Заказать курсовые, контрольные, рефераты...
Образовательные работы на заказ. Недорого!

Экспериментальное и теоретическое обоснование процессов электрогенерации зернистых слоев активированного угля: На примере рекуперации галогензамещенных углеводородов

Диссертация: Экспериментальное и теоретическое обоснование процессов электрогенерации зернистых слоев активированного угля: На примере рекуперации галогензамещенных углеводородов
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Решена обратная задача моделирования: определены коэффициенты теплопроводности слоя и теплопередачи (тепловых потерь) в окружающую среду, а также коэффициент, зависящий от теплоемкости системы и теплоты десорбции поглощенного вещества. Значения коэффициентов по порядку величин согласуются с литературными данными. Показано, что причиной расхождения расчетных и литературных значений является… Читать ещё >

Содержание

  • Глава 1. Литературный обзор
    • 1. 1. Электрорегенерация как стадия углеадсорбционного процесса
      • 1. 1. 1. Идея электрорегенерации
      • 1. 1. 2. Электрорегенерация в углеадсорбционных циклах рекуперации
      • 1. 1. 3. Принципиальные сложности в реализации электрорегенерации
    • 1. 2. Электропроводность активированных углей
      • 1. 2. 1. Активированные угли как г! редставители углеродных адсорбентов
      • 1. 2. 2. Электропроводящие свойства углеродных материалов
    • 1. 3. Электропроводность полупроводников как модель электропроводности зернистых углеродных систем
      • 1. 3. 1. Электропроводящие свойства полупроводниковых материалов
      • 1. 3. 2. Поверхностные и контактные явления в зернистых полупроводниковых средах
    • 1. 4. Общие подходы к изучению электропроводности неоднородных систем
      • 1. 4. 1. Концентрационный метод
      • 1. 4. 2. Метод элементарной ячейки
      • 1. 4. 3. Перколяционный метод
    • 1. 5. Выводы из литературного обзора
  • Обозначения
  • Глава 2. Электропроводность зернистого слоя активированного угля
    • 2. 1. Активированные угли, использованные в работе
      • 2. 1. 1. Общие свойства
      • 2. 1. 2. Адсорбционные свойства
    • 2. 2. Методика и результаты экспериментов
      • 2. 2. 1. Влияние размеров аппарата и уплотняющего усилия на электросопротивление АУ
      • 2. 2. 2. Влияние температуры на электросопротивление АУ
      • 2. 2. 3. Влияние частоты переменного тока на сопротивление АУ
      • 2. 2. 4. Влияние механических, электрических и химических воздействий на сопротивление АУ
      • 2. 2. 5. Влияние силы тока на сопротивление АУ
    • 2. 3. Математическое моделирование электропроводности зернистого слоя
      • 2. 3. 1. Электросопротивление идеализированного зернистого
      • 2. 3. 2. Электросопротивление реального зернистого слоя
    • 2. 4. Обсуждение результатов 63 Обозначения
  • Глава 3. Теплопередача в зернистом слое активированного угля в ходе электронагрева
    • 3. 1. Методика экспериментов
    • 3. 2. Результаты экспериментов
    • 3. 3. Математическое моделирование теплопередачи в зернистом слое активированного угля
      • 3. 3. 1. Стационарный режим
      • 3. 3. 2. Нестационарный режим
      • 3. 4. Прогнозирование теплопередачи в реальных зернистых слоях
      • 3. 5. Резюме 98 Обозначения
  • Глава 4. Технология адсорбционных процессов с электрорегенерацией адсорбента
    • 4. 1. Технология рекуперации тетрахлоруглерода из газовых сдувок производства тетрахлоруглерода и перхлорэтилена
      • 4. 1. 1. Технологическая схема
      • 4. 1. 2. Конструкция адсорбера
    • 4. 2. Технологический расчет рекуперации тетрахлоруглерода
    • 4. 3. Параметры оборудования и расходные коэффициенты 113 Обозначения
  • Выводы

Экспериментальное и теоретическое обоснование процессов электрогенерации зернистых слоев активированного угля: На примере рекуперации галогензамещенных углеводородов (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Электрорегенерация является перспективным экологически чистым способом регенерации отработанного адсорбента, который может применяться в углеадсорбционных циклах рекуперации негорючих веществ. К ее преимуществам относятся: высокая интенсивность нагрева адсорбционного слоя, возможность получения чистого концентрированного продукта, относительная технологическая простота. Метод основан на пропускании электрического тока через зернистый слой электропроводящего материала, в частности, активированного угля (АУ). За счет эффекта Джоуля в слое выделяется определенное количество теплоты, достаточное для десорбции поглощенного компонента. Десорбированный продукт собирают и используют повторно.

В научно-технической литературе приводятся описания различных вариантов технологических схем с использованием метода электрорегенерации. В большинстве случаев в этих схемах применяют аппараты с перемещающимся адсорбентом (движущийся слой, вращающийся адсорбер и т. п.). Данные о промышленной реализации метода в неподвижном слое отсутствуют, при этом известны случаи отказа опытных электрорегенерационных аппаратов по причине отклонения реальных технологических параметров процесса от расчетных значений.

Таким образом, электрорегенерация в неподвижном слое является эффективным, но сложным и малоизученным процессом. Актуальность его изучения в последние годы продиктована также ужесточением международного законодательства в отношении выбросов галогензамещенных углеводородов, в частности, фреонов. Многие из этих веществ термостабильны и негорючи, поэтому в случае их адсорбционной рекуперации применение электрорегенерации предпочтительно.

Глава 1. Литературный обзор

Выводы.

1. Показаны преимущества процесса электрорегенерации (высокая скорость нагрева, чистота выделяемого компонента) для углеадсорбционкых циклов рекуперации галогензамещенных углеводородов. Основные сложности в реализации метода заключаются в необходимости точного прогнозирования электропроводности зернистого слоя и учета неоднородности распределения температур в аппарате.

2. Получены изотермы адсорбции фреонов на двух промышленных углях СКТ и ФАС и определены структурные характеристики этих углей. Обсуждены перспективы использования углеродных адсорбентов разных типов в данной технологии.

3. Исследовано влияние различных факторов (типа адсорбента, среды, температуры, размеров аппарата, различных способов предварительной обработки гранул, уплотняющего усилия, плотности и частоты электротока) на электропроводность зернистого слоя АУ. В значительной степени ее величина определяется величиной зазора в контактах между гранулами и изменяется при изменении качества поверхности материала, механическом уплотнении, а также под действием электромеханической (пондеромоторной) силы.

4. Представлена математическая модель электропроводности идеализированного (предельно упорядоченного) слоя, в которой его удельное электросопротивление рассматривается как аддитивная величина удельных сопротивлений гранул и зазора. Определены коэффициенты модели. Показано, что она удовлетворительно описывает влияние механического уплотнения.

5. Представлена скорректированная математическая модель электропроводности реального зернистого слоя, которая учитывает влияние всех технологических параметров. Определены ее коэффициенты.

Необходимость перехода от идеализированной к реальной системе связана с учетом эффектов бокового давления и пондеромоторного взаимодействия гранул.

6. Исследованы закономерности нагрева зернистого слоя АУ, содержащего и несодержащего фреоп-22, в аппаратах с тепловой изоляцией и в неизолированных аппаратах. Подтверждено, что наличие значительного радиального температурного распределения в слое обусловлено потерями тепла в окружающую среду.

7. Представлены математические модели стационарного и нестационарного (квазистационарного) нагрева, которые связывают температуру в различных точках слоя и время нагрева с подводимой мощностью электрического тока. Распределение температур по радиусу аппарата в любой момент времени описывается параболической функцией.

8. Решена обратная задача моделирования: определены коэффициенты теплопроводности слоя и теплопередачи (тепловых потерь) в окружающую среду, а также коэффициент, зависящий от теплоемкости системы и теплоты десорбции поглощенного вещества. Значения коэффициентов по порядку величин согласуются с литературными данными. Показано, что причиной расхождения расчетных и литературных значений является неоднородность в радиальном распределении плотности тока, обусловленная наличием температурной зависимости электропроводности.

9. Разработаны схема рекуперации четыреххлористого углерода со стадией электрорегенерации и конструкция адсорбера. Результаты технологического расчета свидетельствуют об экономической и экологической целесообразности метода.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Пат. 2 659 869 Франция, МКИ В O l D 53/04, В 01 D 15/00. Устройство для обработки потоков с помощью элемента, состоящего из нескольких слоев, разделенных зазорами, и регенерируемого с использованием эффекта Джоуля. — Опубл. 27.09.91
  2. А. с. 899 097 СССР, МКИ В 01 D 53/02. Способ рекуперации органического растворителя из газовых выбросов. Опубл. 1982
  3. Кунибэ Сусуму. Характеристики активированного угля (как адсорбента) и хлорированных углеводородов с точки зрения охраны окружающей среды // РРМ, — 1982, — Т. 13, № 8, — С.64−72
  4. Л.В., Бачерикова И. В., Зажигалов В. А. Удаление HF и фреонов из технологических газов // Экотехнол. и ресурсосбережение. -1994,-№ 5 -6.-С. 46−50
  5. Пат. 391 424 Австрия, МКИ В 01 D 53/02. Способ регенерации филыров с активированным углем. Опубл. 10.10.90
  6. Пат. 4 946 479 США, МКИ В 01 D 53/06. Аппарат для рекуперации растворителей. Опубл. 07.08.90
  7. Заявка 3 644 126 ФРГ, МКИ В 01D 46/30, В 01 D 46/42. Способ очистки отходящего воздуха от паров растворителей и их регенерации. -Опубл. 07.07.88
  8. Wakamatsu N., lida Y. Industrial application of low-temperature steam-desorption system for solvent recovery by activated carbon // 4th lilt. Conf. Fundain. Adsorp., Kyoto, May 17−22,1992, — Extend. Abstr.- P. 234−236
  9. Пат. 4 919 692 США, МКИ В 01 D 53/04. Способ очистки воздуха от паров растворителей и других загрязнений, — Опубл. 24.04.90
  10. Streeb Rudolf. Chlorierte Kohlenwasserstoffe aus der Luft eliminieren mittels Adsorptionsanlagen // Maschinenmarkt.- 1982, — 88, N95, — S. 2040−2041
  11. Пат. 4 963 168 США, МКИ В Ol D 53/04, В 01 D 19/00. Ус гаповка для рекуперации растворителя из потока промышленного воздуха.-Опубл. 16.10.90
  12. Ю.И., Афанасьев Ю. М. Адсорбция: процесс с неограниченными возможностями. М., 1998, — 78 с.
  13. Ю.И. Производство фреонов и защита озонового слоя // Проблемы окружающей среды и природных ресурсов, — 1990.- № 1.- С. 52−65
  14. Starr D. Protecting the ozone layer // Earth Sei.- 1988.- V. 11, N3, — P. 18−20
  15. MacKenzie D. Industry develops ozone-friendly processes // New Sei.- 1988,-V. 120, N1639,-P. 30−31
  16. Пат 4 139 489 США. Метод регенерации использованного активированного угля путем пропускания электротока. Опубл. 02.79
  17. Пат 4 149 023 США, МКИ F 27 В 1/08. Метод регенерации использованного активированного угля. Опубл. 10.04.79
  18. Заявка 58−208 115 Япония, МКИ С 01 В 31/08, В 01 J 20/34. Аппаратура для регенерации активированного угля. Опубл. 03.12.83
  19. Заявка 51−135 896 Япония, МКИ С 01 В 31/08. Регенерация активированного угля со сниженными тепловыми затратами. -Опубл. 25.11.76
  20. Заявка 4 023 477 ФРГ, МКИ DO 1 J 20/34. Способ и аппаратура для десорбции загрязнителей в электрическом поле. Опубл. 06.02.92
  21. M., Tondeur D., Grevillot G., Granger J., Mitrovic M. // Separ. Sei. and Technol.-1991.-V. 26, N3.- P. 425−444
  22. A. c. 1 491 563, СССР. Способ регенерации слоя гранулированного адсорбента. Опубл. 07.07.89
  23. Stankiewicz Z., Schreiner H. Directe electrische erwarmung der aktivkohle // Chemikier-Zeitung.- 1990, — B. l 14, N12.- S. 379−380
  24. О.С., Ляхин Ю. П., Соболев С. Н. Высокотемпературные электропечи с графитовыми элементами, — М., 1974, — 104 с.
  25. ГОСТ 4668–75. Материалы углеродистые. Метод определения удельного электрического сопротивления порошка
  26. В.В., Обуховский Я. М. Исследование удельного электросопротивления порошков кокса, полукокса, термоантрацита и графита двухзондовым методом // ХТТ, — 1973, — № 2, — С. 121−128
  27. Е.Ф. Технология углеграфитовых материалов, — М., 1963, — 304 с.
  28. P.M. Электропроводящие химические волокна, — М., 1986, — 200 с.
  29. А.Л., Корольков U.M. Исследование изменения электрического сопротивления слоя адсорбента в адсорбционно-десорбционном цикле // ЖПХ, — 1981, — Т.54, № 4, — С. 822−825
  30. С.А., Сметанина В. Л. Регенерация углеродных сорбентов, — Перм. политех, ин-тут, Пермь.- Рукопись деп. в ОНИИТЭхим, г. Черкассы, 18.11.85, № 1123-хп
  31. ЗГСубатиев В.К., Тушевич В. М. Интерпретация результатов измерений неоднородных сопротивлений на разных частотах // ЖТФ.- 1947, — Т. 17, № 2,-С. 177−194
  32. И.А., Козуб Г. М., Гоба В. Е., Ставицкая С. С. Влияние проводимости на катионообмеиные и каталитические свойства окисленных углей // Украинский хим. журнал. 1978, — Т. 44, № 5, — 489−493
  33. X., Бадер Э. Активные угли и их промышленное применение. Л., 1984.-216с.
  34. И.А. Окисленный уголь. Киев, 1981. -200 с.
  35. Н.В. Основы адсорбционной техники. М., 1984, — 592 с.
  36. Н.В. Исследование процесса равновесной адсорбции фреонов на активных углях. Дипломная работа, МХТИ им. Д. И. Менделеева. -М., 1991
  37. Puri B.R., Kaistha B.C., Xasho Vardhan, Majahan O.P. // Carbon.- 1973.-Nll.-P. 329-.
  38. S.S. Gillspie P., Harrison P.H. // Carbon.- 1973, — N11, — P. 64 939. Boehm H.P. Chemical identification of surface groups.- Adv. Catal. and Retal.
  39. Subj.- 1966.-16.-P. 179−274
  40. И. А. Мироненко В.M. Исследование продуктов окисления активного угля азотной кислотой // ЖПХ, — 1969, — Т. 42, № 2, — С. 833−838
  41. Harker H., Jackson С., Wynnc-Jonesw F.K. Electron shin resonance in carbons: The effect of surface oxide formation. // Proc. Roy. Soc. A.- 1961, — V. 262, N1310.-P. 328−339
  42. Ф., Лайонс Л. Органические полупроводники. M., 1970.- 696 с.
  43. С. В. Физика углеграфитовых материалов. -М., 1972. -245 с.
  44. Mrozowski S. Semiconductivity and diamagnetism of poly crystalline graphite and condensed ring systems // Phys. Rev.- 1952, — V. 85, N4. P. 609−620
  45. Pacault A., Marshand A. Proprietes electroniques des carbons pregraphitiquels //J. Chem. Phys. et Phys. Chem. Biol.- I960, — V. 57, N10, — P. 873−891
  46. Wilk M. Halbleiter-Ei genschaften aromatischer Kohlenwasserstoffe // Zeitschrift fur Electrochemie.- 1960, — B. 64, N7.-P. 930−936
  47. T.M., Касаточкин В. И. Электрофизические свойства переходных форм углерода.- Структурная химия углерода и углей, ред. В. И. Касаточкина, — М., 1969, — С. 88- 98
  48. Д.Н. Электрофизические свойства активных углей и механизм процессов, проходящих на их поверхности // Адсорбция и адсорбенты.-1976,-Вып. 4,-С. 3−14
  49. М.Б., Шумяцкий Ю. И., Скубак Е.А, Савченко С. Г. Взаимосвязь электрофизических свойств и параметров пористой структуры активного угля СКТ // ЖПХ, — 1993, — Т. 66, № 8, — С. 1811
  50. M.Б., Шумяцкий Ю. И. Влияние электрического тока па электропроводящие свойства и текстуру активированного угля // ЖФХ,-1995, — Т. 69, № 5, — С. 944−946
  51. Справочник по электротехническим материалам. Ред. Корицкого Ю.В.-М., 1986,-В 3 т.
  52. В.Г., Курбатов Л. Н. Температурная зависимость проводимости слоев сульфида свинца на частоте 1010 Гц // ФТТ, — 1961, — Т. 3, № 2.-С. 595−598
  53. А.Е. Об определении времен релаксации поверхностных состояний в германии // ЖТФ, — 1957, — Т. 27, № 8, — С. 1707−1712
  54. В.Г., Курбатов Л. Н. Электропроводность и диэлектрическая проницаемость слоев сульфида свинца на частоте 10И) Гц // ФТТ: Сб. ст,-М.-Л.- 1959.-Т. Г-С. 133−143
  55. А.Е. О зависимости эффекта поля в полупроводниках от частоты // ЖТФ.- 1958.-Т. 28, № 4.- С. 689−693
  56. В.И., Литовченко В. Г., Степко И. И. и др. Электронные явления на поверхности полупроводников, — Киев, 1968, — 400 с.
  57. Goodman R.M., Somorjai G.A. Low-energy diffraction studies of surface melting and freezing of lead, bismuth, and tin single-cristal surfaces // J. Chem.Phys.- 1970.-V. 52, N12.- P. 6325−6331
  58. Estrup P.J., McRae E.G. Surface studies byelectron diffraction // Surface Science.-1971.- V. 25, N1, — P. 1−52
  59. Slater J.C. Theory of photoconduotivity of lead sulfide // Phys. Rev. -1956, — V. 104, N6,-P. 1631−1644
  60. Petritz R.L. Theory of photoconduotivity in semiconductor films // Phys.Rev.-1956,-V. 104, № 6,-P. 1508−1516
  61. С. Рой. Роль поверхностного барьера в адсорбции на примере окиси цинка // Катализ. Электронные явления: Сб.ст.- М., 1958, — С. 288−333
  62. .П. Физическая химия полупроводников, — М., 1964, — 196 с.
  63. В.В. Адсорбционный отклик электрофизических характеристик поликристаллических полупроводниковых адсорбентов: Авторсф. дис. канд. физ-мат. наук, — М., 1992, — 24 с.
  64. Ф. Дж. Теория подвижности электронов в твердых телах, — М.-Л., 1963,-224 с.
  65. В.В., Сухарев В. Я., Мясников H.A. О влиянии адсорбции на степень беспорядка поли кристаллического полупроводника // ФТТ, — ¡-987,-Т. 29, № 8.- С. 2305−2308
  66. H.H., Двуреченский A.B. Парамагнитные центры на поверхности полупроводников // Элементарные физико-химические процессы на поверхности монокристаллических полупроводников: Сб. ст,-Новосибирск, 1975, — С. 73−82
  67. В. Аморфные и поликристаллические полупроводники, — М., 1987, — 160 с.
  68. Е.А., Гельд П. В., Адамеску P.A. Обобщенная проводимость и упругость макрооднородных гетерогенных материалов, — М., 1992, — 145 с.
  69. Най Дж. Физические свойства кристаллов.- М., 1967.- 385 с.
  70. С.Ф., Мезенцев А. Н. Об эффективных характеристиках сред, содержащих инородные включения // Известия вузов. Физика.- 1983 Т. 26, № 6, — С. 38−42
  71. В.Л. Вариационные принципы механики сплошной среды.-М., 1983, — 448 с.
  72. А.Л. Об эффективной теплопроводности сред с переодически расположенными включениями // Доклады АН СССР.- 1979.Т. 247, № 6, — С. 1363−1367
  73. В.В. Тепло- и электропроводность гетерогенных систем: Автореф. дис. канд. техн. наук.- Л., 1978, — 25 с.
  74. Broadbent S.R., Hammersley J.M. Percolation processes I. Crystals and mazes 11 Proc. Camb. Phil. Soc.- 1957, — V.53, part 3, — P. 629−641
  75. .И., Эфрос А. А. Электронные свойства легированных полупроводников,-М., 1979,-416с.
  76. Kirkpatrick S. Percolation and conduction // Rev. Mod. Phys.- 1973.-V. 45, № 4.-P. 574−588
  77. Elliott R.J. Krumhansl J.A., Leath P.L. The theory and properties of randomly disordered crystals and related physical system // Rev. Mod. Phys.- 1974, — V. 46, № 3,-P. 465−543
  78. Watson B.P., Leath P.L. Condactivity in the two-dimensional-site percolation problem // Phys. rev. В.- 1974, — V. 9, NIL- P. 4893−4896
  79. Levinshtein M.E. Critical indexes of conductivity in two- dimensional percolation problems // J. Phys. C: Solid State Phys.- 1977.- V. 10, NIL- P. 1895−1901
  80. Onizuka K. Computer experiment on a 3D site percolation model of porous materials — its connectivity and conductvity // J. Phys. Soc. Japan.- 1975, V. 39, N2, — P. 527−535
  81. Т.Л. Об аномально высокой тензочувствительности электропроводности неоднородных сред // ЖЭТФ, — 1984, — Т. 87, № 2, — С. 635−638
  82. Д.А., Михайлова К. К. Активные угли. Свойства и методы испытаний. Справочник, — Л., 1972- 56 с.
  83. Активные угли, эластичные сорбенты, катализаторы, осушители, химические поглотители / Под ред. Солопеевой, — Черкассы: НИИТЭХИМ, 1996
  84. В.Ф., Колотова Б. Е. Фреоны. Свойства и применение, — Л., 1970.-182 с.
  85. А.Д. Аутогезия сыпучих материалов, — М., 1978
  86. Физическая энциклопедия. Т.1 / Гл. ред. Прохоров A.M.- М., 1988, — 704 с.
  87. О., Смигельский О. Расчеты по процессам и аппаратам химической технологии. М., 1971, — 448 с.
  88. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. JL, 1982,-592 с.
  89. А.И., Шумяцкий Ю. И. Адсорбционная осушка газов. М., 1972
  90. Охрана труда в химической промышленности. / Под ред. Макарова Г. В.-М., 198 991.3евин М.Б., Парини Е. П. Справочник молодого электромонтера. М., 1990, — 208 с.
Заполнить форму текущей работой

Сдать сессию!