RU2683089C1 - Аппаратно-программный комплекс для исследования циклических адсорбционных процессов очистки и разделения газовых смесей - Google Patents
Аппаратно-программный комплекс для исследования циклических адсорбционных процессов очистки и разделения газовых смесей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2683089C1 RU2683089C1 RU2018108214A RU2018108214A RU2683089C1 RU 2683089 C1 RU2683089 C1 RU 2683089C1 RU 2018108214 A RU2018108214 A RU 2018108214A RU 2018108214 A RU2018108214 A RU 2018108214A RU 2683089 C1 RU2683089 C1 RU 2683089C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hardware
- software
- adsorbers
- software complex
- gas
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 26
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 title claims abstract description 7
- 230000000274 adsorptive effect Effects 0.000 title abstract 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 title abstract 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 32
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 23
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 10
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 6
- 238000011160 research Methods 0.000 claims description 6
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims description 3
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 3
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 14
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 6
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 56
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 11
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 11
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 10
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 2
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 description 2
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 2
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 1
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 210000001034 respiratory center Anatomy 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
- B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
- B01D53/047—Pressure swing adsorption
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
Abstract
Изобретение относится к стендам для исследования циклических адсорбционных процессов, в частности для исследования тепло- и массообменных процессов короткоцикловой безнагревной адсорбции. Аппаратно-программный комплекс для исследования циклических адсорбционных процессов очистки и разделения газовых смесей включает компрессор, газовый баллон, осушитель, ресивер, регулятор давления, регулятор расхода, электромагнитные клапаны, датчики измерения режимных параметров, адсорберы. В аппаратно-программном комплексе установлены четыре адсорбера с возможностью регулирования высоты слоя адсорбента путем установки верхних крышек на заданную глубину. Возможна одновременная работа от одного до четырех адсорберов путем управления электромагнитными клапанами с помощью программируемого логического контроллера аппаратной части комплекса, соединенного с персональным компьютером. Регулирование происходит согласно программе, задаваемой программным блоком управления. Датчики измерения режимных параметров соединены с контроллером датчиков, который соединен с персональным компьютером. Обеспечивается повышение точности имитации процесса газоразделения по технологии короткоцикловой безнагревной адсорбции и автоматизированный расчет коэффициентов математической модели программной части комплекса. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к стендам для исследования циклических адсорбционных процессов, в частности, для исследования тепло- и массообменных процессов короткоцикловой безнагревной адсорбции.
Известен аппаратно - программный комплекс для оценки состояния системы регуляции дыхания и способ его использования (патент РФ 2550127, МПК А61В). Комплекс включает блок газораспределения, блок подачи газов, блок сбора, обработки данных и управления системой, при этом блок газораспределения выполнен в виде замыкаемого и размыкаемого дыхательного контура, состоящего из соединенных между собой посредством трубок: металлической емкости с мешком, вентилятора, химического поглотителя, регулятора потока, системы клапанов и трехходовых кранов, шлангов, клапанной коробки, устройства с возможностью реализации биологической обратной связи, посредством отметки испытуемым своего состояния, и передачи данных в терминальное устройство блока сбора, обработки данных и управления системой, с программным обеспечением, реализующим управление движением газов и их параметрами, датчиками концентраций газов, датчиками потоков, датчиками измерения физиологических параметров, информация с которых посредством преобразователя передается в терминальное устройство.
Данный стенд обладает функционалом, обеспечивающим взаимосвязь датчиков, измеряющих физические параметры процесса дыхания и программной части, обеспечивающей обработку и визуализацию полученных данных. Однако, данный стенд предназначен для применения в поликлинических условиях, в ограниченных замкнутых объемах, пребывание человека в которых может быть сопряжено с изменениями чувствительности дыхательного центра к дыхательным газам (O2 и CO2) в измененной газовой среде, и не предназначен для исследования процессов короткоцикловой безнагревной адсорбции.
Известен также стенд для исследования быстрых процессов короткоцикловой безнагревной адсорбции, принципиальная схема которого (статья авторов R.P. Lively, N. Bessho, D.A. Bhandari, Y. Kawajiri, W.J. Koros «Thermally moderated hollow fiber sorbent modules in rapidly cycled pressure swing adsorption mode for hydrogen purification)), International journal of hydrogen energy №37, 2012, P. 15227-15240) включает две емкости с развернутой шихтой, заполненные нетканым волокнистым пористым материалом, систему пневматических клапанов, а также датчики температуры, массового расхода, связанный с ним контроллер, газовый хроматограф. Датчики через контроллер связаны с персональным компьютером, на котором установлено программное обеспечение для управления процессом газоразделения и визуализации полученных данных в среде Lab View.
К числу основных недостатков этого стенда относится возможность моделирования работы (получения кривых концентрации на выходе из установки в зависимости от времени) только одноадсорберной установки короткоцикловой безнагревной адсорбции (далее - КБА) с развернутой шихтой при относительно малых значениях длительности стадий адсорбции и десорбции, соответствующих быстрым процессам КБА.
Известен также стенд для исследования процесса обогащения газовой смеси водородом по технологии короткоцикловой безнагревной адсорбции, принципиальная схема которого (статья авторов D.D. Papadias, S.H.D. Lee, S. Ahmed «Facilitating analysis of trace impurities in hydrogen: Enrichment based on the principles of pressure swing adsorption», International journal of hydrogen energy №37, 2012, P. 14413-14426) включает источник газовой смеси, содержащей водород, клапаны, в т.ч. трехходовые, регуляторы давления, датчики давления, адсорбер, заполненный адсорбентом, например, активированным углем, цеолитом СаА, пробоотборную камеру, поворотную головку, которая соединяет адсорбер поочередно с линией отбора продукционного водорода, с линией сброса промывочной смеси, и, далее через ротаметр с атмосферой.
Недостатком данного стенда является невозможность контроля и визуализации данных в режиме онлайн с помощью компьютера и соответствующего программного обеспечения.
Известен также стенд для исследования процесса обогащения газовой смеси водородом по технологии вакуумной короткоцикловой безнагревной адсорбции, принципиальная схема которого (статья авторов F.V.S. Lopes, C.A. Grande, A.E. Rodrigues «Activated carbon for hydrogen purification by pressure swing adsorption: Multicomponent breakthrough curves and PSA performance», Chemical Engineering Science, №66, 2011, P. 303-317) включает источники давления и вакуума, систему клапанов, в т.ч. одно-, двух-, четырехходовых, адсорбционную колонну с установленными по ее высоте термопарами, датчики давления, массового расхода, соединенные с соответствующими контроллерами, газовый хроматограф, персональный компьютер с соответствующим программным обеспечением для управления схемой и контроля за параметрами процесса обогащения газовой смеси водородом в режиме онлайн.
Недостатком предлагаемого решения является возможность моделирования работы (получения кривых концентрации на выходе из установки в зависимости от времени) только одноадсорберной установки КБА с использованием адсорбера высотой не менее той, которая позволяет размещение термопар по его высоте. Кроме того, в установке контролируется концентрация водорода только на выходе, в то время, как интерес также представляет его остаточная концентрация в сбросовой смеси. Из-за отсутствия измерения концентрации на входе в установку, в качестве рабочих могут использоваться только готовые газовые смеси заранее известного состава. Например, при исследовании процесса обогащения воздуха кислородом, состав исходного воздуха может колебаться, что будет сказываться на концентрации кислорода в продукционной смеси.
Известен стенд для исследования процесса обогащения воздуха кислородом (патент США 8226745, МПК B01D), включающий источники сжатого воздуха, чистого (промывочного) кислорода, систему распределительных клапанов, датчики давления, массового расхода, связанные с персональным компьютером с установленным программным обеспечением, предоставляющим возможность визуализации данных в режиме онлайн. Контроль концентрации компонентов на выходе из установки осуществляется с помощью масс-спектрографа, соединенного с персональным компьютером.
Недостатком указанного стенда является то, что в установке контролируется концентрация кислорода только на выходе, в то время, как интерес также представляет его остаточная концентрация в сбросовой смеси. Из-за отсутствия измерения концентрации на входе в установку, в качестве рабочих могут использоваться только готовые газовые смеси заранее известного состава, что также обусловлено известными признаками технического решения.
Задачей изобретения является повышение точности имитации процесса газоразделения по технологии короткоцикловой безнагревной адсорбции и обеспечение возможности автоматизированного расчета идентифицируемых коэффициентов математической модели, реализованной в программной части аппаратно-программного комплекса.
Решение технической задачи достигается за счет измерения режимных параметров (давления, объемного расхода, температуры, концентрации компонентов) на линии подачи исходной газовой смеси в установку, на линии отбора продукционной смеси, на линии сброса промывного газа аппаратной части программно-аппаратного комплекса, реализующего принцип короткоцикловой безнагревнеой адсорбции с возможностями реализации схем, включающих от одного до четырех адсорберов и идентификации коэффициентов математической модели (коэффициентов массоотдачи для каждого адсорбируемого компонента) процессов короткоцикловой безнагревной адсорбции, реализованные в программной части программно-аппаратного комплекса.
Между отличительными признаками и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.
Технический результат достигается тем, что аппаратно-программный комплекс для исследования циклических адсорбционных процессов очистки и разделения газовых смесей содержит: соединенные параллельно, исключающие возможность одновременного включения компрессор с электромагнитным клапаном, газовый баллон с электромагнитным клапаном, электромагнитный клапан, связанный с атмосферой, соединенные через осушитель, ресивер, регулятор давления, регулятор расхода, электромагнитные клапаны, с адсорберами с одной стороны, электромагнитные клапаны, соединенные с атмосферой и с адсорберами с той же стороны, электромагнитные клапаны, соединенные параллельно через ресивер с атмосферой, и с газовым баллоном, исключая возможность одновременного соединения с атмосферой и газовым баллоном и с адсорберами с другой стороны, причем в аппаратно-программном комплексе установлены четыре адсорбера с возможностью регулирования высоты слоя адсорбента путем установки верхних крышек на заданную глубину и возможностью организации одновременной работы от одного до четырех адсорберов путем включения или выключения соответствующих электромагнитных клапанов с помощью программируемого логического контроллера, соединенного с персональным компьютером, аппаратной части аппаратно-программного - комплекса согласно программе, задаваемой программным блоком управления через программный блок формирования плана экспериментальных исследований программной части аппаратно-программного - комплекса, реализованной на персональном компьютере, а на линиях подачи исходной газовой смеси в установку, отбора продукционной смеси, сброса промывного газа аппаратной части программно-аппаратного комплекса установлены датчики измерения режимных параметров (давления, объемного расхода, температуры, концентрации компонентов), соединенные с контроллером датчиков, осуществляющим непрерывную регистрацию режимных параметров, и соединенным с персональным компьютером, с последующей идентификацией и расчетом коэффициентов математической модели в программной части аппаратно-программного комплекса, что обеспечивает повышение точности имитации процесса газоразделения по технологии короткоцикловой безнагревной адсорбции.
Корпуса адсорберов выполнены из полимерного материала с низкой теплопроводностью.
В качестве материала корпуса с низкой теплопроводностью используется полиамид шестиблочный.
В установке используются клапаны с электромагнитным управлением со скоростью срабатывания не более 0,1 с.
Организация аппаратно-программного комплекса в виде четырехадсорберной схемы с возможностью одновременной работы от одного до четырех адсорберов с измерением режимных параметров (давления, объемного расхода, температуры, концентрации компонентов) на линии подачи исходной газовой смеси в установку, на линии отбора продукционной смеси, на линии сброса промывного газа аппаратной части программно-аппаратного комплекса обеспечивает гибкость построения схемы установки короткоцикловой безнагревной адсорбции газоразделения с возможностью имитации работы одноадсорберной, двухадсорберной установки без выравнивания и с выравниванием давлений между адсорберами, трехадсорберной схемы с выравниванием давлений между адсорберами и четырехадсорберной схемы с выравниванием давлений между адсорберами с регистрацией режимных параметров процесса (давления, объемного расхода, температуры, концентрации компонентов) в непрерывном режиме с последующим автоматизированным расчетом коэффициентов математической модели (коэффициентов массоотдачи для каждого адсорбируемого компонента) процесса короткоцикловой безнагревной адсорбции, реализованном в программной части программно-аппаратного комплекса. Использование в установке двух контроллеров с возможностью соединения с персональным компьютером обеспечивает: непрерывное управление электромагнитными клапанами с целью переключения газового потока со стороны линии подачи исходной газовой смеси в установку: между компрессором и баллоном; со стороны линии сброса промывного газа: между вакуум-насосом и атмосферой; со стороны линии отбора продукционной смеси: между атмосферой и баллоном с помощью программируемого логического контроллера, а также непрерывное получение текущих значений режимных параметров процесса с помощью контроллера датчиков и передачу их на персональный компьютер.
Выполнение адсорберов установки с возможностью регулирования высоты слоя адсорбента путем установки верхних крышек на заданную глубину обеспечивает получение необходимой для эффективного газоразделения высоты слоя адсорбента.
Выполнение корпусов адсорберов из полимерного материала с низкой теплопроводностью обеспечивает теплоизоляцию внутреннего пространства адсорберов (слоя адсорбента) от окружающей среды.
Использование в качестве полимерного материала с низкой теплопроводностью полиамида шестиблочного обеспечивает требуемую теплоизоляцию корпуса при выполнении требований прочности корпуса.
Использование в установке клапанов с электромагнитным управлением со скоростью срабатывания не более 0,1 с обеспечивает требуемую точность организации процесса газоразделения, что необходимо при имитировании работы схем с количеством адсорберов более одного.
По имеющимся у заявителя сведениям, совокупность существенных признаков заявляемого изобретения не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критерию "новизна".
Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения может быть многократно использована в производстве различных модификаций аппаратно-программных комплексов для исследования циклических адсорбционных процессов очистки и разделения газовых смесей с получением технического результата, заключающегося в повышении точности имитации процесса газоразделения, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критерию "промышленная применимость".
Сущность заявляемого изобретения поясняется примером конкретного выполнения, где:
На фиг. 1 показана принципиальная схема аппаратно-программного комплекса.
На фиг. 2 показана схема взаимодействия аппаратной и программной частей аппаратно-программного комплекса.
На фиг. 3 показан адсорбер в разрезе.
На представленных чертежах изображены:
1 - компрессор;
2 - электромагнитный клапан;
3 - газовый баллон;
4, 5 - электромагнитные клапаны;
6 - осушитель;
7 - ресивер;
8 - регулятор давления;
9 - регулятор расхода;
10 - электромагнитный клапан;
11 - датчик объемной доли газообразных веществ;
12 - датчик объемного расхода;
13 - датчик температуры;
14 - датчик давления;
15-18 - электромагнитные клапаны;
19-22 - адсорберы;
23-26 - электромагнитные клапаны;
27 - датчик объемной доли газообразных веществ;
28 - датчик объемного расхода;
29 - датчик температуры;
30 - датчик давления;
31-39 - электромагнитные клапаны;
40 - датчик объемной доли газообразных веществ;
41 - датчик объемного расхода;
42 - датчик температуры;
43 - датчик давления;
44 - ресивер;
45, 46 - электромагнитные клапаны;
47 - газовый баллон;
48 - программируемый логический контроллер;
49 - контроллер датчиков;
50 - персональный компьютер;
51 - программный блок формирования плана экспериментальных исследований;
52 - программный блок идентификации и расчета коэффициентов математической модели;
53 - программный блок управления;
54 - корпус адсорбера;
55 - крышки;
56 - штуцеры;
57 - антифрикционные втулки;
58 - конические вставки;
59 - уплотнение конической вставки;
60 - уплотнительные прокладки;
61 - слой адсорбента;
62 - распределительные решетки.
Аппаратно-программный комплекс содержит: компрессор 1, через электромагнитный клапан 2; газовый баллон 3, через электромагнитный клапан 4; электромагнитный клапан 5, связанный с атмосферой, соединенные через осушитель 6, ресивер 7, регулятор давления 8, регулятор расхода 9, электромагнитный клапан 10, датчики: объемной доли газообразных веществ 11, объемного расхода 12, температуры 13, давления 14, через электромагнитные клапаны 15-18 с адсорберами 19-22, соответственно, с одной стороны, образуя линию подачи исходной газовой смеси. Адсорберы 19-22 с той же стороны через электромагнитные клапаны 23-26, датчики: объемной доли газообразных веществ 27, объемного расхода 28, температуры 29, давления 30, соединены с атмосферой, образуя линию сброса промывного газа. Адсорберы 19-22 с другой стороны соединены: между собой через электромагнитные клапаны 31-34, образуя линию выравнивания давлений между адсорберами и через электромагнитные клапаны 35-38, электромагнитный клапан 39, датчики: объемной доли газообразных веществ 40, объемного расхода 41, температуры 42, давления 43, ресивер 44, электромагнитный клапан 45 - с атмосферой, а через электромагнитный клапан 46 с газовым баллоном 47, образуя линию отбора продукционной смеси. Управление электромагнитными клапанами 2, 4-6, 15-18, 23-26, 31-39, 45, 46, регулятором давления 8, регулятором расхода 9 осуществляется по линиям связи 1-25 с помощью программируемого логического контроллера 48. Непрерывный сбор данных с датчиков 11-14, 27-30, 40-43 осуществляется по линиям связи 26-37 с помощью контроллера датчиков 49. Программируемый логический контроллер 48, контроллер датчиков 49 соединены с персональным компьютером 50, с установленным программным обеспечением, включающим программные блоки: формирования плана экспериментальных исследований 51, идентификации и расчета коэффициентов математической модели 52, управления 53.
Адсорберы 19-22 содержат корпус адсорбера 54, в верхней и нижней части которого в резьбовых гнездах установлены крышки 55 с резьбовыми отверстиями по центру, в которых установлены штуцеры 56. Штуцеры 56 своими торцами примыкают к антифрикционным втулкам 57, установленным в конических вставках 58, которые примыкают к корпусу 54 через уплотнение конической вставки 59. На торцах конических вставок 58 установлены уплотнительные прокладки 60, примыкающие к слою адсорбента 61 через распределительные решетки 62.
Сборка устройства осуществляется следующим образом.
Вначале осуществляется сборка адсорберов установки. В вертикально расположенную широкой частью вверх коническую вставку 58 с уплотнением конической вставки 59 с расположенной на ней сверху уплотнительной прокладкой 60 и распределительной решеткой 62 снизу вкручивается антифрикционная втулка 57. Далее в нижнюю часть антифрикционной втулки 57 вворачивается штуцер 56, предварительно вкрученный в крышку 55 и крышка 55 плавно вкручивается в нижнюю часть корпуса 54 до упора. Далее с верхней стороны корпуса адсорбера 54 осуществляется засыпка адсорбента 61. Герметизация верхней половины адсорбера достигается вворачиванием штуцера 56 до упора в антифрикционную втулку 57 при предварительно закрученной крышке 55 в корпус адсорбера 54.
Далее осуществляется сборка аппаратно-программного комплекса и соединение всех элементов полиуретановыми шлангами (показаны условно). Компрессор 1 соединяется с одним концом электромагнитного клапана 2, далее газовый баллон 3, предварительно заполненный анализируемой смесью, соединяется с одним концом электромагнитного клапана 4, после чего свободные концы электромагнитных клапанов 2, 4 присоединяются к двум концам трехходового фитинга (условно не показан). Свободный конец трехходового фитинга соединяется с одним из концов другого трехходового фитинга (условно не показан), второй конец которого соединятся с электромагнитным клапаном 5, связанным с атмосферой, третий конец которого соединяется с осушителем 6. Осушитель 6 соединяется с ресивером 7, далее с регулятором давления 8, далее с регулятором расхода 9, далее через электромагнитный клапан 10 последовательно через трехходовые фитинги (условно не показаны) с установленными датчиками объемной доли газообразных веществ 11, объемного расхода 12, температуры 13, давления 14, далее через трехходовые фитинги (условно не показаны) с электромагнитными клапанами 15-18 с одной стороны. Каждый из электромагнитных клапанов 15-18 с другой стороны соединяется с одним из концов трехходовых фитингов (условно не показаны), другой конец трехходовых фитингов (условно не показаны) соединяется с соответствующим адсорбером 19-22 с одной стороны, соответственно, третий конец каждого трехходового фитинга (условно не показаны) соединяется через электромагнитные клапаны 23-26 последовательно через трехходовые фитинги (условно не показаны) с датчиками объемной доли газообразных веществ 27, объемного расхода 28, температуры 29, давления 30 и далее с атмосферой. Адсорберы 19-22 с другой стороны соединяются между собой через два свободных конца трехходовых фитингов (условно не показаны) и электромагнитные клапаны 31-34, а третьи свободные концы трехходовых фитингов (условно не показаны) соединяются соответственно через электромагнитные клапаны 35-38, два свободных конца трехходового фитинга (условно не показан) через электромагнитный клапан 39, датчики объемной доли газообразных веществ 40, объемного расхода 41, температуры 42, давления 43, ресивер 44, электромагнитный клапан 45 с атмосферой, а третьим концом трехходового фитинга через электромагнитный клапан 46 с газовым баллоном 47, предварительно заполненным промывной смесью. После сборки осуществляется подключение электромагнитных клапанов 2, 4, 5, 10, 15-18, 23-26, 31-39, 45, 46, регулятора давления 8, регулятора расхода 9 по линиям связи 1-25 к программируемому логическому контроллеру и к сети 24 вольта постоянного тока (условно не показана). Далее осуществляется подключение датчиков 11-14, 27-30, 40-43 по линиям связи 26-37 к контроллеру датчиков 49. Далее программируемый логический контроллер 48, контроллер датчиков 49 соединяются с персональным компьютером 50 шлейфом по протоколу RS-232 для взаимодействия с установленным на персональном компьютере 50 программным обеспечением, включающим программные блоки: формирования плана экспериментальных исследований 51, идентификации и расчета коэффициентов математической модели 52, управления 53.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
В программной части аппаратно-программного комплекса с помощью программного блока управления 53 формируется задание для программного блока формирования плана экспериментальных исследований 51, который определяет алгоритм работы программно-аппаратного комплекса. Рассмотрим алгоритм работы аппаратно-программно комплекса при реализации наиболее сложной четырехадсорберной схемы процесса очистки и газоразделения.
Исходная газовая смесь подается в установку либо компрессором 1 через электромагнитный клапан 2 (при закрытом электромагнитном клапане 4), либо из газового баллона 3 через электромагнитный клапан 4 (при закрытом электромагнитном клапане 2). Далее, при необходимости, часть смеси может быть стравлена в атмосферу через электромагнитный клапан 5 и поступает в осушитель 6, где осуществляется избирательное поглощение паров воды, далее в ресивер 7, с объемом, достаточным для сглаживания пульсаций подачи исходной смеси. Из ресивера 7 смесь подается через регулятор давления 8, позволяющий обеспечить требуемое давление исходной смеси, регулятор расхода 9, обеспечивающий заданный расход исходной смеси, электромагнитный клапан 10, через электромагнитные клапаны 15-18 в адсорберы 19-22. Контроль параметров подаваемой газовой смеси осуществляется в непрерывном режиме с помощью датчиков объемной доли газообразных веществ 11, объемного расхода 12, температуры 13, давления 14, установленных по месту в линии подачи. В каждом из адсорберов 19-22 в течение цикла, задаваемого программируемым логическим контроллером 48 последовательно реализуются следующие стадии: адсорбция (избирательное поглощение одного или нескольких компонентов из газовой смеси), сброс остаточного давления до промежуточного значения, десорбция, подъем давления до промежуточного значения, подъем давления до давления адсорбции. Рассмотрим работу установки на примере адсорбера 19. Исходная газовая смесь с давлением, равным давлению адсорбции, подается через электромагнитный клапан 15 (при закрытом электромагнитном клапане 23) в адсорбер 19, заполненный адсорбентом, где за счет избирательности адсорбции смесь освобождается от сорбируемых компонентов и поступает через электромагнитный клапан 35, электромагнитный клапан 39, в ресивер 44, откуда сбрасывается в атмосферу электромагнитным клапаном 45. Контроль параметров полученной смеси осуществляется в непрерывном режиме с помощью датчиков объемной доли газообразных веществ 40, объемного расхода 41, температуры 42, давления 43, установленных перед ресивером 44. Часть смеси, выходящей из адсорбера 19 с помощью открытых электромагнитных клапанов 31, 33 поступает противотоком в адсорбер 21, где осуществляется сброс давления с промежуточного до давления десорбции и десорбция сорбированных компонентов при атмосферном давлении в отходящий поток, направляемый через электромагнитный клапан 25 (при закрытых электромагнитных клапанах 17, 37) в атмосферу. Контроль параметров смеси, сбрасываемой в атмосферу, осуществляется в непрерывном режиме с помощью датчиков объемной доли газообразных веществ 27, объемного расхода 28, температуры 29, давления 30. Одновременно в адсорбере 20 (при закрытых электромагнитных клапанах 16, 24, 36) происходит снижение давления до промежуточного (между давлением адсорбции и десорбции) путем выравнивания давлений с адсорбером 22, в котором происходит повышение давления с давления десорбции до промежуточного давления (при закрытых электромагнитных клапанах 18, 26, 38) за счет сброса газового потока из адсорбера 20 через электромагнитные клапаны 32, 34 в адсорбер 22. Описанные процессы продолжаются в течение времени, равного 
времени цикла, далее процесс повторяется для каждого из адсорберов, таким образом обеспечиваются непрерывные потоки газовой смеси на линии подачи исходной газовой смеси в установку, на линии отбора продукционной смеси, на линии сброса промывного газа аппаратной части программно-аппаратного комплекса. Непрерывно получаемые текущие значения режимных параметров процесса с помощью контроллера датчиков 49 передаются на персональный компьютер 50 в программную часть блока идентификации и расчета коэффициентов математической модели 52, где осуществляется автоматизированный расчет коэффициентов математической модели (коэффициентов массоотдачи для каждого адсорбируемого компонента), используемый для расчета процессов газоразделения. В случае необходимости, имеется возможность регенерации адсорбента в адсорберах 19-22 из газового баллона 47 путем открытия электромагнитного клапана 46 при закрытом электромагнитном клапане 39.
Устройство позволяет повысить точность имитации процесса газоразделения по технологии короткоцикловой безнагревной адсорбции и обеспечить автоматизированный расчет и идентификацию коэффициентов математической модели (коэффициентов массоотдачи для каждого адсорбируемого компонента) процессов короткоцикловой безнагревной адсорбции, реализованной в программной части программно-аппаратного комплекса.
Claims (4)
1. Аппаратно-программный комплекс для исследования циклических адсорбционных процессов очистки и разделения газовых смесей, содержащий соединенные параллельно, исключающие возможность одновременного включения компрессор с электромагнитным клапаном, газовый баллон с электромагнитным клапаном, электромагнитный клапан, связанный с атмосферой, соединенные через осушитель, ресивер, регулятор давления, регулятор расхода, электромагнитные клапаны с адсорберами с одной стороны, электромагнитные клапаны, соединенные с атмосферой и с адсорберами с той же стороны, электромагнитные клапаны, соединенные параллельно через ресивер с атмосферой и с газовым баллоном, исключая возможность одновременного соединения с атмосферой и газовым баллоном и с адсорберами с другой стороны, характеризующийся тем, что в аппаратно-программном комплексе установлены четыре адсорбера с возможностью регулирования высоты слоя адсорбента путем установки верхних крышек на заданную глубину и возможностью организации одновременной работы от одного до четырех адсорберов путем включения или выключения соответствующих электромагнитных клапанов с помощью программируемого логического контроллера, соединенного с персональным компьютером, аппаратной части аппаратно-программного комплекса согласно программе, задаваемой программным блоком управления через программный блок формирования плана экспериментальных исследований программной части аппаратно-программного комплекса, реализованной на персональном компьютере, а на линиях подачи исходной газовой смеси в установку, отбора продукционной смеси, сброса промывного газа аппаратной части программно-аппаратного комплекса установлены датчики измерения режимных параметров (давления, объемного расхода, температуры, концентрации компонентов), соединенные с контроллером датчиков, осуществляющим непрерывную регистрацию режимных параметров и соединенным с персональным компьютером, с последующей идентификацией и расчетом коэффициентов математической модели в программной части аппаратно-программного комплекса.
2. Аппаратно-программный комплекс по п. 1, отличающийся тем, что корпусы адсорберов выполнены из полимерного материала с низкой теплопроводностью.
3. Аппаратно-программный комплекс по п. 2, отличающийся тем, что в качестве материала корпуса с низкой теплопроводностью используется полиамид шестиблочный.
4. Аппаратно-программный комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в установке используются клапаны с электромагнитным управлением со скоростью срабатывания не более 0,1 с.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018108214A RU2683089C1 (ru) | 2018-03-06 | 2018-03-06 | Аппаратно-программный комплекс для исследования циклических адсорбционных процессов очистки и разделения газовых смесей |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018108214A RU2683089C1 (ru) | 2018-03-06 | 2018-03-06 | Аппаратно-программный комплекс для исследования циклических адсорбционных процессов очистки и разделения газовых смесей |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2683089C1 true RU2683089C1 (ru) | 2019-03-26 |
Family
ID=65858706
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018108214A RU2683089C1 (ru) | 2018-03-06 | 2018-03-06 | Аппаратно-программный комплекс для исследования циклических адсорбционных процессов очистки и разделения газовых смесей |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2683089C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4983190A (en) * | 1985-05-21 | 1991-01-08 | Pall Corporation | Pressure-swing adsorption system and method for NBC collective protection |
| RU2004313C1 (ru) * | 1991-10-04 | 1993-12-15 | Чеков Юрий Федорович; Ремизов Валерий Васильевич; Супа Анатолий Сергеевич | Способ контрол циклического адсорбционно-десорбционного процесса очистки газа от примесей при термовакуумной регенерации адсорбента |
| US8226745B2 (en) * | 2009-04-28 | 2012-07-24 | Lehigh University | Miniature oxygen concentrators and methods |
| RU136976U1 (ru) * | 2012-12-27 | 2014-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Экотехнологии" | Адсорбционный генератор кислорода |
-
2018
- 2018-03-06 RU RU2018108214A patent/RU2683089C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4983190A (en) * | 1985-05-21 | 1991-01-08 | Pall Corporation | Pressure-swing adsorption system and method for NBC collective protection |
| RU2004313C1 (ru) * | 1991-10-04 | 1993-12-15 | Чеков Юрий Федорович; Ремизов Валерий Васильевич; Супа Анатолий Сергеевич | Способ контрол циклического адсорбционно-десорбционного процесса очистки газа от примесей при термовакуумной регенерации адсорбента |
| US8226745B2 (en) * | 2009-04-28 | 2012-07-24 | Lehigh University | Miniature oxygen concentrators and methods |
| RU136976U1 (ru) * | 2012-12-27 | 2014-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Экотехнологии" | Адсорбционный генератор кислорода |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Filipe V.S. Lopes "Activated carbon for hydrogen purification by pressure swing adsorbtion". Chemical Engineering Science 2011 N66, с. 303-317. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Olajossy et al. | Methane separation from coal mine methane gas by vacuum pressure swing adsorption | |
| Jiang et al. | Simultaneous biogas purification and CO2 capture by vacuum swing adsorption using zeolite NaUSY | |
| Hassan et al. | Air separation by pressure swing adsorption on a carbon molecular sieve | |
| Yang et al. | Adsorption dynamics of a layered bed PSA for H2 recovery from coke oven gas | |
| Mendes et al. | Oxygen separation from air by PSA: modelling and experimental results: Part I: isothermal operation | |
| Webley et al. | A new multi-bed vacuum swing adsorption cycle for CO2 capture from flue gas streams | |
| Ntiamoah et al. | CO 2 capture by vacuum swing adsorption: role of multiple pressure equalization steps | |
| WO2014124021A1 (en) | Methods of separating molecules | |
| Yang et al. | Bulk separation of hydrogen mixtures by a one-column PSA process | |
| Malek et al. | Study of a six‐bed pressure swing adsorption process | |
| Goyal et al. | Adsorption and diffusion of moisture and wet flue gas on silica gel | |
| RU2683089C1 (ru) | Аппаратно-программный комплекс для исследования циклических адсорбционных процессов очистки и разделения газовых смесей | |
| Akulinin et al. | Optimizing pressure-swing adsorption processes and installations for gas mixture purification and separation | |
| Tian et al. | Simulation and experiment of six-bed PSA process for air separation with rotating distribution valve | |
| Kopaygorodsky et al. | Predictive dynamic model of single‐stage ultra‐rapid pressure swing adsorption | |
| Arvind et al. | Analysis of a piston PSA process for air separation | |
| JPH0230727B2 (ru) | ||
| Liow et al. | The backfill cycle of the pressure swing adsorption process | |
| EP1449565A1 (en) | Method of testing | |
| Javadi et al. | Pilot-scale experiments for nitrogen separation from air by pressure swing adsorption | |
| Nikolaidis et al. | Modelling and Optimization of Pressure Swing Adsorption (PSA) Processes for Post‐combustion CO2 Capture from Flue Gas | |
| Eshima et al. | Generating Anomalous Regenerable CO2 Removal System Data for Environmental Control and Life Support System Self-Awareness | |
| Shrivastava et al. | A comprehensive study for improving the working parameters for the design of a PSA-based oxygen concentrator | |
| Akulinin et al. | Optimization of energy-saving vacuum pressure swing adsorption unit | |
| Sameer et al. | Development and integration of oxygen generator for home air conditioner |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210307 |