затрачиваемого на нагревание изоляции,        

Q_из=V_из·ρ_из·c_из·(t_из^ср-t_н);     (109)

V_из — объем нагреваемой изоляции, определяемый из условия прогрева слоя толщиной δ' = 300 мм и равный с учетом внешнего

Диаметра адсорбера D_ад=916мм  и его высоты H=2800мм (см.рис. ),

                       V_из=0,785(D_из²-D_ад²)·H+2·0.785·D_ад²·δ=

                 =0,785·(1,216²-0,916²)·2,8+2·0,785·0,916²·0,3≈1,8 м³, что составляет около 20% от количества шлаковой ваты, пошедшей на изоляцию одного адсорбера; ρ_из — плотность шлаковой ваты, доводимая при ее загрузке в кожух и утрамбовке до 300 кг/м³;                                       c_из — теплоемкость изоляции при средней температуре подогрева

(420+20) /2= 220° С, принятая равной 0,22 ккал/(кг.град) [461. Тогда

Q_из= 1,8·300·0,22 (220 — 20) = 23 760 ккал;

Q_о.с. — потери тепла через изоляцию в окружающую среду, принимаемые равными [42]:

                                   Q_о.с.=0,2(Q_м+Q_ад+Q_из)=

= 0,2 (54 000 + 26 000'+ 23 760) = 20 752 ккал.

Количество регенерирующего азота, определяемое по уравнению (105) и отнесенное к τ=10ч и t= 20° С, составляет

Скорость регенерирующего газа, отнесенная к 20° С и полному живому сечению адсорбера, составляет

Полученное значение ω_р находится в пределах допустимых величин, однако для предотвращения излишнего истирания цеолита в процессе длительной эксплуатации большая часть греющего азота на практике обычно посылается в межтрубное пространство адсорбера. Сопротивление слоя адсорбента коммуникаций и арматуры не превышает 0,5 кгс/см².

"Мощность электроподогревателя определяется по выражению

и с учетом коэффициента запаса (1,3—1,4), обеспечивающего покрытие неучтенных потерь тепла и возможность автоматического регулирования электроподогревателя, равна

Конструкция электроподогревателя, разработанного на Ижорском заводе