книги / Углеродные адсорбенты и их применение в промышленности

3(*U

Рис.б. Зависимость быстроты откачки криоадсорб- foHHoro насоса от давления:

- адсорбционный элемент из углеродных трубча­ тых изделий; 2 - адсорбционный элемент с кассе­ тами с СКТ-4Б: 3 - адсорбционный элемент с кассетами с БАУ.

тов	(это особенно отчетливо		видно на рис.4 ,	где ем­
кость	отложена в логэрифмическом масштабе),			а при дав­
лении Р > 10“^ мм р т .с т . -		у	трубчатого изделия (что
хорошо видно из р и с .5 , где		емкость отложена в линейном
масштабе). Таким образом,		в	отношении ресурса работы

и достижения предельно низких давлений трубчатые изде­ лия особенно эффективны в области промежуточных и форвакуумных давлений. Повидимому, тут играет роль то, что у исследовавшихся трубчатых изделий весь адсорб­ ционный объем приходится на однородную систему пор с размерами,существенно превышающими размер молекулы азо­ та. У углей же СКТ и БАУ имеет место более широкое распределение пор по размерам с достаточно большим ад­ сорбционным объемом, приходящимся на поры меньших раз-, меров. Адсорбция в этих порах обеспечивает значитель­ ную адсорбционную емкость и при более низких давлениях.

На р и с .6 приведены откачные характеристики криоадсорбционного насоса с адсорбционным элементом из труб­ чатого углеродного изделия (кривая I и кассет иэ угля

251

СКТ (кривая 2) и БАУ (кривая 3). Именно из сравнения быстрот откачки различных адсорбционных элементов особен­ но наглядны преимущества трубчатого углеродного изделия,

обеспечивающего	в области давлений Р * 10“^ мм р т .с т .
значения этого	важнейшего параметра работы насоса

в 2-3 раза лучше. Тут сказывается и лучшая теплопровод­ ность, обеспечивающая более быстрое установление равно­ весных условий, и размер пор, обеспечивающий хорошую ки­ нетику их заполнения.

Существенное преимущество исследовавшихся трубчатых углеродных изделий перед гранулированными по быстроте откачки свидетельствует о наличии достаточных резервов по варьированию размера пор. Повидимому, можно без сущест­ венных потерь по быстроте откачки создать трубчатые углеродные изделия, преимущество которых перед гранулиро­ ванными изделиями и в отношении адсорбционных объемов будет распространено и на более низкие давления. Все это вместе с ранее упоминавшимися технологичностью и механи­ ческой прочностью позволяет рассматривать трубчатые углеродные изделия, как весьма перспективный адсорбент для снаряжения откачивающих элементов криоадсорбционных насосов.

	Л И Т Е Р А Т У Р А
I .	Федоров Н.Ф., Ивахнюк Г .К ., Тетенов В. В. Пористая

структура и адсорбционные свойства адсорбентов из неорга­ нических соединений углерода. - Получение, структура и свойства, сорбентов. Межвузовский сборник научных трудов. - -Ленинград; I960, с .21-26.

УДК 621.57:66.071.7

В.П. Харитонов

РАЗРАБОТКА УСЛОВИЙ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ АКТИВНЫХ УГЛЕЙ В ОБОРУДОВАНИИ ХРАНИЛИЩДЛЯ

ПЛОДОВ И ОВОЩЕЙ

Хранение плодов и овощей в герметизированных холодиль­ ных, камерах с искусственными атмосферами стало одним из направлений технического прогресса в сельском и плодо­ овощном хозяйстве страны. Оптимальный газовый состав атмосферы хранилища обеспечивает снижение потерь плодо­ овощной продукции при хранении в два-три раза, лучшее сохранение ее качества, биологической и пищевой ценности, создает возможности более длительного хранения. В связи

с резким увеличением в XI пятилетке объемов внедрения данного мет ода, создание и совершенствование оборудования для хранилищ с регулируемой газовой средой /РТС/ не поте­ ряло своей актуальности. На большинстве отечественных хра­ нилищ с РГС используются,наряду с другими видами оборудо­ вания, адсорбционные установки поглощения углекислого газа.

Оптимальный газовый состав искусственных атмосфер плодоовощехранилищ строго дифференцирован по видам продук­ ции,* помологическим сортам и может корректироваться в зависимости от состояния продукции в момент закладки и в процессе хранения. Действующими нормами регламентируются температура, относительная влажность и объемные концент­ рации только двух компонентов:кислорода и углекислого газа. Искусственная атмосфера хранилища в соответствии с

253

санитарными нормами не должна содержать каких-либо ве­ ществ, вредных для продукции и обслуживающего персонала. Однако, перечень таких веществ и допустимые концентрации их в атмосфере герметизированных холодильных камер не ус­ тановлены. В связи с этим назначение установок регулиро­ вания газового состава в плодоовощехранилищах в настоя­ щее время ограничивается поддержанием в заданных преде­ лах концентрации кислорода и углекислого газа. Наиболее часто рекомендуются искусственные атмосферы,содержащие 2-3 %кислорода и 1-5 %углекислого газа. Допустимые ко­ лебания концентрации от заданного значения составляют + 0,5 %. Температура среды в хранилище равна +2°С /0 * +4°С/, допустимые колебания температуры + 0,5°С .

Относительная влажность внутри холодильных камер лежит в пределах 95-97 % Широко применяется атмосфера с пара­ метрами: 3 %кислорода, 3 %углекислого газа, температу­ ра 0°С, относительная влажность 95 %

Внутри герметизированных холодильных камер продукция выделяет углекислый газ с интенсивностью 3-5мг СО^Скг-ч). Размеры промышленных холодильных камер соответствуют их грузовой емкости 50-200 т , внутренний строительный объем холодильных камер равен 250-1000 м3. Интенсивность ввделения углекислого газа в камере составляет,таким об­ разом, от 0,075 до 0,5 м3/ч .

Естественная модификация атмосферы герметизированных холодильных камер за счет метаболических процессов при­ водит н возрастанию углекислого газа с очень малой , ско­ ростью, не превышающей I % в сутки. Это дает возможность существенно облегчить эксплуатацию неавтоматизированных средств регулирования состава атмосферы и включать Их в работу один раз в сутки на несколько часов для корректи­ ровки состава атмосферы. Естественно, производительность установок поглощения углекислого газа должна быть в этом случае соответственно увеличена.

Современный уровень технологии термоизоляции холо­ дильных камер и конструкция ограждений не позволяют полностью исключить газообмен между атмосферным воздухом и газовой средой камеры. Газообмен осуществляется через

254

оставшиеся неплотности, диффузией сквозь ограждения! а также через гидрозатворы, предотвращающие возникновение перепадов давления по обе стороны ограждений холодильной камеры свыше 5 мм вод .ст. Степень герметичности холодиль­ ных камер оценивается отношением расхода утечки газовой среды к общему объему среды в камере и равна для промыш­

ленных	камер	0,001-0,004 ч"-^. Неполная герметичность
влечет	за собой	постоянный приток в камеру атмосферного

воздуха и повышение концентрации кислорода, что нежела­ тельно. Газообмен с атмосферой снижает темп возрастания концентрации углекислого газа,что облегчает использова­ ние установок поглощения C0g.

Оборудование регулирования состава атмосферы хранилищ размещается вне холодильных камер в специальных отапливае­ мых помещениях, получивших название станций газовых сред. Эксплуатация и техническое обслуживание установок регули­ рования газового состава производится машинистами холо­ дильных машин, прошедшими дополнительное обучение.

Температурный режим в холодильных камерах поддержива­ ется с помощью систем охлаждения, холодоцроизводительность которых определена без учета дополнительных теплопритоков от системы регулирования газового состава; поэтому газовая среда, вводимая или возвращаемая в каме­ ру в процессе регулирования ее состава, должна иметь тем­ пературу и влагосодержание, близкие к параметрам хране­ ния.

Эксплуатация плодоовощехранилищ с РГС может осуществ­ ляться в течение всего года,что обуславливает очень широ­ кий диапазон изменения параметров окружающей среды.

Типовые проекты плодоовощехранилищ с РГС предусматри­ вают создание требуемого газового состава среды внутри камер с помощью газогенераторных установок - оборудования, принцип действия которого основан на сжигании газа с целью получения газовой среды с низким содержанием кисло­

рода /0 ,2 - 0 ,5 %/. Продукты сгорания содержат до 12-14 % углекислого газа; для снижения концентрации C0g до необ­ ходимого уровня используются адсорбционные блоки очистки.

255

Таким образом, адсорбционные установки регулирования газовой среды на плодоовощехранилищах могут иметь двоя­ кое назначение:

-удаление углекислого газа,выделяемого плодами при хранении /рециркуляционные блоки очистки/;

-удаление углекислого газа из продуктов сгорания газогенераторных установок /проточные блоки очистки/.

Примером адсорбционной установки рециркуляционного типа может служить установка Ш 9, выпускаемая фирмой

"Ml Liqlll^"/Ф ранция/ для плодоовощехранилищ с РГС. Установка имеет два адсорбера, заполненные цеолитом и работающие попеременно в режиме очистки газовой среды от углекислого газа и в режиме регенерации длительностью по 1,5 часа. Режим регенерации состоит из двух фаз:фазы нагревания цеолита и фазы охлаждения, каждая продолжи­ тельностью по 0,75 часа. Технические характеристики установки И19: производительность по удаляемому угле­

кислому газу при концентрации			в камере 3 %COg равна
9	к г/ч ,	электрическая мощность 60 кВт, расход воды
2	м3/ч ,	масса установки 5000	кг, габаритные размеры

3700x2350x2950 мм / I / .

Основным недостатком цеолитовых установок в условиях их эксплуатации на плодоовощехранилищах является слож­ ность устройства, высокая энерго- й металлоемкость,требо­ вание высокой квалификации обслуживающего персонала.

Углеадсорбционные установки для плодоовощехранилищ имеют более простые технологические схемы и обладают хорошими массо-габаритными и энергетическими характерис­

тиками.

На рис.1 приведена схема установки " A-Eccd-loH"9 работающей на активном угле и предназначенной для удале­ ния углекислого газа из атмосферы холодильных камер. Регенерация активного угля осуществляется атмосферным воздухом. Цри концентрации углекислого газа в камере 3 % производительность установки по удаляемому углекислому газу равна 72 кг/сут; электрическая мощность 1,5 кВт, масса 500 кг, габаритные размеры 1800x800x1700 мм / I / .

256

РисЛ . Принципиальная схема углеадсорб­ ционной установки.

1,3,5-техходовые переключающие клапаны;

2-адсорбер; 4 - вентилятор.

Рис. 2. Принципиальная схема газогенера­ торной установки типа УРГС.

1,2-адсорберы,заполненные активным углем;

3-исполнительный механизм; 4,5-переключаю- щие клапаны; б ,7 - вентиляторы; 8-емкость для хранения га за ; 9-устройство подготовки газа; 10-камера сгорания; l l -контактный водяной холодильник; 12-конденсатосборник; 13,14-трех- ходовые клапаны; 15-воздуходувка.

17

36

257

Отечественной промышленностью выпускаются газогенера­ торные установки для плодоовощехранилищ марок УРГС2Б по Техническим условиям ТУ 51-886-79 и РГГС-400 с адсорб­ ционными аппаратами очистки газовой среды от углекислого газа, работающими на активном угле марки СКТ. На р и с .2 приведена схема газогенераторной установки типа УРГС / 2 / . Адсорбционный аппарат очистки работает с циклом переклю­ чения 5-10 минут. Регенерация активного угля осуществля­ ется атмосферным воздухом, расход газовой среды через адсорбер в режиме ее очистки от углекислого газа равен 90 м3/ч , расход воздуха в режиме регенерации в три р аза больше. Продукты десорбции выбрасываются в атмосферу.

Продолжительность режимов очистки и регенерации одинакова. По техническим условиям аппарат очистки должен обеспечи­ вать снижение концентрации углекислого газа от 12 до

0,0 %,

Углеадсорбционный аппарат очистки газогенераторной ус­ тановки РГГС-400 выполнен по аналогичной схеме и предназ­ начен для очистки 400 м3/ч газовой среды от углекислого газа.

Результаты лабораторных испытаний и эксплуатационных наблюдений за работой углеадсорбционных установок,выпол­ ненных по вышеприведенным схемам, позволили сделать сле­ дующие выводы:

- адсорбционные установки на активном угле могут быть использованы на плодоовощехранилищах для удаления угле­ кислого газа, и по ряду технико-экономических показате­ лей они превосходят цеолитовые установки аналогичного назначения;

- рассмотренные выше схемы углеадсорбционных устано­ вок не обеспечивают эффективного использования активных углей в условиях длительной эксплуатации.

Последний вывод основан на установленном факте посте­ пенного снижения в процессе эксплуатации производитель­ ности установки; фактическая емкость активного угля СКТ

по углекислому газу с	течением времени снижалась	почти
в три р аза, темп роста	концентрации кислорода в	камере

при работающей углеадсорбционной установке приближался

258

к темпу снижения концентрации углекислого газа,что в ря­ де случаев являлось крайне нг желательным явлением.

Причины нестабильных характеристик используемых в настоящее время на плодоовощехранилищах углеадсорбцион­ ных: аппаратов очистки заключаются на наш взгляд в про­ грессирующем увлажнении активного угля.

В табл.1 приведены условия работы активного угля в аппарате очистки газогенераторной установки типа УРГС.

					Таблица I
	Температура и		Относительная влажность
	потоков на входе в адсорбер аппарата очистки
	газогенераторной установки
р			Очистка продуктов		Очистка атмосферы
г е ж и м ы			сгорания		камеры
		ТУ		ТТ%	ТУ	if/%
Адсорбция			20	100	"0	95
Регенерация			'Ь н .в .	н .в.	-^н.в.	'Рн.в.
	Анализ	табл.1	показывает,что в режиме очистки продук­
тов	сгорания при		низкой	температуре наружного воздуха
/	н. в. ^	20°С/	в слое угля происходит частичная конден­
сация влаги из продуктов				сгорания. В режиме очистки атмо­

сферы камеры при сравнительно высоких температурах наруж­ ного воздуха / £ НВ' > Ю °С /, например, +20°с и 60 %

в слое угля происходит частичная конденсация влаги из атмосферного воздуха.

Очень невысокая динамическая активность по углекисло­ му газу даже сухого активного угля марки СКТ /4 ,5 д / при концентрации 5 %C0g и температуре 20°С /обуславливает существенный приток кислорода в холодильную камеру через адсорбционную установку. Так,например,при массе угля в одном адсорбере 100 кг и расходе газовой среды 400 м3/ч при концентрации 5 %C0g в холодильной камере переключе­ ние адсорберов следует производить через каждые 3 минуты.

17-2 356

259

Одновременно с удалением углекислого газа в камеру будет вноситься и атмосферный кислород» так как свободное газо­ вое щюстранство адсорбера при его подключении к камере после регенерации оказывается заполненным воздухом. Отно­ сительный объем газового пространства в адсорбере лехит в пределах 0 ,6 -0 ,7 . Количественная оценка притока кисло­

рода в камеру через адсорбционную установку с циклом
три минуты приведена в табл.2.			Таблица 2
щ
Перенос кислорода в камеру через адсорб­
ционную установку
Концентрация углекислого	I	2	3	4	5
газа в камере, % (объемные)
Приток кислорода в камеру,		1,7
м3/ч	1,1		2 ,4	3 ,0	3,7
Сток углекислого газа,м 3/ч	3,6	7 ,2	10,8	14,4	18,0
Коэффициент относительно­	3,3	4 ,2	4 ,5	4 ,7	4 ,9
го переноса кислорода

Для абсолютно герметичных камер коэффициент К относитель ного переноса кислорода, определяемый как отношение объема удаляемого углекислого газа к объему вносимого кислорода, может быть равен или превосходить значение дыхательного коэффициента. Для хранилищ с неполной герметичностью необ­ ходимо выполнение неравенства К > I , которое, как видно

из табл .2, соблюдается при нормальных условиях использова­ ния активных углей.

Однако, при увлажнении угля динамическая активность его по углекислому газу снижается,что приводит к уменьшению значения коэффициента К. Ухудшение качества работы адсорб­ ционной установки не может быть скомпенсировано увеличе­ нием длительности ее работы, и поэтому сохранение перво­ начальной активности адсорбента в данном случае имеет принципиальное значение.

Представляется целесообразным создать такие условия Применения активных углей в аппаратах очистки плодоовоще-

260