АДСОРБЦИОННАЯ УСТАНОВКА

Предложенное техническое решение относится к установкам для очистки жидкостей, а именно к адсорбционным установкам и может быть использовано в пищевой промышленности и коммунальном хозяйстве.
Известна адсорбционная установка, содержащая резервуар с жидкостью, батарею адсорберов для ее очистки и чан с очищенной жидкостью, соединенные трубопроводами.
(См. Патент РФ №2151180, МПК кл. C12G 3/08, 1998 г.)
Согласно известному техническому решению, из резервуара жидкость, а именно водно-спиртовая смесь, по трубопроводу подается на очистку в адсорбер с активированным углем, а затем в чан для готовой продукции. При этом активный уголь поддерживают в состоянии псевдоожиженного слоя с периодической регенерацией угля перегретым паром с температурой 160-180°С.
Псевдоожижение активированного угля в адсорбере позволяет сократить продолжительность процесса очистки за счет снижения внешнедиффузионного сопротивления.
Недостатком данного устройства является то, что сокращение продолжительности процесса лимитируется скоростью уноса очищенного продукта с поверхности раздела фаз. Кроме того известное устройство обладает высокой энерго- и металлоемкостью, занимает большие производственные площади в связи с необходимостью использования батареи адсорберов.
Известна, также, адсорбционная установка, содержащая резервуар с жидкостью, адсорбер, теплообменник и насос, последовательно соединенные системой трубопроводов с запорными клапанами с исполнительными механизмами с образованием рециркуляционного контура и пульт управления, электрически соединенный с исполнительными механизмами клапанов.
(См. Патент РФ №1220344, С13К 1/02, 1984 г.)
Данное устройство по технической сущности и достигаемому результату наиболее близко к предложенному техническому решению и, поэтому, принято за его прототип.
При работе устройства жидкость из резервуара с помощью насоса циркулирует по замкнутому контуру через теплообменник и адсорбер. Управление процессом очистки жидкости осуществляется путем периодического регулирования расхода жидкости с помощью пульта управления, электрически соединенного с исполнительными механизмами запорных клапанов.
Недостаток этого устройства является периодичность регулирования процесса, что снижает производительность установки и качество получаемого продукта.
Техническим результатом разработки является повышение производительности процесса очистки путем автоматического поддержания оптимальных параметров работы адсорбера.
Указанный технический результат достигается тем, что адсорбционная установка, содержащая резервуар с жидкостью, адсорбер, теплообменник и насос, последовательно соединенные системой трубопроводов с запорными клапанами с исполнительными механизмами с образованием рециркуляционного контура и пульт управления, электрически соединенный с исполнительными механизмами клапанов, дополнительно содержит средства измерения давления, установленные на трубопроводах перед и после адсорбера, расходомер, установленный на входе жидкости в адсорбер, клапана для отбора проб жидкости, установленные на трубопроводе на входе и выходе жидкости из резервуара, а пульт управления оснащен блоком программного управления исполнительными механизмами запорных клапанов и электрически соединен с показателями давления и расходомером с возможностью поддержания активной гидродинамической обстановки в адсорбере при заданных значениях критерия Рейнольдса.
В стационароном режиме, при постоянном значении расхода жидкости Q=const, критерий Рейнольдса Re определяется следующим соотношением:
эк
1
Re=V*dρ/η=V*k, где:
ρ - плотность жидкости;
V - действительная (средняя) скорость течения жидкости в каналах;
эк
d - эквивалентный диаметр;
η - динамическая вязкость жидкости;
1
k - коэффициент (const)
Формула Дарси, определяющая потери давления на гидравлических сопротивлениях, имеет вид:
2
2
ΔР=ξ*ρ*V/2=V*ka, где:
ΔР - потери давления на гидравлическом сопротивлении;
ξ - общий коэффициент потерь (коэффициент Дарси);
2
k - коэффициент (const)
Отсюда:
1
2
1/2
Re=k*(ΔР/k)
Экспериментально установленные значения развитой турбулентности в угольных адсорберах такого типа, соответствуют критерию Рейнольдса в пределах от 100 до 7000. При больших значениях начинается автомодельный режим, при котором увеличивается затрачиваемая мощность без достижения желаемого эффекта.
Вышеуказанные закономерности и параметры закладываются в программу блока управления исполнительными механизмами клапанов адсорбционной установки.
На фиг.1 изображена принципиальная схема адсорбционной установки.
Адсорбционная установка содержит резервуар 1, адсорбер 2, теплообменник 3 и насос 4, последовательно соединенные системой трубопроводов с запорными клапанами 5 и 6 с исполнительными механизмами с образованием рециркуляционного контура, средства измерения давления 7 и 8, расходомер 9, клапан 10 и 11 для отбора проб жидкости, блок управления 12 с блоком программного управления 13. контрольный клапан 14, заливной патрубок 15 и сливной кран 16.
Адсорбционная установка работает следующим образом.
В резервуар 1 через патрубок 15 заливается жидкость, которая при помощи насоса 4 циркулирует по замкнутому контуру, проходя многократно через теплообменник 3 и адсорбер 2 в котором находится неподвижно лежащий слой твердого гранулированного адсорбента. Двигаясь через сложную структуру неподвижно лежащего слоя адсорбента, в жидкости возникают вихреобразования, которые создают активную гидродинамическую обстановку в рабочей зоне аппарата. С помощью пульта управления 12, в который входит блок программного управления 13, постоянно регистрируются сигналы средств измерения давления 7 и 8, установленных на входе и выходе потока жидкости из адсорбера и массовый расход жидкости, измеряемый расходомером 9. В зависимости от величины потери давления ДР при соответствующем значении расхода Q, по заданной программе подаются соответствующие сигналы с пульта управления на исполнительные механизмы запорных вентилей 5 и 6, открытие или закрытие которых позволяет оптимизировать расход и скорость потока для создания высокой турбулентности. При значении критерия Рейнольдса Re меньше 7000, на границе раздела твердой и жидкой фаз практически полностью отсутствует внешнее диффузионное сопротивление, в основном лимитирующее скорость массопереноса из твердой фазы в жидкую. Процесс ведут до требуемой степени очистки жидкости и контролируют путем отбора проб с помощью клапана 10, установленного на трубопроводе на выходе потока из адсорбера. В случае нарушения работы системы сброс жидкости может быть осуществлен с помощью контрольного клапана 14. По окончании работы жидкость сливают с помощь сливного крана 11, установленного на резервуаре.
Преимуществом предложенного устройства является его простота и надежность. Гранулированный адсорбент не истирается и не дробится. Десорбция производится достаточно просто и практически без потерь адсорбента. Активная гидродинамическая обстановка, создаваемая в рециркуляционном адсорбере позволяет интенсифицировать процессы адсорбции и при этом в 2-3 раза снизить продолжительность процесса и энергозатраты на его осуществление.