Приора замена клапана адсорбера: Клапан адсорбера Приора: ремонт и замена

Winegardner, W. K. Оценка старения HEPA-фильтров и адсорберов ядерной системы очистки воздуха. Том 1, этап 1 . США: Н. П., 1993. Интернет. DOI: 10,2172 / 10178628.

Winegardner, W. K. Оценка старения HEPA-фильтров и адсорберов ядерной системы очистки воздуха.Том 1, этап 1 . Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/10178628

Винегарднер, В. К. Сан. «Оценка старения фильтров и адсорберов HEPA ядерной системы очистки воздуха. Том 1, Фаза 1». Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/10178628. https://www.osti.gov/servlets/purl/10178628.

@article {osti_10178628,
title = {Оценка старения HEPA-фильтров и адсорберов ядерной системы очистки воздуха. Volume 1, Phase 1},
author = {Winegardner, W. K},
abstractNote = {Фаза I оценки старения высокоэффективных воздушных фильтров (HEPA) и блоков адсорбции газа с активированным углем (адсорберов) была проведена Тихоокеанской Северо-Западной лабораторией (PNL) в рамках Комиссии по ядерному регулированию США (NRC) Программа исследований старения ядерных установок (NPAR). Информация об особенностях конструкции; неудачный опыт; механизмы, эффекты и стрессоры старения; разработаны методы наблюдения и мониторинга для этих ключевых компонентов системы очистки воздуха.Более 1100 отказов, или 12 процентов фильтровальных установок, были зарегистрированы в рамках исследования Министерства энергетики (DOE). Исследователи из других национальных лабораторий предположили, что эффекты старения могли быть причиной более 80 процентов этих отказов. Испытания на растяжение старых образцов фильтрующих материалов показали снижение прочности. Механизмы старения фильтров варьируются от тех, что связаны с загрузкой частиц, до реакций, изменяющих свойства герметиков и прокладок. Низкие факторы обеззараживания радиоактивным йодом, связанные с аварией на Три-Майл-Айленде (TMI), были связаны с преждевременным старением углерода в адсорберах.Механизмы, которые могут привести к ухудшению характеристик адсорбера, включают окисление, а также потерю потенциально доступных активных центров в результате адсорбции загрязнителей. К стрессорам относятся тепло, влага, радиация, а также частицы и загрязнители, переносимые по воздуху.},
doi = {10.2172 / 10178628},
url = {https://www.osti.gov/biblio/10178628}, журнал = {},
номер =,
объем =,
place = {United States},
год = {1993},
месяц = ​​{8}
}

(PDF) Новая конструкция расширительных и регулирующих клапанов для двухслойной адсорбционной системы охлаждения

IX Минский международный семинар «Тепловые трубы, тепловые насосы, холодильники, источники энергии»,

Минск, Беларусь, 07-10 сентября 2015 г.

3

Четыре обратных клапана, V1-V4, установленных между слоями адсорбера и конденсатором, и слоями адсорбера

, и испаритель должен иметь низкое давление крекинга.ACS использует воду в качестве хладагента и эксплуатирует

в диапазоне от 1 до 8 кПа, поэтому любое падение давления выше 0,5 кПа между слоями адсорбера и конденсатором

или слоями адсорбера и испарителем снижает производительность системы. В этом исследовании обратные клапаны

имеют давление открытия менее 250 Па (генератор, модель № DCV-375B-S), не потребляют энергию

, долговечны и недороги. Для управления нагревом и охлаждением слоев адсорбера используются восемь электромагнитных клапанов

, V5-V12 с максимальной рабочей температурой 120 ° C (StcValve, модель # 2W160-1 / 2-3-

В с потребляемой мощностью 14 Вт и # 2WO160-1 / 2-3-V с потребляемой мощностью 30 Вт) и общей мощностью

потребляемой мощности 176 Вт.Расположение электромагнитных клапанов для коллектора теплоносителя и коллектора

показано на рис. 2.

(a) (b)

Рис. 2. Расположение электромагнитных клапанов в (a) коллекторе и (b) коллекторе двухадсорбционный слой АСУ ТП. : нормально

открыт,: нормально закрыт.

Как показано на рис. 2, электромагнитные клапаны V5, V7, V10 и V12 нормально закрыты, а электромагнитные клапаны

V6, V8, V9 и V11 нормально открыты. Для десорбции слоя адсорбера 1 теплоноситель поступает из TCS

HF

, поступает в коллектор

, проходит через клапан V6 и направляется в слой адсорбера 1, как показано на рис.2a, а затем возвращается из слоя адсорбера 1

, проходит через клапан V8 и возвращается в TCS

HF

, как показано на рис. 2b. Для процесса адсорбции

в слое адсорбера 2 охлаждающая жидкость поступает из TCS

CF

, проходит через клапан V9 и поступает в слой адсорбера

2. Затем она возвращается из слоя адсорбера 2, проходит через клапан V11 и возвращается в TCS

CF

. Когда на электромагнитные клапаны

не подается питание, TCS

HF

и TCS

CF

подключаются к слоям адсорбера 1 и 2 соответственно.

Когда на электромагнитные клапаны подается питание, потоки нагревающей и охлаждающей жидкости переключаются, и TCS

HF

и

TCS

CF

подключаются к слою адсорбера 2 и 1 соответственно. При такой конструкции клапаны V1-V8 управляются

только с помощью релейного переключателя, который, в свою очередь, управляется автоматически с помощью программы LabVIEW, а потребление мощности

клапанов V1-V8 за один цикл снижается на 50% с 176 Вт до 88 Вт.Кроме того, обратные клапаны V1-

V4 работают автоматически, без энергопотребления, под воздействием градиентов давления между слоями адсорбера

, а также конденсатором и испарителем. Общая масса восьми электромагнитных клапанов и четырех обратных клапанов

составляет около 7 кг (8 × 0,815 кг + 4 × 0,115 кг). Если бы использовались шаровые краны с электрическим или пневматическим приводом

, общая масса восьми клапанов и четырех обратных клапанов составила бы 17,5 кг (8 × 2,130 кг + 4 × 0. 115 кг)

, что на 10,5 кг (в 2,5 раза) тяжелее конструкции, использованной в данном исследовании.

Расширительный клапан холодильной системы предотвращает попадание парообразного хладагента в конденсатор

в испаритель и создает перепад давления между конденсатором и испарителем, который

устанавливается давлением насыщения хладагента. Таким образом, расширительный клапан ACS, в котором в качестве хладагента

используется вода, отличается от клапанов, разработанных для обычных VCRC, в которых используются коммерческие хладагенты, такие как хлорфторуглероды (CFC)

, гидрохлорфторуглероды (HCFC) и гидрофторуглероды (HFC).Среди

ACS для стационарных применений трубка с обратным U-образным изгибом часто использовалась в качестве расширительного клапана.

Регулирующий поток в процессе обработки твердых частиц

До ноября 2000 года работало Департамент коммунальных услуг округа Гвиннетт (DPU). семь станций очистки сточных вод малой и средней мощности, которые в совокупности обрабатывали более 48 мгд. При росте населения в среднем около 18 000 в год, округ Гвиннетт является одним из самых быстрорастущих регионов Америки, а потребности в лечебных мощностях неуклонно увеличивались на два миллиграмма в год с начала 1990-х годов.

В 1996 году группа из шести инженерных и строительных фирм, состоящая из Metcalf & Eddy, Piedmont, Olsen & Hensley, Moreland Altobelli, Jordan Jones & Golding, Ch3M Hill и Precision Planning, сформировала Gwinnett Water Partnership в 2000 году и приступила к разработке планов по новая установка очистки сточных вод мощностью 20 мг / сут, которая потенциально может быть увеличена в будущем. Конструкция включала два закрытых анаэробных варочных котла яйцевидной формы для разложения твердых веществ, что сделало округ Гвиннетт первым на юго-востоке страны, применившим эту инновационную новую тенденцию в очистке сточных вод.

Варочные котлы для яиц включают процесс циркуляции, при котором твердые частицы удаляются из резервуара, проходят через нагреватель и затем возвращаются в резервуар для дальнейшей обработки. Ручные и регулирующие пережимные клапаны Red Valve используются для регулирования дросселирования и ремонтной изоляции. Устойчивая к истиранию эластомерная втулка пережимного клапана делает его идеальным для работы с толстым шламом, присутствующим на этой стадии процесса, а закрытая конструкция удерживает материал. Несколько пережимных клапанов также регулируют поток в адсорберы с гранулированным активированным углем, что является более ранней стадией процесса.

Варочные котлы для яиц обладают превосходными преимуществами циркуляции по сравнению с обычным смесительным баком за счет уменьшения площади поверхности и устранения мертвых зон. Перемешивание происходит по всему резервуару, предотвращая осаждение и расслоение.

Еще до того, как объект был введен в эксплуатацию в ноябре 2000 года, партнерство уже занималось проектированием расширения на 40 мг / сут. Запуск расширения запланирован на 2002 год.

Обратные клапаны
Вторичные осветлители завода были построены на том же уровне, что и три резервуара для хранения сырой воды, и партнерство было обеспокоено тем, что в случае переполнения резервуара, необработанные отходы загрязняют воду в резервуарах для осветления. Чтобы предотвратить эту проблему, был установлен 48-дюймовый обратный клапан Tideflex® InLine от Red Valve, чтобы предотвратить нежелательный поток в осветлители. Давление снаружи клапана. Запатентованная Duckbill® клапана герметично закрывает клапан даже вокруг застрявших препятствий.

Выпускные диффузоры
В устье Крукед-Крик, где в настоящее время сбрасывается повторно используемая вода с завода Гвиннетт, был установлен многопортовый диффузор для лучшего рассеивания конечных стоков и защиты качества воды в нижнем течении реки Чаттахучи.Система, разработанная Монтгомери Уотсоном, включает 22 шестидюймовых диффузорных клапана Red Valve Tideflex®. Конструкция диффузоров с регулируемым отверстием увеличивает скорость выпускаемой струи для улучшения перемешивания и разбавления. Форма выпускного потока с плоским факелом, созданная конструкцией, также способствует рассеиванию.

Диффузоры Tideflex обладают дополнительными преимуществами обратного клапана, предотвращая обратный поток в выпускную трубу. Это останавливает проникновение песка, ила и грязи, которые могут значительно снизить эффективность и в конечном итоге засорить систему.

Завод мощностью 40 мг / сут будет сбрасывать сточные воды в новый сток на озере Ланье округа Гвиннетт, где проектируется еще более крупная диффузорная система Tideflex®. Новая система, включающая 96-футовый многопортовый трубопровод, поможет поддерживать оптимальное качество воды, что уже позволило Gwinnett получить щедрое разрешение на воду. Текущее разрешение Гвиннетта позволяет округу не только сбрасывать 40 мг в сутки, но и извлекать такое же количество для обработки и розлива в качестве готовой питьевой воды.

Кабина 3741

Модель с несколькими ячейками для процесса адсорбции при переменном давлении

Описание процесса

Схема основного слоя адсорбента с клапанами показана на рис. 1. Большинство циклов PSA можно настроить с помощью этого базового варианта осуществления. . Хотя модель, разработанная в этой работе, является очень общей и может использоваться для моделирования большинства процессов PSA, процесс PSA, рассматриваемый в этой работе, представляет собой обогащение воздуха азотом с использованием CMS в качестве адсорбента. Подача в систему — сжатый сухой воздух.Здесь также предполагается, что для объяснения подхода к моделированию в процессе PSA используются два идентичных слоя. Базовый цикл Скарстрома состоит из четырех этапов: повышение давления с подачей, адсорбция с прохождением сырья через слой, продувка или десорбция для экстракционного резервуара и противоточная продувка рафинатом (Mhaskar et al. 2012). Аббревиатуры, используемые для обозначения шагов, основаны на этих значениях. На первом этапе сырье под высоким давлением пропускается через слой через подающий клапан (V ₁ ), при этом все другие клапаны остаются закрытыми, чтобы повысить давление в слое до более высокого желаемого уровня.Поэтому этап повышения давления с подачей называется PF. На втором этапе подача под высоким давлением продолжает непрерывно поступать в слой через подающий клапан, при этом клапан рафината (V ₄ ) также открыт. Адсорбция происходит, когда поток сырья проходит через слой от конца подачи к концу рафината. Кислород (O ₂ ) из поступающего воздуха предпочтительно адсорбируется, а газовая фаза, обогащенная N ₂ , собирается на конце рафината в качестве желаемого продукта. Поэтому этот этап называется адсорбцией корма (FA).На третьем этапе выпускной клапан (V ₂ ) открывается, при этом все остальные клапаны закрываются, чтобы снизить давление в слое до более низкого уровня. Компонент, предпочтительно адсорбированный на первых двух этапах (в данном случае O ₂ ), десорбируется на этом этапе. Поток, более богатый этим компонентом, выходит из слоя через клапан V ₂ и собирается как поток экстракта в резервуаре экстракта. Ощущение потока на этом этапе противоположно направлению потока на первых двух этапах. По этой причине этап называется противоточной разгерметизацией.Это было обозначено как Десорбция в Экстракт (DE). На четвертом этапе фракция рафината, собранная на этапе FA, пропускается через продувочный клапан (V ₃ ), удерживая клапан экстракции открытым для вымывания десорбированного O ₂ из слоя. Ощущение потока на этом этапе также является противотоком. Таким образом, это этап очистки от рафината в противотоке, называемый RP. Также можно отметить, что первые два этапа, а именно PF и FA, составляют производственную половину цикла ВАБ. Следующие два шага, а именно DE и RP, аналогично составляют половину цикла регенерации PSA.Для варианта осуществления процесса с двумя слоями общая продолжительность фазы производства должна равняться соответствующей общей продолжительности фазы регенерации. Рисунок 1 дает общее представление о процессе с точки зрения одного из двух слоев адсорбента. Вторую кровать, хотя она и не показана на схеме, можно представить как идентичную во всех отношениях. Он работает только с фазовой задержкой в ​​половину цикла PSA. Два слоя вместе составляют технологический цикл PSA. Состояние клапанов показано в таблице 1. Шаги PSA можно определить по состоянию клапанов.Из рис. 1 видно, что слой адсорбента выполняет стадию FA.

Рис. 1

Схема ВАБ с неподвижным слоем для ступени ТВС

Большинство коммерческих процессов PSA используют сложные циклы PSA, которые имеют большее количество шагов, чем четыре основных шага, используемых в цикле Скарстрома. Используемые дополнительные этапы включают десорбцию до рафината (DR), повышение давления с помощью рафината (PR), выравнивание давления (PE), инкубацию (ID) и т. Д.На стадии DR продукт-рафинат, остающийся в пустом пространстве слоя, в основном в частях слоя рядом с концом рафината, удаляется из слоя адсорбента. Это также снижает давление в слое при извлечении достаточно чистого рафината. Слой продолжает удерживать более сильно адсорбированные частицы к концу подачи, в то время как некоторые из них могут десорбироваться и повторно адсорбироваться к концу продукта. Таким образом, частицы, которые нужно удалить из слоя, остаются в конце продукта. Это увеличивает концентрацию сильно адсорбируемого компонента как в объемной фазе, так и в фазе адсорбента.Это также увеличивает извлечение рафинатного продукта и приводит к получению экстракта более высокой чистоты.

Этап повышения давления с использованием рафината (PR) начинается после этапа RP низкого давления. На этом этапе часть потока рафината, собранного на этапах FA и DR, проходит в слой через клапан V ₃ . Все другие клапаны, включая клапан, подключенный к резервуару для экстракта (V ₂ ), на этом этапе остаются закрытыми. Этот этап увеличивает концентрацию менее адсорбирующего компонента в основной фазе и подталкивает нежелательный компонент к концу подачи.Добавление этой стадии улучшает чистоту и извлечение рафинатного продукта, а также позволяет избежать значительных скачков давления во время стадии повышения давления в сырье.

На этапе выравнивания давления (РЕ) слои адсорбента высокого и низкого давления соединяются через клапан. Одна из возможностей может заключаться в том, что соединение сверху-верх, что означает, что концы продукта рафината обоих слоев адсорбента соединены через клапан. Вторая возможность может быть сверху-снизу, что означает, что конец продукта рафината слоя адсорбента высокого давления соединен с концом подачи продукта слоя адсорбента низкого давления через клапан.Две другие возможности — снизу – низ и снизу – верх. Соединение сверху-верх на этапе выравнивания давления более распространено, чем три других варианта. Клапаны, используемые для соединения слоев на этом этапе, не показаны на схеме выше. Этап ПЭ также считается этапом энергосбережения. Это также снижает потери, которые происходят на стадии DE, и, следовательно, увеличивает извлечение рафинатного продукта.

На шагах внутреннего диаметра все клапаны слоя закрыты, тем самым удерживая слой в состоянии покоя, т.е.е. изолирован от любого потока сырья / продукта. Этот шаг полезен для определения времени закрытия и открытия клапана. Например, подающий клапан должен полностью закрываться, прежде чем открывается вытяжной клапан. В противном случае, если оба клапана находятся на дне слоя адсорбента, может произойти короткое замыкание подачи в резервуар экстракта. Шаги идентификатора обычно короткие, часто 1 или 2 с.

Об общей и строгой модели сообщили Mhaskar et al. который учитывает все возможности и соответствующие шаги, которые происходят в процессах ВАБ.Тем не менее, модель недоступна с вычислительной точки зрения, особенно для использования в качестве инструмента при проектировании на основе моделирования. В то же время модель Mhaskar et al. является более репрезентативным для реальности и, следовательно, более предсказуемым (Mhaskar et al. 2012). В этой работе разработана модель, а именно модель с несколькими ячейками, которая предлагает эквивалентную предсказательную мощность при гораздо меньших вычислительных затратах.

Многоячеечная модель для процесса PSA

Раджасри и Мохарир сообщили о возможном подходе к моделированию PSA, который может преодолеть недостатки, связанные с концепцией замороженного твердого тела на этапах изменения давления (Rajasree and Moharir 2000).В работе было предложено, чтобы этапы повышения давления / продувки можно было визуализировать как состоящие из мгновенного повышения давления / сброса давления в начале каждого временного шага с последующей непрерывной адсорбцией / десорбцией в течение этого временного шага. Это приближение, но оно имеет физический смысл, поскольку понижение давления из-за конвективного потока является гораздо более быстрым явлением по сравнению с адсорбцией / десорбцией, управляемой кинетикой. Разница между двумя временными шкалами увеличивается до крайности за счет мгновенного сжатия / сброса давления.Это предположение в принципе похоже на предположение о псевдостационарном состоянии, успешно используемое при моделировании двух одновременных явлений, которые имеют временные масштабы, которые различаются по крайней мере на порядок. Примеры можно найти при моделировании некаталитических реакций газ-твердое тело с использованием таких моделей, как модель сжимающегося ядра, модель диффузии в зольном слое и т.д. (Levenspiel, 1972). Эта концепция также используется в каталитических газовых твердотельных реакциях в уплотненном слое с дезактивирующими катализаторами, где основные химические реакции протекают намного быстрее по сравнению с одновременной медленной дезактивацией.В принципе, аналогичная концепция используется при разработке многоячеечной модели для процесса PSA.

Модель можно оценить, если рассматривать ее не с точки зрения дифференциального баланса массы, ведущего к уравнениям в частных производных, как описано в литературе (Satyanjay and Moharir 2013). Однако в качестве конечного разностного приближения того, что происходит на небольшом временном шаге в виде уплотненного слоя с некоторым осевым давлением, профили состава подвергаются подаче газа через клапан. Это также позволяет некоторому количеству продуктового газа выходить через другой клапан на противоположном конце.Схема пласта показана на рис. 2, где пласт разделен на ряд равных осевых отделов или ячеек. Однако этот подход одинаково применим, даже если подразделения неравны.

Схема слоя адсорбента с числом ячеек m

Считайте, что кровать разделена на «m» ячеек. Он имеет два клапана на одном конце, соединенных с двумя разными резервуарами (например, резервуар для подачи и резервуар для экстракции) через соответствующие клапаны, и два клапана на противоположном конце, подключенные аналогично двум резервуарам (например, резервуар для рафината и резервуар для продувки).Из рисунка видно, что клапаны V ₁ , V ₂ , V ₃ и V ₄ подключены к питающему резервуару, экстракционному резервуару, продувочному резервуару и резервуару для рафината соответственно.

Каждая такая осевая ячейка имеет статический адсорбент, контактирующий с объемной фазой в этой ячейке. Для лучшего понимания модели мы решили назвать адсорбирующую часть ячейки Z-ячейкой, а часть объемной фазы — L-ячейкой. Выбор номенклатуры прост, потому что как Z, так и L часто используются в качестве номенклатуры для длины кровати.Разница между Z-ячейками и L-ячейками заключается в том, что в то время как первые статичны, газ в последних может перемещаться по мере поступления сырья и / или выхода продукта из слоя. Газ в L-ячейках может также перемещаться из-за адсорбции-десорбции, которая изменяет чистые моли газа в L-ячейках и изменяет их давление. Это то, что может произойти на этапе инкубации, когда нет ни притока корма, ни оттока продукта.

Работа модели с несколькими ячейками объясняется следующим образом. Слой имеет определенную известную концентрацию объемной фазы, концентрацию адсорбированной фазы и профиль давления в любой момент времени.Происходящее на следующем временном шаге можно визуализировать как серию из двух различных событий. Один из них — это мгновенное выравнивание давления в объемной фазе (IBPE), которое происходит в начале временного шага, а другой — это непрерывная адсорбция-десорбция между адсорбентом и объемной фазой, контактирующей с ним. Газ движется только во время ИБПЭ. Во время этого шага весь приток газа, который имел бы место в течение временного шага, происходит мгновенно.

Количество поступающего газа рассчитывается с использованием уравнения клапана на подающем конце слоя, которое связывает расход с мгновенной разницей между давлением на входе и выходе клапана.Точно так же уравнение клапана, относящееся к клапану на стороне продукта, определяет количество газообразного продукта, которое будет выходить из слоя. Баланс массы определяет количество родинок, которые остаются в постели. Предполагается, что газ в слое подвергнется выравниванию давления и оставит равномерное давление в слое, которое будет действовать в течение всего временного шага. Считается, что газ, унаследованный в L-клетках, движется как изолированные газовые пробки, не смешиваясь во время IBPE. Из-за этого движения основная фаза, контактирующая с любой Z-ячейкой в ​​слое, будет состоять из фракций одной или нескольких газовых пробок, которые представляют L-ячейки, унаследованные в начале, непосредственно перед IBPE.В зависимости от количества поступившего корма и объема, который он занимал на загрузочном конце слоя после ИБПЭ, он также может полностью или частично вносить вклад в объемную фазу по отношению к любой Z-ячейке. Объемная фаза против любой Z-ячейки — это новая L-ячейка, и ее состав определяет адсорбцию-десорбцию на временном шаге. Внедрение IBPE и определение новых составов L-клеток до адсорбции-десорбции является важной частью модели. После реализации IBPE адсорбция-десорбция в каждой Z-ячейке и новой L-ячейке в контакте с ней происходит независимо, и в этой непрерывной части двухэтапного приближения отсутствует осевое движение объемной фазы.Адсорбция – десорбция изменяет состав адсорбированной фазы и объемный фазовый состав в каждой Z-ячейке и паре L-ячейки. Давление объемной фазы в каждой ячейке также изменяется. Состояние Z-ячеек и L-ячеек в конце этого шага наследуется как их начальное состояние для реализации следующего инкрементного временного шага.

Рисунок 2 поясняет следующую процедуру моделирования. Высота Z-ячейки 1, Z-ячейки 2 до Z-ячейки m обозначена как ΔZ ¹ , ΔZ ² до ΔZ ^м .Аналогично, высоты L-ячейки 1, L-ячейки 2 до L-ячейки m обозначаются как ΔL ¹ , ΔL ² до ΔL ^м . Как показано на рис. 2, каждая L-ячейка имеет собственное давление, состав газа в мольных долях и общее количество молей. Точно так же каждая Z-ячейка будет иметь свою собственную концентрацию адсорбированной фазы. Таким образом, для L-ячейки 1 и Z-ячейки 1 мольная доля i-го компонента, давление, общее количество молей и концентрация адсорбированной фазы i-го компонента обозначены как \ (\ text {y} _ {\ text {i, j}} ^ {1}, \ text {P} _ {\ text {j}} ^ {\ text {1}}, \ text {N} _ {\ text {j}} ^ {1}, \ text {q} _ {\ text {i, j}} ^ {1} \) для j-го шага по времени.Мольные доли и концентрации адсорбированной фазы указаны для всех компонентов. Это значения параметров, унаследованные в начале (j + 1) -го временного шага. После моделирования на (j + 1) -м шаге соответствующие значения параметров с индексом (j + 1) будут унаследованы (j + 2) -м шагом и так далее.

Мы начинаем с состояния слоя в конце предыдущего временного шага с конечной разностью в качестве начального состояния слоя в начале следующего временного шага. Здесь объясняется выполнение IBPE для временного шага с конечной разницей во время шага FA цикла PSA.В начале любого небольшого шага конечной разности Z-ячейки и L-ячейки располагаются в одном и том же месте ложа. Газ из питающего резервуара, который поступит в течение следующего временного шага, рассчитывается с использованием уравнения клапана. Эти многочисленные моли газа попадают в слой, выталкивая газ в существующих L-ячейках вверх. В то же время расход газа, покидающего слой, рассчитывается с использованием начальных условий в L-ячейке на конце слоя и с использованием уравнения клапана на этом конце. Таким образом рассчитывается количество молей газа, покидающего слой.Зная количество входящих и исходящих молей и начальных молей во всех унаследованных L-клетках вместе, чистое количество молей, остающихся в основной фазе в слое, рассчитывается с помощью баланса молей. Общее давление в слое рассчитывается по закону идеального газа, исходя из количества молей, оставшихся в слое, и пустого объема в слое. Исходя из количества молей поступающего сырья и молей в каждой L-ячейке в исходном состоянии, длина заглушки для подаваемого газа и перемещенных газовых заглушек, соответствующих исходным L-ячейкам, вычисляется при этом давлении.Это вызывает движение газа в L-ячейках в виде изолированных пробок, а также их сжатие / расширение. Предполагается, что эти перемещенные заглушки и заглушка для подачи газа теперь занимают свои позиции в качестве батареи газовых заглушек в слое. Часть или полная газовая пробка в одной или нескольких L-ячейках ближе к концу слоя будет соответствующим образом перемещаться за пределы слоя и способствовать потоку рафината.

После того, как газовые пробки, соответствующие унаследованным L-ячейкам, переместились и сжимались / расширялись из-за притока, оттока и выравнивания давления, Z-ячейки теперь будут иметь в контакте с ними объемную фазу, которая может состоять полностью или частично. одной или нескольких исходных L-клеток перед таким перемещением.Затем считается, что газ, присутствующий напротив Z-ячейки, смешивается и приобретает смешанный состав чаши. Как только это перемещение L-ячеек и определение новых повторно настроенных L-ячеек (теперь снова равных по длине соответствующей Z-ячейке) принято, каждая пара Z-ячейки и L-ячейки подвергается адсорбции-десорбции. Это происходит в течение временного шага конечных разностей в соответствии с кинетикой и термодинамикой адсорбции-десорбции. После моделирования на временном шаге каждая L-ячейка и соответствующая Z-ячейка будут иметь новые характеристики (количество молей и мольных долей в объемной фазе, концентрация адсорбированной фазы).Технические характеристики объемной фазы будут определять конечное давление и состав L-ячеек. Газ в каждой L-ячейке унаследует эти характеристики, как и Z-ячейки для следующего временного шага с конечной разностью.

Для облегчения понимания концепции, особенно IBPE, учтите, что кровать разделена только на одну Z-ячейку. На рисунке 3 показано качественное движение одиночной L-клетки (распределенной по всему слою в этой простой визуализации) для различных этапов PSA. Различные стили используются для представления газовых пробок в L-ячейке и входящего потока.Полоски с кодировкой стиля (a – i) указывают движение газа в L-ячейке, а также входную заглушку подачи в конце части IBPE репрезентативного конечного другого временного шага в различных шагах PSA. Z-ячейка (которая здесь также является всем слоем) соединена с клапанами на обоих концах. Номера клапанов только открытых клапанов показаны на двух концах полосок с кодом стиля и указывают на клапаны, которые открыты во время этого этапа PSA. Коды стиля для подачи L (длина, на которую сырье переместилось в слое) и газа в L-ячейке 1: и соответственно.

Рассмотрим стержень (а). Ни на одном конце не указан номер клапана. Это означает, что все клапаны закрыты. Этот этап известен как этап инкубации и обозначен в данной работе как этап ID. Соответственно, газовая пробка в L-ячейке не перемещается.

Во время этапа PF заглушка подачи войдет в слой, подталкивая ранее присутствующую L-ячейку на определенную высоту. Столбик (b) на рис. 3 показывает занятость койки для шага PF после IBPE. На этом этапе открыт только клапан V ₁ .Сырье заняло некоторую часть слоя и сжало газовую пробку в L-ячейке, которая занимает оставшуюся часть слоя. Как объяснялось ранее, после IBPE исходный L и газ в унаследованной L-ячейке 1 вместе будут составлять новую L-ячейку 1 для адсорбции / десорбции в Z-ячейке 1. Это будет управлять адсорбцией / десорбцией.

Слой адсорбента с одной ячейкой для различных стадий процесса PSA

Шаг FA следует за шагом PF.На этом этапе приток из питающего резервуара и выход в резервуар для рафината через соответствующие клапаны будут происходить одновременно и мгновенно. В зависимости от количества корма, поступающего в слой, возможны два различных сценария на этапе FA для настоящего случая, когда весь слой представляет собой одну Z-ячейку. Эти два сценария показаны в столбцах (c) и (d). Одна возможность состоит в том, что входящей загрузочной пробки недостаточно для прохождения через слой и достижения рафината, а другая — в том, что сырье прорывается в поток продукта.Столбик (c) представляет сценарий, при котором заглушка подачи остается полностью закрытой в Z-ячейке 1, а часть газа в унаследованной L-ячейке 1 покидает слой, чтобы способствовать улавливанию рафината. Второй сценарий состоит в том, что заглушка пересекает слой, как показано на столбце (d). Таким образом, весь газ в унаследованной L-ячейке 1 с частью заглушки подачи проталкивается в резервуар для рафината. Остальные шаги можно понять на аналогичных строках, используя приведенный выше код стиля и номера открытых клапанов. Столбец (e) соответствует этапу DR, (f) этапу DE, (g) и (h) двум различным возможностям на этапе RP и (i) этапу PR.

Возможное количество различных сценариев, задействованных в IBPE, будет увеличиваться по мере увеличения разделений в слое адсорбента. В принципе, многоячеечная модель по-прежнему делает твердое предположение, но только на небольшом временном шаге с конечной разницей как часть длительности любого шага ВАБ. Расположение заглушки подачи (или продувки) и газовых заглушек в унаследованных L-ячейках в слое в конце IBPE определяет состав новых L-ячеек относительно соответствующих Z-ячеек. Количественно это отражено в матрице распределения.Матрица распределения облегчает вычисление состава газовой фазы относительно каждой Z-ячейки в конце IBPE в виде долей заглушек подачи и газовых заглушек в L-ячейках, унаследованных в начале временного шага.

Здесь мы представляем весь подход к расчету, включая метод матрицы распределения, для моделирования одного конечного временного шага во время шага FA. Для простоты мы разделим слой на две ячейки (рис. 4), чтобы представить логику и математику IBPE и строение новых L-клеток.Расширение на большее количество ячеек находится в аналогичных строках. На рисунке 4 (а) показана схема, действующая для ступени FA. Следующий код стиля используется для представления заглушки подачи (высота L _{, подача} ) и газовых заглушек в унаследованной L-ячейке 1 и L-ячейке 2 (высоты ∆L ¹ и ∆L ² соответственно. ).

a Схема слоя адсорбера для этапа FA, разделенного на две ячейки на (j + 1) -м временном этапе после IBPE. b Схема слоя адсорбера для стадии DR, разделенного на две ячейки на (j + 1) -м временном шаге после IBPE

Корм L _,

∆L ¹

∆L ²

Унаследованные экстенты L-клеток будут совпадать с экстентами соответствующих Z-клеток. Когда определенное количество корма поступает, продукт выходит и происходит ИБПЭ, L-клетки выталкиваются вверх заглушкой подачи (L _{, подача} ) и меняют свое положение, как качественно показано на рис.4 (а). L-ячейки, показанные как выходящие за пределы упаковки, вносят вклад в поток рафината. В зависимости от количества молей, унаследованных каждой L-клеткой от предыдущего временного шага, количества корма, поступающего в слой, и количества газа, покидающего слой, L-клетки перемещаются. Настоящий случай с кроватью, разделенной на две ячейки, предлагает шесть качественно различных возможностей, как показано на рисунке. Можно отметить, что это возможности. Некоторые из них могут быть маловероятными, если унаследованные L-клетки с предыдущего временного шага несут более или менее такое же количество молей.Например, возможность, указанная в первой полосе на фиг. 4 (a), где вся L-ячейка 1 показана как сжатая по отношению к самой первой Z-ячейке после IBPE, в таком случае будет очень маловероятной. Однако для устойчивости алгоритма важно, чтобы были охвачены все возможности, независимо от их вероятностей. Аналогичным образом обстоит дело с полосой 6 на фиг. 4 (а), где заглушка показана как охватывающая весь слой и обнаруживающаяся в рафинате. Фактически, временные шаги, выбранные для числовой сходимости алгоритма, таковы, что заглушка входящего питания не пересекает даже первую Z-ячейку и полностью остается в новой восстановленной L-ячейке 1 после IBPE.Таким образом, возможность, указанная в столбце 6 на рис. 4 (а), маловероятна, но, тем не менее, охватывается алгоритмом. Точно так же в случае этапа DR, когда открыт только клапан рафината, возможностей может быть три, как показано на фиг. 4 (b). Можно напомнить, что в более раннем случае, когда весь слой считался одной отдельной ячейкой, этап FA цикла PSA предлагал две различные возможности. С помощью дедуктивной логики можно доказать, что для общего случая пласта, разделенного на m ячеек (m> 1), эти возможности равны m (m + 1) для ступеней FA и RP, где оба конца пласта открыты для потока. через.Точно так же для стадий PSA, таких как PF, DR, DE и PR, количество различных возможностей для случая, когда слой разделен на m ячеек (m> 1), составляет m (m + 1) / 2 или половину по сравнению с этим. для ступеней FA и RP. Это верно для всех случаев, когда только один конец слоя открыт для притока или оттока. Как будет видно позже, количество ячеек, на которые необходимо разделить слой для сходящегося решения, очень велико (например, 80 в большинстве моделей, представленных в этой работе). Количество различных возможностей для ступеней с обоими открытыми концами (FA и RP) для m = 80, таким образом, составляет 6480, в то время как для ступеней с одним открытым концом (PF, DR, DE и PR) будет 3240.Для ступеней с закрытыми обоими концами (ID, PE) движение L-ячеек по-прежнему происходит из-за выравнивания внутреннего давления, и можно показать, что качественно различные случаи составляют m (m — 1). Именно по этой причине здесь обсуждается логика обработки этого движения ячеек для m = 2. Затем оно программно расширяется до m ячеек.

После IBPE каждой Z-ячейке сопоставляются не исходные L-ячейки, а часть питающей пробки и / или одна или несколько исходных L-ячеек, как показано на рис. 4 (а).Объемная фаза по отношению к каждой неподвижной Z-ячейке — это состав, который будет определять кинетику адсорбции / десорбции в этой Z-ячейке. L-ячейки теперь восстанавливаются путем расчета состава смешанного чашечного газа объемной фазы, расположенной рядом с каждой Z-ячейкой. Давление в каждой ячейке такое же, как рассчитанное после этапа IBPE.

Матрица коэффициентов распределения, которая представляет собой представление того, какие доли заглушек подачи и газовых пробок, соответствующих унаследованным L-ячейкам, видны в каждой новой восстановленной L-ячейке по сравнению с соответствующей Z-ячейкой, разрабатывается следующим образом.

Матрица распределения

Чтобы понять терминологию, используемую при определении элементов матрицы распределения, рассмотрим матрицу распределения в начале временного шага (то есть до того, как произойдет мгновенный приток, отток и повышение давления), как показано на рис. 5. первая колонка относится к заглушке, которая мгновенно войдет в слой. Следующие два столбца предназначены для двух L-ячеек (L-ячейка 1 и L-ячейка 2). Точно так же первые две строки снизу принадлежат двум Z-ячейкам (Z-ячейка 1 и Z-ячейка 2), а третья строка принадлежит выходному потоку.В начале шага в первом столбце и последней строке все элементы будут нулевыми, потому что фид еще не введен, а продукт еще не отправлен. В подматрице слева только диагональные элементы означают, что каждая L-ячейка точно совпадает с соответствующей Z-ячейкой. Все остальные элементы матрицы равны нулю.

Матрица начального распределения в начале типичного временного шага

Поскольку корм движется мгновенно, а продукт одновременно мгновенно уходит, в L-ячейках происходит движение газа, чтобы освободить место для входящего корма.Точно так же часть одной или нескольких верхних L-ячеек рядом с выходом из слоя может выходить из слоя и вносить вклад в выходной поток. Дополнительная информация позволяет лучше понять матрицу распределения. Хотя расчеты будут объяснены там, как было показано ранее, это движение изменяет состав газа относительно каждой Z-ячейки. Состав газа относительно каждой Z-ячейки, рассчитанный в соответствии с процедурой, которая будет объяснена, фиксируется в повторно рассчитанной матрице распределения, как показано на рис. 6. Каждый элемент матрицы может иметь положительное нормализованное значение (то есть находится между нулем и единство).

Матрица распределения для кровати с двумя ячейками после ИБПЭ

D _{, если} — это доля сырья, видимая относительно Z-ячейки i после перемещения исходного материала и выравнивания давления. Например, D _1f покажет, какая часть корма занимает позицию в Z-ячейке 1, то есть слой слоя длиной ΔZ ¹ . Если он равен 1, это означает, что вся заглушка питания находится в первой Z-ячейке и не выходит за ее пределы.Если он <1, это означает, что ячейка подачи не только полностью заполняет первую Z-ячейку, но также перемещается в следующую Z-ячейку. Если (D _1f + D _2f ) <1, это означает, что входящий газ заполнил обе ячейки, а также может быть виден в ячейке за ее пределами и так далее. В данном случае это означает, что во время мгновенного выравнивания давления в слой поступило так много сырья, что заглушка для подачи полностью унесла унаследованную объемную фазу в слое и обнаружилась в продукте.Такой случай может не возникнуть, потому что мы приняли меры предосторожности при выборе временного приращения для моделирования таким образом, чтобы поток, вводимый на этом временном шаге, не заполнял даже первую ячейку полностью. Однако алгоритм очень общий и предусматривает такие крайние случаи.

Второй столбец матрицы принадлежит газу в L-ячейке 1 в начале временного шага. Элементы столбца показывают, какая доля газа в унаследованной L-ячейке 1 проявляется по сравнению с двумя Z-ячейками и продуктом, выходящим из верхней части слоя (рафинат).Элемент в верхнем ряду (D _r1 ) в этом примере показывает долю исходного газа в L-ячейке 1, которая отображается в верхнем продукте. Точно так же D ₂₁ — это доля газа в L-ячейке 1 в начале временного шага, которая отображается относительно Z-ячейки 2 и так далее. В данном случае с двумя клетками D _i2 представляет собой долю газа в унаследованной L-клетке 1, которая обнаруживается против Z-клетки i после IBPE.

D _ij , i = 1–2, j = 2–3 в общем случае должно давать долю газа в (j — 1) -й L-ячейке, которая противостоит i-й Z-ячейке и будет способствовать как часть газ в восстановленной i-й L-ячейке.

Создание этой матрицы для шага FA в результате выполнения шага IBPE для двух ячеек с шестью различными возможностями находится в аналогичных строках, как обсуждалось ранее для простейшего случая, когда весь слой делится на одну отдельную ячейку, и показано и объяснено во вспомогательной информации. Размер этой матрицы равен (m + 1) × (m + 1), где m — количество ячеек, на которые разделена кровать. Общая номенклатура матричного элемента представлена ​​на рис. 7.

Матрица распределения для m ячеек

Процедура моделирования для слоя, разделенного на m осевых участков

Учтите, что процесс PSA состоит из шести этапов, а именно: PF, FA, DR, DE, RP и PR. Шаги PF, FA и DR вместе называются фазой производства, а шаги DE, RP и PR вместе называются фазой регенерации. Сырьем является сухой воздух, рассматриваемый как бинарная смесь кислорода (компонент 1) и азота (компонент 2). Допущения, используемые при моделировании и моделировании, следующие.

1. 1.

   Течение через слой адсорбента — поршневое.

2. 2.

   Система изотермическая.

3. 3.

   Газовая смесь ведет себя как идеальный газ.Следовательно, концентрации, мольные доли и объемная плотность фазы связаны законом идеального газа.

4. 4.

   Расширенная изотерма адсорбции Ленгмюра определяет термодинамику адсорбции.

5. 5.

   Кинетика адсорбции определяется моделью линейной движущей силы (LDF).{\ text {m}} \ text {)}}} $$

   (1b)

   Предполагается, что скорости представляют собой приведенные линейные скорости, основанные на площади поперечного сечения пласта. Также предполагается, что скорости соответствуют давлению перед клапаном. Следовательно, для входящего потока в этом случае давление на входе — это давление в питающем резервуаре, а для выходного потока давление на входе — это давление в ячейке рядом с концом слоя продукта. {\ text {k}}} \ right) \ text {RT}} {{{\ text {V }} _ {\ text {bulk}}}} $$

   (3)

   Высота слоя, который может удерживать единицу моля газа при этом давлении в объемной фазе, рассчитывается по формуле.{\ text {bed}}} \ \ text {where} \ k = 1,2, … \ text {m} $$

   (6)

   Из-за изменения положения газовых пробок в унаследованных L-клетках они перемещаются относительно Z-клеток и могут быть распределены по Z-клеткам. Это распределение описывается коэффициентами распределения, как было показано ранее. Ориентировочная процедура для заполнения матрицы распределения (в данном случае 3 × 3) для временного шага «(j + 1) th ^» приведена во вспомогательной информации.

   Процедура сложна, если она должна быть действительна для неравных делений ложа в Z-клетках и любого количества родинок, унаследованных входящими L-клетками.

   Следующим шагом является расчет состава газовой фазы в каждой восстановленной L-ячейке, противостоящей адсорбенту в каждой Z-ячейке. Это делается с помощью распределительной матрицы и предположения, что газ против каждой Z-ячейки смешивается, давая смешанный состав в восстановленной L-ячейке.

   Общее количество молей, присутствующих в объемной фазе по отношению к каждой Z-ячейке после этапа IBPE, рассчитывается, как указано в уравнении.{\ text {k}} \ \ text {where} \ \ text {k} = 1,2, … \ text {m} $$

   (8b)

   После IBPE адсорбция / десорбция в каждой Z-ячейке рассчитывается с использованием модели LDF, общая форма которой приведена в формуле. 9. Форма уравнения действительна для всех положений кровати и в любое время. Равновесная концентрация каждого вида в равновесии с локальной объемной концентрацией фазы рассчитывается с использованием расширенной изотермы равновесной адсорбции Ленгмюра, представленной в уравнении.{\ text {LDF}} \ text {} \! \! \ Delta \! \! \ text {t})}} \ \ text {где} \ \ text {i} = 1,2; \ \ text { k} = 1,2, … \ text {m} $$

   (11)

   Адсорбция / десорбция рассчитывалась исходя из предположения, что объемная концентрация фазы остается постоянной в течение определенного интервала времени. Однако массоперенос, поддерживающий адсорбцию / десорбцию, изменит количество молей в основной фазе. Обновленная концентрация каждого компонента, общее количество молей и давление в L-ячейке после адсорбции-десорбции рассчитываются с использованием формул.{\ text {r}} $$

   (17b)

   Вышеупомянутое состояние L-клеток после адсорбции / десорбции наследуется как начальное условие для следующего временного шага. Эта процедура повторяется рекурсивно для всех временных шагов, на которые делится продолжительность конкретного шага PSA.

   Расчет общего количества молей рафината, выведенного в виде продукта на этапе PSA, смоделированного как M временных приращений (N ^r ) и усредненного по времени состава рафината \ (\ text {y} _ {\ text {2}} ^ {\ text {r}} \), собранные во время шага PSA, вычисляются с использованием выражений, приведенных в уравнениях.{\ text {r}} $$

   (19b)

   Если рафинат собирается и во время какой-либо другой стадии PSA (такой как DR), общий состав рафината должен быть соответствующим образом модифицирован. Вышеупомянутая процедура расчета легко адаптируется для извлечения стадий сбора, а также путем изменения индексов ячейки и учета притока сверху и оттока снизу слоя. Это здесь явно не обсуждается.

   Помимо состава рафината, рассчитанного, как указано выше, важны два других параметра, а именно извлечение и пропускная способность.Эти рабочие параметры могут быть рассчитаны с использованием приведенных ниже уравнений. В 6-этапном процессе PSA, который мы выбрали в качестве примера, рафинат собирается на этапах FA и DR. На этапе RP часть рафината, собранного на этапах FA и DR, используется для продувки слоя. На этапе PR часть рафината, собранного на этапе FA и этапе DR, используется для повышения давления в слое. Следовательно, числитель уравнения. 20 — разность общего количества молей желаемого компонента, собранных на этапе получения, и общего количества молей желаемого компонента, использованного на этапе регенерации.{\ text {f}}}} \ right]} _ {{\ text {Производство}} \; {\ text {phase}}}}}} $$

   (20)

   Чистота — это отношение количества собранных молей желаемого компонента к общему количеству молей рафината, собранных на стадиях производства. Определение будет в контексте конфигурации цикла ВАБ. Например, для 4-этапного процесса PSA это отношение количества молей желаемого компонента, собранных на этапе FA, к общему количеству рафината, собранному на этапе FA.{\ text {r}}}} \ right]} _ {{\ text {Производство}} \; {\ text {phase}}}}}} $$

   (21)

   Пропускная способность — это общее количество корма, обработанного на единицу веса адсорбента в единицу времени. Как правило, сырье попадает в слой только на этапах PF и FA, выполняемых как часть производственной фазы. Следовательно, числитель уравнения. 22 — это сумма общих молей корма, поступающего на этапах PF и FA. Каждый слой адсорбента способствует производству желаемого продукта только на этапе производства цикла PSA.{\ text {cycle}}} \ right)} $$

   (22)

   Вышеупомянутая процедура обсуждалась с акцентом на шаге FA. С соответствующими модификациями его можно реализовать на всех этапах цикла ВАБ. Когда циклы PSA моделируются итеративно, в конечном итоге CSS оказывается в пределах допуска. Критерии, позволяющие решить, достигается ли CSS или нет, приведены в уравнениях. 23a, 23b, 23c и 23d. Уравнение 23a сравнивается для усредненного по времени состава резервуара рафината для двух последовательных циклов PSA.CSS достигается, если абсолютная разница находится в пределах установленного допуска.

   В уравнениях. 23b и 23c сравниваются профили концентрации объемной фазы и адсорбированной фазы в слое для двух последовательных циклов. Сравниваемые профили относятся к завершению основного этапа производственной фазы любого цикла PSA, который является этапом FA как в 4-ступенчатом, так и в 6-ступенчатом процессах PSA, изученных в данной работе. В уравнении. 23d сравнивается частичное извлечение двух последовательных циклов. Обычно значение допуска равно 0.{\ text {th}}} \ text {cycle}}} \ right] \ right \} \ right | \ le \ text {e} $$

   (23д)

   Учитывая, что количества, рассматриваемые в условиях 23a, 23b и 23d (мольная доля рафината, мольная доля внутри L-ячеек и фракционное извлечение соответственно), нормализованы. Чтобы приблизительно получить условие на концентрацию адсорбированной фазы (уравнение 23c), концентрации адсорбированной фазы были разделены на 1000, учитывая, что их типичные максимальные значения находятся в диапазоне 600 или около того для системы адсорбент-адсорбат, используемой в этой работе.

   Эффективность молекулярного просеивания благодаря интеллектуальному выбору клапана

   Химическая промышленность и промышленность по переработке углеводородов постоянно ищут способы повысить эффективность, экономичность и безопасность таких процессов, как разделение газа и жидкости. Нельзя недооценивать критическую роль автоматизации, включая выбор переключающего клапана, в успешном и устойчивом процессе адсорбции на молекулярных ситах.

   Химическая промышленность и переработка углеводородов Отрасли постоянно ищут пути повышения эффективности, экономики и безопасности таких процессов, как разделение газа и жидкости.Нельзя недооценивать влияние таких процессов на нашу глобальную окружающую среду. Адсорбционные технологии и технологии молекулярных сит уже десятилетиями широко используются в промышленности для разделения углеводородов и сухих газов и удаления примесей. Существует много типов адсорбентов, наиболее важными из которых являются активированный оксид алюминия, цеолит, силикагель и активированный уголь. Обычно основное внимание уделяется самой сути процесса — выбору наиболее подходящего адсорбента для оптимизации рассматриваемого процесса сушки или очистки.Но как насчет роли автоматизации, включая выбор переключающего клапана, для успешного и устойчивого процесса адсорбции на молекулярных ситах?

   Neles применяет решения для управления потоком в адсорбционных процессах, таких как молекулярное просеивание, на протяжении десятилетий от биоэтанола до изомеризации нефтеперерабатывающих заводов, осушителей крекинг-газа и осушителей СПГ. Выбор клапана зависит от фактического применения и конкретных требований. Однако существует множество аналогичных проблем, возникающих при применении клапанов с молекулярными ситами, и этот аспект ставит компании-автоматизаторы, такие как Neles, в интересное положение в качестве связующего звена между различными отраслями промышленности с широким ассортиментом предлагаемой продукции и глубокими знаниями и опытом в области применения. .

   • Особенности
   • Активированный оксид алюминия, цеолит, силикагель и активированный уголь являются одними из наиболее важных типов существующих адсорбентов.
   • Neles десятилетиями применяет решения для регулирования потока в адсорбционных процессах, от биоэтанола до изомеризации нефтеперерабатывающих заводов, осушителей крекинг-газа и осушителей СПГ.
   • Клапаны должны выдерживать значительные колебания температуры вместе с высоким давлением, сохраняя при этом герметичность в обоих направлениях потока в течение многих лет эксплуатации.
   • Следует проявлять осторожность при выборе материала клапана и конструкции седла, чтобы избежать любого износа или попадания частиц в полости седла.
   • Заменив клапаны с выдвижным штоком на поворотные шаровые краны, многие заводы улучшили свою работу, устранив производственные потери и снизив затраты на техническое обслуживание.

   Что такое молекулярное сито?

   Типичная система состоит из двух или более колонок, заполненных молекулярными ситами, которые представляют собой адсорбенты на основе цеолита, состоящие из кристаллических алюмосиликатов (цеолитов) и глины.К особым характеристикам молекулярных сит относятся обратимая адсорбция различных газообразных соединений и сеть полостей и узких пор, обеспечивающая очень большую внутреннюю поверхность. Поскольку влажный или кислый поток обрабатывается в одной колонне, другая регенерируется. В зависимости от обрабатываемых объемов может быть реализована система с несколькими адсорберами. Перед поступлением в колонку для фазы адсорбции вода и другие загрязнения удаляются в коагуляторе или сепараторе. Молекулярное сито адсорбирует примеси в нисходящем направлении.Цеолиты сохраняют эффективность сушки до 100 ° C. Когда слой молекулярного сита приближается к своему максимальному насыщению, входной поток переключается на вторую колонку, и регенерация начинается в первой колонне. Молекулярные сита можно регенерировать, нагревая адсорбент горячим газом, паром или изменяя парциальное давление (колебание давления). Регенерационный газ течет противоточно к технологическому газу при температурах от 200 до 320 ° C. Противоточная регенерация используется для предотвращения старения адсорбента и, следовательно, увеличивает количество циклов.

   За регенерацией следует охлаждение сухим газом в том же направлении, что и адсорбция, которая поступает в сепаратор регенерационного газа для удаления конденсированной воды. Газ, выходящий из сепаратора регенерационного газа, возвращается обратно на вход адсорбционной колонны через газовый компрессор.

   Проблемы, с которыми сталкиваются клапаны при молекулярном просеивании

   Каковы обычные требования к клапанам при молекулярном просеивании? Переключающие клапаны в молекулярном сите играют важную роль в направлении входящего / выходящего потока газа между колоннами, тем самым переключая колонки из фазы адсорбции в фазу регенерации и охлаждения в заданной последовательности.Каждая из колонок имеет несколько переключающих клапанов. Эти клапаны иногда называют клапанами последовательности. Частота цикла может варьироваться в зависимости от системы молекулярных сит; при переработке углеводородов эти клапаны обычно работают три-четыре раза в день. Изменение температуры от 25 ° C до 400 ° C и рабочих температур до 100 бар изб. Типично для переработки углеводородов, например, в сушилках с большими молекулярными ситами в линиях СПГ. Клапаны должны выдерживать эти колебания температуры вместе с высоким давлением, сохраняя при этом герметичность в обоих направлениях потока в течение многих лет эксплуатации.Кроме того, поскольку слои молекулярного сита имеют тенденцию выделять пыль во время цикла регенерации, необходимо соблюдать осторожность при выборе материала и конструкции седла, чтобы избежать любого износа или попадания частиц в полости седла и прилипания к уплотнительным поверхностям. Требования к рабочей скорости, обычно от 10 секунд до нескольких минут, для клапанов не предъявляются. Однако для открытия и закрытия часто требуются разные профили хода: например, медленное открытие (2 минуты) и быстрое закрытие (15 секунд).В случае выхода из строя клапаны должны закрываться или оставаться на месте. Контроль за неорганизованными выбросами очень важен при переработке углеводородов, чтобы избежать опасности для окружающей среды и здоровья; поэтому сальниковая набивка клапана должна сохранять герметичность в течение всего рабочего периода.

   Как правильно выбрать клапан?

   Клапаны с металлическими седлами

   , такие как шаровые краны Neles и поворотные дисковые затворы , широко используются для такого рода сложных коммутационных приложений.Шаровые краны с шаровой опорой на цапфе выбираются для самых требовательных применений благодаря их надежной работе и отличной реакции при высоких перепадах давления. Конструкции с цапфой обеспечивают меньшее трение и рабочий крутящий момент. Конструкция сиденья обеспечивает прочную герметичность в обоих направлениях даже в экстремальных условиях. Эта конструкция доказала свою долговечность за годы частых переключений при наличии пыли молекулярного сита и постоянных перепадах температуры.

   Для этого обычно используются специальные твердые покрытия, такие как карбиды.Для небольших размеров и более низких перепадов давления шаровые краны с опорой на седло используются для конструкций с плавающим шаром, которые обеспечивают длительную герметичность с металлическими седлами и низким давлением отключения. Трехэксцентриковые дисковые клапаны представляют собой интересную возможность переключения молекулярных сит в приложениях большого размера, где давление остается на умеренном уровне.

   Тарельчатый эксцентриковый дисковый клапан Neles.

   Шаровой кран Neles на цапфе.

   Металлическое седло с тройным смещением хорошо подходит для частых циклических работ при высоких температурах и для работы с абразивом, поскольку оно может выдерживать длительные периоды работы без потери герметичности в обоих направлениях, даже в условиях больших циклических термических нагрузок.Длительная герметичность обеспечивается механическим контактом диска и седла, который не зависит от перепада давления и прочной цельной конструкции седла. Поршневые приводы двустороннего действия и приводы с возвратной пружиной используются для обеспечения способности клапанов выдерживать частые циклы и для обеспечения длительного срока службы. Характеристика крутящего момента оптимизирована как для шаровых, так и для дроссельных заслонок в критических условиях переключения, чтобы преодолеть статическое трение клапана и динамический крутящий момент (рабочий момент). Высококачественные подшипники и уплотнения используются для оптимизации крутящего момента и минимального внутреннего трения.Срок службы приводов этого типа был протестирован до 2 миллионов циклов.

   Intelligence — глазурь на торте

   Можно ли после тщательного выбора и определения размера клапана, привода и КИП посмотреть, как клапан работает в этом критически важном приложении? Можно ли спрогнозировать и спланировать ремонтные работы? Ответ однозначный «да». Выберите интеллектуальный контроллер, установленный на верхней части клапана. Интеллектуальные цифровые контроллеры, такие как Neles SwitchGuard, выводят планирование запуска, эксплуатации и технического обслуживания для приложений переключения молекулярных сит на совершенно новый уровень.Наиболее важно то, что в ходе процесса можно увидеть, что происходит в автоматических переключающих клапанах в молекулярном сите, что часто имеет решающее значение для работоспособности всего завода, например, при сжижении СПГ или изомеризации на нефтеперерабатывающем заводе.

   «Единая ответственность за все изготовленные, полностью протестированные и сконфигурированные компоненты обеспечит надлежащую работу клапанов молекулярных сит на протяжении всего жизненного цикла».

   Обычно контрольно-измерительные приборы с переключающим клапаном включают в себя множество компонентов, и их выход из строя может отрицательно сказаться на управлении технологическим процессом.В худшем случае отказ компонента может вызвать незапланированные остановки процесса. Эти сбои можно уменьшить за счет использования компактных интеллектуальных контроллеров со встроенными концевыми выключателями и большой пневматической мощностью, а также устранить необходимость в дополнительных контрольно-измерительных приборах. Анализируя работу клапанов молекулярного сита во время их работы, сохраняя диагностическую информацию в устройстве и используя решения для управления активами, такие как Neles FieldCare, эту информацию можно использовать для планирования программ технического обслуживания и обеспечения доступности переключающих клапанов и процесс молекулярного просеивания.Кроме того, интеллектуальные контроллеры могут использоваться для настройки открытия и закрытия клапана с различными профилями хода без дополнительных принадлежностей. Например, если открытие клапана должно происходить в течение 10 секунд, при этом первая фаза будет медленной, а затем (после начала потока через клапан) остальная часть фазы открытия будет быстрее, это возможно. Этот вид функции является полезным и интересным вариантом для использования в молекулярных ситах, где следует проявлять осторожность в минимизации скачков давления и температуры на слои адсорбента при переключении между адсорбцией и десорбцией.

   Заключение

   Невозможно переоценить важность тщательного выбора клапанов для процессов молекулярного просеивания. Были случаи, когда клапаны, такие как шаровые клапаны с выдвижным штоком, в течение многих лет приводили к неприемлемо высоким годовым расходам в таких приложениях, где перерабатывающие предприятия в течение многих лет страдали от потерь продукции, намного превышающих закупочную цену клапанов секвенирования. Заводы успешно заменили клапаны с выдвижным штоком на поворотные шаровые клапаны при молекулярном сите и смогли значительно улучшить ситуацию, устранив такие производственные потери и снизив затраты на техническое обслуживание.Ответственность за все изготовленные, полностью протестированные и сконфигурированные компоненты у единственного источника обеспечит надлежащую работу клапанов молекулярных сит на протяжении всего жизненного цикла. Интеллектуальный контроллер клапана обеспечивает средства для простого и надежного контрольно-измерительного оборудования с прозрачностью переключения рабочих характеристик клапанов во время процесса. Надежные переключающие клапаны молекулярного сита будут поддерживать использование и разработку более экономичных и чистых процессов и видов топлива, таких как изомеризация, СПГ и биоэтанол, где адсорбция на молекулярных ситах играет важную роль в общей доступности процесса и успешном производстве.

   Текст: Сари Аронен

   Эта статья была опубликована в октябрьском выпуске журнала Hydrocarbon Engineering за 2011 год как «Экономия на просеивании».

   Текст был обновлен в июле 2020 года в связи с изменением названия компании на Neles.

   PSA (адсорбция при переменном давлении) | САМСОН

   Адсорбция при переменном давлении (PSA) — это экономичный и надежный метод разделения широкого спектра технологических газов и доведения их до очень высокого уровня чистоты.

   Обзор приложения

   Адсорбция при переменном давлении — это процесс отделения отдельных газов от газовой смеси. Он в основном используется в химических и нефтехимических процессах, а также в сталелитейной промышленности, например, для извлечения водорода (H ₂ ) из коксовых или конверсионных газов или для отделения кислорода (O ₂ ) и азота (N ₂ ). ) с воздуха.

   Процесс адсорбции основан на связывании молекул газа с абсорбирующим материалом. Слой адсорбента специально выбирается в зависимости от поглощаемого газа.В идеале адсорбируется только разделяемый газ, тогда как все остальные газы в смеси проходят через слой адсорбента. Часто используются абсорбенты, содержащие углерод (например, активированный уголь или углеродные молекулярные сита) и оксидные абсорбенты (например, цеолит). Чистота абсорбированного газа зависит не только от используемого адсорбента, но также важны температура и давление во время процесса. В результате используемые регулирующие клапаны также вносят значительный вклад в качество конечного продукта.

   Процесс

   Блоки PSA состоят из нескольких сосудов адсорбера, содержащих один или несколько слоев адсорбента. Давление между сосудами колеблется, и молекулы газа физически связываются с адсорбирующим материалом, вызывая разделение газовой фазы. Процесс PSA состоит из четырех основных этапов:

   1. Адсорбция — Адсорбер запускается под давлением чистого газа.Исходный газ (нечистый газ) подается в нижнюю часть адсорбера, абсорбция происходит в емкости, а чистый газ удаляется из верхней части емкости ниже по потоку. Это происходит до тех пор, пока адсорбер не достигнет своей адсорбционной способности, затем он отключается, и подаваемый газ подается в следующий адсорбер в установке PSA.
   2. Сброс давления — Давление в адсорбере сбрасывается за несколько небольших шагов для извлечения дополнительного чистого газа, все еще находящегося в адсорбере. После извлечения всего чистого газа десорбированные примеси сбрасываются в линию отходящего газа PSA.
   3. Регенерация — Адсорбент продувается газом высокой чистоты при постоянном давлении отходящего газа для дальнейшей регенерации слоя адсорбента.
   4. Повторное давление — Адсорбер повторно герметизируется чистым газом, и теперь он готов принимать больше подаваемого газа, чтобы начать процесс заново. Установки PSA используются для нескольких различных применений, таких как извлечение и очистка водорода, удаление и очистка CO2, производство кислорода, производство азота, извлечение гелия, извлечение метана и другие.Установки PSA также можно найти во многих различных отраслях промышленности, включая химическую, нефтехимическую, промышленные газы (разделение воздуха), нефтепереработку и производство чугуна и стали.

   САМСОН Решения

   Регулирующие клапаны

   играют важную роль в процессе PSA и сталкиваются с некоторыми очень уникальными проблемами. SAMSON имеет богатый опыт в области применения PSA и предлагает несколько клапанов, специально разработанных для решения этих уникальных проблем.

   Клапаны 3241 и 3251 PSA
   	Размер: 1/2 дюйма до 6 дюймов Класс ANSI: От 150 до 600 Класс утечки: Класс VI Диапазон температур: от -20 до 430 o F (от -10 до 220 o C) Особенности Отвечает строгим требованиям по неорганизованным выбросам Низкий уровень вибрации при работе Простота обслуживания
   Дроссельный клапан PSA 14p
   	Размер: от 3 до 16 дюймов Класс ANSI: от 150 до 300 Класс утечки: Класс VIl Диапазон температур: от -4 до 356 o F (от -20 до 180 o C ) Особенности Конструкция с двойным эксцентриситетом для тяжелых условий эксплуатации Плотная двунаправленная отсечка для газов Гибкие габаритные размеры

   Двунаправленный поток

   Как неотъемлемая часть процессов PSA, несколько регулирующих клапанов должны работать в двух направлениях.SAMSON предлагает поворотные и шаровые регулирующие клапаны, специально разработанные для работы с потоком в обоих направлениях.

   Плотная отсечка

   Внутренняя утечка регулирующего клапана напрямую влияет на эффективность процесса PSA. SAMSON предлагает дополнительное высокоэффективное металлическое уплотнение для соответствия требованиям класса утечки V и варианты мягкого уплотнения, обеспечивающие класс утечки VI.

   Быстрого действия

   Для бесперебойной работы процесса PSA часто требуется, чтобы регулирующие клапаны работали очень быстро.SAMSON предлагает широкий выбор принадлежностей для регулирующих клапанов, чтобы удовлетворить самые строгие требования по времени срабатывания даже для клапанов больших размеров.

   Высокий шум клапана

   В рамках процесса PSA многие регулирующие клапаны будут испытывать высокие перепады давления, вызывающие высокий уровень шума. SAMSON предлагает специальные технологии трима, предназначенные для снижения уровня шума регулирующих клапанов с двунаправленным потоком.

   No related posts.