Файл: Хордас, Г. С. Техническое кондиционирование воздуха и инертных газов на судах.pdf

количество воды. Указанные явления можно представить графи­ чески (рис. 95) при помощи диаграммы насыщения адсорбента водой по ходу газов в различное время процесса.

Кривая на рис. 95, а показывает распределение насыщения водой по толщине слоев на участке 1 сорбента в начальный момент работы. Первые слои имеют максимальную степень или полное насыщение; на некотором расстоянии степень насыщения равна нулю; газы про­ ходят через остальную часть аппарата уже сухими.

Толщина слоев

Рис. 95. Графическое изображение насыщения водой слоев адсорбера.

По мере дальнейшей работы характер кривой остается тем же, но она сдвигается (рис. 95, б); появляются участки 2 насыщенного водой слоя; толщина этих слоев все увеличивается и достигает максимального значения в последний момент работы адсорбера, который показан на диаграмме рис. 95, в. В этот момент наступает просачивание влажных газов. Площадь 3 показывает, что в конце периода адсорбции часть адсорбента не используется для поглоще­ ния воды из газов. Величина этой площади или количество неисполь­ зуемого адсорбента зависит от его природы, крупности его зерна, соотношения между высотой и сечением слоя, скорости движения газов и т. д. Поэтому при определении массы адсорбента, необходи­ мого для поглощения определенного количества воды, приходится пользоваться практическими данными [74].

По данным П. 3. Бурбо, К- В. Насонова и др. [14], [40], для силикагеля при рассматриваемых условиях можно принимать а = = 9-ч-11%, а0 = 1,5+ 2%.

Удельное количество теплоты, необходимое для подогрева адсор­

После ряда подстановок и преобразований с достаточной для практических расчетов точностью получаем постоянную величину

для ориентировки нанесена в приложении II на диаграмму Id (из точки Т = 250° С и d = 0).

Аналогично можно получить значение ер и для более редкого случая использования в качестве сорбента цеолита.

Может быть предложен следующий порядок построения про­ цессов в диаграмме Id (рис. 96).

1. По формулам (19) и (21) определяются значения характери­ стики процесса осушения е0 и температуры ТА.

2.Зная величины е0 и ТА, нетрудно определить точку А как пересечение линии процесса е0 или изотермы ТА с линией постоян­ ного влагосодержания dA.

3.Исходя из возможностей применяемых подогревателей газов

с линией постоянного влагосодержания dn. Следует иметь в виду, что с увеличением температуры уменьшаются расход газов, исполь­ зуемых для регенерации, и тепловая нагрузка подогревателей газов.

Процессы подогревания и охлаждения воздуха и инертных газов аналогичны процессам обработки воздуха в высоконапорных системах комфортного кондиционирования воздуха, и их построение затруднений не вызывает.

Массовый расход воздуха или инертных газов (по сухому воздуху, газам), направляемых на регенерацию сорбента (при работе по схе­ мам систем технического кондиционирования воздуха типа А и

где Сг — производительность адсорбера по сухим воздуху и инерт­

В случае применения системы инертных газов типа Е с пред­ варительным отделением воды после сжатия (рис. 96, г) следует

196

Рис. 96. Построение процессов осушения инертных газов и воздуха и регенерации адсорбента на Id диаграмме: а — осушение топочных газов, отбираемых от дымоходов котлов или выпускных газов ДВС (после их дожига); б — осушение генерируемых инертных газов и воздуха; в — осушение генерируемых инертных газов с предварительным охлаждением холодильными машинами и использованием осушенных газов для реге­ нерации твердого сорбента; а — осушение генерируемых инертных газов с предварительным отделением воды после сжатия и использованием осу­ шенных газов для регенерации твердого сорбента.

Параметры инертных газов и воздуха: А — на выходе из адсорбера после осуше­ ния (адсорбции паров воды); Д — на выходе из адсорбера • после регенерации сорбента (десорбции паров воды); К — на выходе из газового компрессора; О — на входе в адсорбер перед осушением; О' — на выходе из охладителя после осушения; П — на выходе из подогревателя; С — на выходе из скруббера;

Н — на выходе из нагнетателя газов.

определить величину относительной влажности при атмосферном давлении фх, соответствующую <р„ = 100% при давлении рп [41 ]:

Количество воды, отводимое от отделителя воды после компрес­

Так как положение изотерм и изоэнтальп в диаграмме Id не за­ висит от давления [41 ], дальнейшие построения и порядок расчета схемы с компрессией газов аналогичны схеме с предварительным охлаждением газов с помощью холодильной машины. Некоторым изменением удельной теплоемкости газов при увеличении давления в пределах 1 МПа можно пренебречь.

Осушение газовых смесей (воздуха, инертных—выпускных и топочных—газов) в ряде случаев производят с помощью растворов солей. Для судовых условий наиболее эффективен водный раствор хлористого лития. Использование его предусмотрено, в частности, в системе осушенных инертных газов, установленной на танкере

«Крым» (см. гл. III).

Процессы абсорбции паров воды растворами хлористого лития и регенерации растворов (десорбции воды) в камерах орошения исследовали И. И. Чернобыльский, О. А. Кремнев и А. С. Чавдаров [69], в пленочных камерах — Н. Н. Павлов, С. 3. Рыбалов и др.

и разработаны различные аналитические методы расчетов процессов абсорбции и десорбции.

Вместе с тем сложность и громоздкость большинства предлагае­ мых методов, с помощью которых определяют параметры процессов с высокой точностью, не оправдываются степенью достоверности исходных данных. Как указывают, например, И. И. Чернобыльский и др. [69], на экспериментальное значение коэффициентов тепло- и массообмена значительно влияет ошибка в подсчете температурного напора, вследствие того, что процессы осушения газовых смесей солевыми растворами протекают при малых разностях температур. Отличаются данные, полученные различными исследователями, и по физическим свойствам растворов, в том числе по величине парциальногр давления водяного пара над ними (рис. 97).

Как известно, процесс осушения влажных воздуха и инертных газов с небольшим повышением их температуры осуществляют при взаимодействии с растворами более высокой температуры, чем тем­ пература воздуха или инертных газов. Однако температура раствора

198

при этом не должна значительно превышать температуру газовой смеси, так как для проведения процесса осушения требуется, чтобы давление водяных паров над раствором было меньше парциального давления водяных паров и смеси. Осушение воздуха и инертных га­ зов с одновременным их нагреванием может быть также выполнено при равенстве начальных температур влажной смеси газов и рас­ твора, но при малом количестве последнего. Повышение темпера­ туры воздуха и инертных газов происходит вследствие повышения температуры раствора (за счет теплоты конденсации водяных паров и теплоты разбавления).

Рис. 97. Зависимость парциального давления водяного пара над рас­ твором хлористого лития от концентрации и температуры.

---------по данным И. И. Чернобыльского и др. [6 9 ] ,---------- по данным Дэвиса [70].

а —граница замерзания; б — граница кристаллизации.

Изотермический процесс осушения газовой смеси производится при равных начальных температурах смеси и раствора и при таком количестве орошающего раствора, при котором теплота конденса­ ции водяных паров и теплота разбавления несущественно повышают температуру раствора. Изотермический процесс осушения практи­ чески может быть также осуществлен при соответствующем пони­ жении начальной температуры раствора и выборе такого количества раствора, при котором температура раствора после взаимодействия с воздухом или инертными газами будет равна их начальной тем­ пературе.

Процесс осушения с понижением температуры осуществляют при температурах раствора более низких, чем это требуется для про­ ведения изотермического осушения, и при соответствующих коли­ чествах раствора для орошения воздуха или инертных газов 169].

В судовых условиях процессы абсорбции и десорбции имеют ряд специфических особенностей (например, относительно высокая температура охлаждающей забортной воды, обусловливающая нагрев воздуха и других газовых смесей в процессе абсорбции). С учетом этих особенностей с достаточной для практических целей точностью определение параметров процессов удобнее выполнять с помощью

199

диаграммы Id. На диаграмму наносят кривые концентрации раствора хлористого лития в зависимости от температур и парциальных давлений водяного пара над ним [44].

Для областей температур и влагосодержания, где протекает большинство процессов в судовых системах, автором с использова­ нием данных 1691 построены такие диаграммы в системе СИ для воздуха и для выпускных и топочных газов наиболее типового со­ става (приложения III и IV)[64].

Построение процессов применительно к различным схемам цир­ куляции раствора показано на рис. 98. Параметры: А — инертных газов и осушенного воздуха на выходе из абсорбера; А' — средние

забортной воды (обычно для судов неограниченного района плава­ ния Т0 = 36-ь38° С). Концентрацию раствора на входе в абсор­ бер Ко выбирают такой, чтобы избежать кристаллизации при охлаж­ дении раствора забортной водой более низкой температуры. При подаче на охладитель воды с температурой не менее 6 —8 ° С можно принимать К0 — 43%.

Концентрацию раствора на выходе из абсорбера после абсорб­ ции воды Кв можно получить путем составления материального

202

массового расхода раствора, поступающего в абсорбер, к массовому расходу сухой газовой смеси. По данным

[10, 34, 44], можно принимать: ра - 5,0ч-6,0 — для аппаратов орошающего типа без насадки, ра =-= 1,5 — для аппаратов орошающего типа с насадкой (пленочные

выходе из абсорбера определяют построением процесса осушения газовой смеси на основе теплового баланса

ванных параметрах / с, Тс, dc, dA, TQ и Ко проводят линию процесса

быть несколько изменено в большую сторону и уточнена концен­ трация Кв-

Следует иметь в виду, что для создания перепада парциальных давлений конечное давление водяных паров над раствором рв должно быть на 0,13—0,27 кПа (1—2 мм рт. ст.) меньше парциального дав­ ления водяных паров рА в газовой смеси [69].

Концентрация восстановленного раствора Кр при отборе раствора на регенерацию после абсорбера (см. рис. 98, а) определяется на

203