Как продуть адсорбер: Клапан продувки адсорбера: принцип работы, признаки поломки, ремонт

Содержание

что такое клапан адсорбера и признаки неисправности

Система питания двигателя современного автомобиля является комплексом, который объединяет в себе целый ряд устройств и элементов. Среди них можно выделить основные детали  (например, топливный бак, топливные магистрали, топливный насос, форсунки и т.д.), а также вспомогательные системы. 

Среди вспомогательных элементов  отдельное место занимает адсорбер. Если коротко, данное решение позволяет улавливать пары топлива, что препятствует их попаданию в атмосферу. Данная система называется EVAP и должна в обязательном порядке устанавливаться на автомобили, которые соответствуют современным экологическим нормам и стандартам.

Что касается самого адсорбера, важным элементом в его устройстве является клапан продувки. Далее мы рассмотрим, что такое клапан адсорбера, для чего он нужен, как устроен и работает, а также какие признаки неисправности клапана адсорбера указывают на возможные неполадки.

Содержание статьи

Назначение и принцип работы клапана адсорбера

Как уже было сказано выше, адсорбер является основным элементом в системе улавливания топливных паров. При этом важную функцию также выполняет клапан адсорбера (иногда данные элементы ошибочно называют абсорбер и клапан абсорбера).

Обратите внимание, сегодня адсорберы ставятся на авто Евро-3 и выше, причем как иностранного, так и отечественного производства. Это значит, что даже в устройстве отечественного автомобиля есть подобное решение (например, клапан адсорбера ВАЗ, клапан адсорбера Калина или клапан адсорбера Приора). 

Сразу отметим, некоторые автовладельцы считают адсорбер обычным фильтром, который отвечает за экологию и никак не влияет на систему питания, работу двигателя автомобиля и т.д. На самом деле, это не так.

С одной стороны, адсорбер ВАЗ или иномарки можно считать второстепенным элементом, однако выход из строя такой системы может вывести из строя топливный насос, а также  оказывает влияние на работу ДВС автомобиля.

По этой причине необходимо периодически проверять клапан адсорбера. Также внимание данному элементу следует в случае появления определенных признаков неисправности и сбоев в работе мотора.

Давайте рассмотрим принцип работы клапана продувки адсорбера, неисправности клапана адсорбера, как проверить клапан продувки адсорбера и каким образом выполняется замена клапана абсорбера своими руками.

  • Итак, адсорбер ставится на бензиновые двигатели, а сам электромагнитный клапан продувки адсорбера является частью системы улавливания паров топлива. Чтобы понять назначение и принцип работы клапана, необходимо сначала изучить, как работает система улавливания паров горючего EVAP.

В общих чертах, адсорбер — емкость, которая заполнена адсорбентом (на деле, используется активированный уголь). Данная емкость соединяется с топливным баком при помощи трубок. Так вот, клапан адсорбера стоит между впускным коллектором и адсорбером, основной его функцией является вентиляция (продувка адсорбера).

Дело в том, что продувка необходима по причине того, что пары бензина в баке не полностью улавливаются сепаратором и затем конденсируются для повторного слива в бак. Часть топливных, которые не уловил сепаратор, по паропроводу проникает в адсорбер.

Когда пары в адсорбере накапливаются, они подаются во впускной коллектор при запуске ДВС. При этом улавливание паров происходит только тогда, когда двигатель заглушен.  Если же мотор работает, ЭБУ периодически открывает клапан продувки адсорбера для подачи воздуха в целях вентиляции.

Получается, пары выпускаются при помощи срабатывания клапана, конденсат паров топлива смешивается с воздухом и высасываются из адсорбера. Далее смесь попадает в двигатель и сгорает в цилиндрах.

Фактически, клапан адсорбера перенаправляет конденсат паров топлива в двигатель. Само собой, если возникают неисправности клапана, работа системы нарушается. При этом неполадки также отражаются на стабильности работы самого силового агрегата.

Клапан адсорбера: неисправности, диагностика и ремонт

Вполне очевидно, что на любой машине с адсорбером (адсорбер Приора, Калина или иномарка), клапан адсорбера при выходе из строя может повлиять на работу ДВС. Другими словами, как на отечественной бюджетной модели (например, клапан продувки адсорбера Калина), так и на автомобиле высокого класса указанный элемент в ряде случаев является причиной сбоев в работе двигателя. 

На деле, неполадки клапана продувки могут вывести из строя бензонасос. Также, если вентиляция адсорбера нарушена, топливо может скапливаться во впускном коллекторе, нарушается смесеобразование, силовая установка не выдает полной мощности и т.д. Часто проявляются проблемы при запуске холодного ДВС, возрастает нагрузка на стартер при попытках завести двигатель.

Основные признаки неисправности клапана адсорбера:

  • на холостом ходу двигатель работает не стабильно;
  • плавают обороты на ХХ;
  • пропала мощность двигателя;
  • увеличен расход топлива;
  • при работе ДВС клапан адсорбера не издает звуков;
  • при откручивании крышки бензобака слышно шипение;
  • возле авто и в салоне пахнет бензином;

Появление таких признаков вполне может быть вызвано и другим причинами, однако часто это говорит о нарушенной вентиляции адсорбера. Именно по этим причинам специалисты рекомендуют выполнять регулярную проверку клапана адсорбера.

Для того, чтобы проверить клапан адсорбера, на многих авто достаточно компьютерной диагностики. Также бывает не лишней и ручная проверка. Как правило, коды ошибок в памяти ЭБУ укажут на проблемы по части электрики (например, ошибка обрыв цепи управления клапана продувки адсорбера).

Механическая проверка нужна в том случае, когда во время работы мотора на холостом ходу или  «на холодную» слышно, что щелкает клапан адсорбера. При появлении посторонних звуков на ХХ можно резко нажать на педаль газа.

Если щелчки по характеру звука не меняются, тогда высока вероятность, что эти звуки издает клапан адсорбера. Так вот, если клапан адсорбера стучит, для начала можно попробовать почистить его регулировочный винт, после чего закрутить данный винт.

Далее следует выполнить регулировку клапана абсорбера. Чтобы отрегулировать клапан адсорбера, винт для регулировки  проворачивают на 0.5 оборота. При этом нужно учитывать, что если затянуть винт сильно, ЭБУ может принять это за неисправность и загорится ошибка. 

Однако если регулировка клапана адсорбера выполнена правильно, данный клапан практически без стука. Главное, учитывать индивидуальные особенности того или иного клапана на конкретной модели автомобиля.

Как заменить клапан адсорбера

Прежде всего, если на машине не работает вентиляция абсорбера, необходим ремонт. Независимо от того, на каком автомобиле произошла поломка (иномарка, Лада Приора или Калина), адсорбер и его клапан должны работать нормально. В противном случае все рассмотренные выше проблемы проявятся в большей или меньшей степени.  

При этом отметим, что замена клапана адсорбера своими руками  в большинстве случаев вполне возможна в условиях обычного гаража. Это значит, что не всегда в обязательном порядке необходимо ехать на сервис.

  • Первое, если рассматривать сам клапан адсорбера, цена на данное устройство обычно не высокая;
  • Второе, изучив устройство конкретного авто, необходимо определить, где стоит клапан продувки адсорбера.
  • Как правило, для замены клапана нужно иметь пару отверток «крест».
Замена выполняется достаточно просто. Главное, подобрать такой клапан для установки, чтобы его маркировка была точно такой же, как и на том клапане, который ранее стоял на машине. После приобретения нужного клапана, достаточно снять клеммы с АКБ, отсоединить от клапана «фишку» с проводами, выкрутить крепления клапана.

Затем потребуется убрать штуцеры под защелкой, а также выполнить отсоединение шлангов. После можно вынуть клапан и его кронштейн из адсорбера. Теперь можно установить новый клапан и осуществить обратную сборку. На этом замену можно считать завершенной.

Единственное, на некоторых авто еще может потребоваться сбросить ошибку в памяти ЭБУ. Кстати, сделать это можно при помощи простого решения типа ELM327 или другого диагностического оборудования. 

Что в итоге

С учетом приведенной выше информации становится понятно, что адсорбер и клапан адсорбера выполняют важные функции. Более того, неисправности системы могут оказать серьезное влияние на работу двигателя.  Как правило, рассмотренные выше признаки и симптомы неполадок клапана зачастую указывают на необходимость проведения углубленной диагностики. При этом часто виновником оказывается именно система вентиляции паров топлива.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое адсорбер. Из этой статьи вы узнаете о том, для чего необходимо данное устройство, какие функции оно выполнят, а также какие признаки и симптомы указывают на то, что адсорбер неисправен, необходима его проверка, обслуживание или замена. По этой причине опытные специалисты рекомендуют регулярно выполнять как компьютерную диагностику автомобиля, так и периодически осуществлять механические проверки (оценка работы клапана, качество работы двигателя в разных режимах и т.п.). Такой подход позволяет избежать неожиданных поломок, а также заметно увеличить общий ресурс ДВС, КПП, других узлов, агрегатов и систем автомобиля.

Клапан продувки адсорбера ВАЗ — диагностика и замена + Видео

Различные части автомобиля образуют целую систему, составляющие которой находятся в плотном взаимодействии между собой. Отказ одного из элементов сразу приводит к нарушению работы остальных, и как следствие, к неправильной работе двигателя. В этой статье мы расскажем вам про клапан продувки адсорбера. Но прежде чем узнать, для чего нужен этот клапан, и как выявить его неисправности, нужно понять, как работает адсорбер.

Что такое адсорбер?

Адсорбер представляет собой банку, расположенную под воздухозаборником с правой стороны в моторном отсеке. Такое устройство стало активно применять на инжекторных автомобилях, чей класс экологического соответствия достиг «Евро 3».

Слово «адсорбер» имеет связь со словом «адсорбирование», что означает явление, при котором газы поглощаются с помощью тел, находящихся в жидком или твердом состояниях. В случае с автомобилем, адсорбер наполнен специальным углем, который играет роль твердого тела. В роли газа выступают пары бензина, попадание которых в атмосферу крайне нежелательно.

Принцип действия любого адсорбера заключается в том, что пары бензина, образовавшиеся в бензиновом баке, попадают в специальный сепаратор, расположенный в верхней части адсорбера. Здесь они снова переходят в жидкое состояние и уходят обратно в топливный бак. В случае же, если какая то часть не успела стать жидкой, то она улавливается активированным углем и остается в сепараторе. Далее в дело идет уже специальный клапан адсорбера, который «передает» осевшие остатки топлива впускному коллектору. После этого, пары догорают в двигателе и уходят в выхлопную систему.

Принцип работы клапана адсорбера

Все процессы, связанные с работой клапана осуществляются при работающем двигателе. В процессе его работы выполняется продувка адсорбера, или его очистка от топливных остатков. Такой клапан применяется именно для продувки устройства или его вентиляции, чтобы избавиться от излишков осадка и повысить эффективность работы двигателя внутреннего сгорания.

В инжекторных двигателях ВАЗ работа  данного устройства обозначается в виде специфического шума. Многие водители могут легко перепутать его с неисправностью целого ремня ГРМ. Работа данного устройства проверяется при помощи нажатия на педаль газа. Если при изменении числа оборотов характер щелчков не изменился, то источником их возникновения является электромагнитный клапан адсорбера.

Суть работы заключается в следующем. При запуске двигателя электронный блок управления передает специальный сигнал на исполнительное устройство, который открывает клапан. В процессе работы мотора, все пары бензина выходят через отверстие в клапане и всасываются во впускной коллектор, обеспечивая экономию топлива и защиту окружающей среды. После остановки двигателя, ЭБУ сбрасывает сигнал с исполнительного органа, и он закрывает клапан. В это время происходит накопление паров бензина в банке адсорбера.

Как диагностировать неисправность клапана?

Как и любое другое устройство, адсорбер тоже склонен к неисправностям, связанным с плохой работой клапана.

Первое, на что стоит обратить особое внимание – это давление в баке адсорбера. Чрезмерное давление в системе. Такое бывает, когда клапан не открывается, а пары в баке адсорбера уже накопились и создают высокое давление. Что обнаружить такую поломку, можно открутить крышку адсорбера и прислушаться. Если будут слышны различные шипения, значит, клапан является неисправным.

Другой признак неисправности – это неустойчивые обороты двигателя во время холостого хода. Дело в том, что расчет обогащения смеси берет в учет пары, выходящие из адсорбера, а значит при их недостатке из-за закупоренного клапана, смесь будет обедненная, и обороты двигателя будут падать.

Естественно, рациональный выход из ситуации – это замена неисправного датчика. Однако, многие водители выполняют замену устройства вместе с самим бачком адсорбера, так как он склонен к загрязнениям при использовании некачественного топлива.

Видео — Как правильно установить (заменить) клапан продувки адсорбера Лада Приора 

Это все, что необходимо знать об электромагнитном клапана адсорбера. Как вы заметили, это далеко не последняя часть вашего автомобиля. Именно поэтому, если вы обнаружили в нем какую-либо неисправность, не тяните с его заменой. 

 

Клапан продувки адсорбера. EVAP — Ford Focus 2

ФФ2 1.8 -2.0L.
Пару недель назад пришли похолодания, и я заметил что авто как то не стабильно стало работать, двигатель чуть подтрясовало, а далее начали плавать обороты, чаще вниз, на светофорах авто пыталось заглохнуть, иногда при торможении и остановке его начинало трясти…Чек не загорался.
Сначала грешил на подсос воздуха при смене двигателя, но там все прокладки были заменены на оригинал, ну и так как за эти годы у меня накопилось куча запасных исправных датчиков, я начал всё по очереди менять, катушки, свечи, датчик кислорода, датчик дроссельной заслонки, форсунки за одно и поменял резиновые колечки…даже датчик коленчатого вала, и клапан ЕГР не чего не помогало…проверил всё, всё в идеале, а обороты плавают, и авто не устойчиво работает…Заехал на диагностику ошибок нет, всё работает исправно.Конечно же я проверял и клапан адсорбера, дедовским способом, подключил к нему постоянное питание (полярность не важна), щёлкает, дуешь не продувается, подал напряжение открывается и свободно продувается… помимо этого подрос расход топлива, и авто на низах было вялым…после простоя на 5-10 секунд приходилось дольше крутить стартером, раньше запускалось только ключ поднёс, и раз был дабл.старт.
В один день двигаясь в потоке, я услышал что сзади слышен шум, бензонасос шумно заработал, а насос недавно я поставил оригинал от Мазда 3, ещё и 1000км не проехал…авто начало пытаться глохнуть.
прижался к обочине, заглушил авто, достал воронку из багажника и вставил в горловину бензобака, от туда раздалось сильное шипение, я даже не успел понят от туда или туда…после чего авто спокойно завелось, заработало ровно, бензонасос тоже тихо заработал, затем я снял шланг с впускного коллектора и заткнул отверстие шлангом с болтиком, обороты все ровно плавали но уже не так сильно и авто не пыталось заглохнуть, так я неделю и ездил с воронкой, убирал только на парковке.
После этого у меня не осталось сомнения что это клапан адсорбера, вспомнил я и случай прошлой зимой однозначно, это произошло из за этого клапана. Я сюда писал прошлой зимой , когда в мороз у меня бак взорвался.
1) www.drive2.ru/l/493243116317311234/
2) www.drive2.ru/l/493694190962606258/
Доехав до места я начал детально копать в сторону клапана адсорбера, сопротивление на исправном клапане должно быть до 30 , мерять надо на горячую, у меня на холодную было 32.2 , на горячую 36.1 , затем берём шприц, плотно вставляем в трубку и тянем на себя, должен создаваться вакум, у меня создавался вакум но через несколько секунд он пропадал, а должен быть постоянный, то есть клапан мёртв.
На разборках смысла брать их нет, они все мёртвые…

Оригинальный клапан Ford 1669555 цена около 3100т.руб (Autodoc.ru февраль 2019 г.) Bosch…на родном клапане стоит код стоит Bosch 0280142412 но что-то я по нему ни чего не нашёл, помониторил просторы интернета, наткнулся на такие же проблемы на Форд Фокус 3, на одном тоже бак плющило www.drive2.ru/l/495070779520581893/…
нашёл бюджетный вариант клапана продувки
1) Клапан продувки адсорбера Bosch 0280142479 600 р. (Autodoc.ru февраль 2019 г.) точно такой же как у нас, и разъём и внешне один в один, только разъём развёрнут в обратную сторону, поэтому несколько см проводов придётся нарастить/удлинить при помощи паяльника, но это не проблема.( цена клапана продувки адсорбера 853р)
2) Топливный Г-образный быстросъём, продаётся в любом магазине запчастей.
3) Шланг внутренний диаметр 8мм Gates
4) 4 штуки пружинных хомута на 13мм (так как наружный диаметр шланга у меня 14мм) но держится плотно и без хомутов…
Теперь в будущем, если потребуется замена, то можно быстро и просто заменить, и главное дешевле.
После замены пропала дрожь двигателя, плавающие обороты, авто стало бодрее, запускается без дабл стартов , как и раньше стоит только поднести ключ.


Инструкция по проверке электромагнитного клапана продувки адсорбера Форд Фокус .

Адсорбер, работа адсорбера и как проверить клапан адсорбера

Содержание

Рассмотрим на простом языке, как работает адсорбер на автомобиле, какие могут быть неисправности адсорбера, а также, как просто проверить клапан адсорбера.

Многие автолюбители совершенно не знают, что такое адсорбер и уж, тем более, зачем он нужен и установлен ли он на их авто. Также большинство недооценивают этот узел и считают его второстепенным в устройстве автомобиля.

Заблуждения встречаются и в понимании принципа работы продувочного клапана адсорбера.

Работа адсорбера

Попробую кратко и понятно объяснить принцип работы адсорбера и клапана продувки. В интернете скудно описан сей узел и очень часто встречаются ошибочные мнения по принципу его работы.

Адсорбер, в первую очередь, предназначен для уменьшения загрязнения окружающей среды парами бензина. Всем известно, что бензин очень хорошо испаряется. Так вот, на автомобилях без адсорбера бензин испаряется в атмосферу, а на авто с адсорбером эти пары сжигаются в цилиндрах двигателя.

Принцип работы адсорбера на разных авто одинаков, разница лишь в форме и расположении адсорбера и клапана продувки. У некоторых он установлен в моторном отсеке, а, например, у Лачетти — под днищем возле заднего колеса, а клапан продувки — в подкапотном пространстве.

Пары топлива из бака попадают в адсорбер (емкость с активированным углем) через штуцер с надписью «TANK», где накапливаются, пока двигатель не работает. Второй штуцер адсорбера с надписью «PURGE» соединен трубкой с клапаном продувки адсорбера, а третий с надписью «AIR» соединен с атмосферой.

При остановленном двигателе электромагнитный клапан продувки закрыт, и в этом случае адсорбер не сообщается с впускным коллектором.

При работе двигателя электронный блок, управляя электромагнитным клапаном, осуществляет продувку адсорбера свежим воздухом за счет разрежения во впускном трубопроводе. То есть пары высасываются из адсорбера.

Пары бензина смешиваются с воздухом и отводятся во впускной коллектор за дроссель и далее поступают в цилиндры двигателя.

Принцип работы адсорбера

Многие ошибочно считают, что при запуске двигателя на клапан адсорбера сразу подаётся напряжение и он открывается, продувая адсорбер. Даже видел «пособия» и «обучающие видео» по этому поводу. На самом же деле управление клапаном продувки осуществляется ЭБУ по специальным алгоритмам, основанным на показаниях датчиков температуры, расхода воздуха и т.д.

Чем больше расход воздуха двигателем, тем больше длительность управляющих импульсов ЭБУ и тем интенсивнее продувка.

Именно импульсы, а не просто подача напряжения! Поэтому есть такое понятие, как «скважность продувки адсорбера», которая находится в пределах от 0% до 100%.

Вот скважность продувки адсорбера в диагностической программе Chevrolet Explorer. За всю поездку это только первый сигнал ЭБУ на продувку, равный всего лишь 6%. Так что это сложный и важный процесс в работе двигателя.

Неисправности адсорбера

Случаи неисправностей двигателя по вине клапана адсорбера встречаются и на него обращают внимание только тогда, когда уже больше нечего менять

Поэтому диагностика и проверка работоспособности продувочного клапана адсорбера очень важна. Тем более она очень проста и не требует каких-то сверхъестественных знаний.

Клапан адсорбера. Как его проверить

Принцип проверки на большинстве автомобилей одинаков, но мы рассмотрим на примере Шевроле Лачетти.

Проблемы с клапаном продувки адсорбера можно разделить на несколько основных пунктов:

  • не приходят импульсы на клапан
  • неисправность обмотки клапана
  • заклинивание клапана в открытом положении
  • заклинивание клапана в закрытом положении

Проверить импульсы, проводку и обмотку клапана очень просто программой Chevrolet Explorer, во вкладочке «управление механизмами — тест клапана продувки адсорбера». При нажатии на кнопку «ВКЛ» в диаграмме программы мы увидим вот такие сигналы

Это означает, что ЭБУ дает команду на клапан. Вместе с этим от клапана будет исходить звук щелчков в такт с этими сигналами, что, в свою очередь, означает, что импульсы до клапана доходят и обмотка целая, так как клапан срабатывает.

Кстати, если у Вас ещё нет диагностического адаптера, тогда советую обязательно прочитать рубрику диагностики и приобрести адаптер.

Электрическая часть исправна. Это мы проверили. Но чтобы быть уверенными, что клапан не заклинил физически, его можно снять и проверить. Демонтируется он очень легко и на это у меня уходит не больше 30 секунд.

К клапану подключены две трубки и колодка с двумя проводами. Сам клапан даже не прикручен, а просто вставлен в своё рабочее место.

На фото одна трубка уже снята.

Чтобы снять клапан достаточно сдёрнуть две трубки, отмеченные зелёной и красной стрелкой(красная уже снята, а зелёная плохо видна с этого ракурса). Трубки снимаются просто и легко без всяких фиксаторов.

Затем нажать на металлический фиксатор и отстегнуть колодку проводов (показано желтой стрелкой)

После этого надавить на штуцер, показанный красной стрелкой и клапан выйдет из своего посадочного места

Клапан является нормально закрытым, то есть без подачи напряжения он не пропускает воздух. Нужно это проверить любым доступным способом — резиновой грушей, надувным шариком и т.п.

У меня под рукой оказался шприц и кусочек вакуумной трубки, оставшейся после замены трубок датчика абсолютного давления.

При перемещении поршня шприца должно ощущаться сопротивление, а сам поршень стремится вернуться в первоначальное положение, что означает герметизацию клапана. При снятии трубки со шприца должен прослушиваться характерный пшик. Значит клапан адсорбера закрыт герметично.

Осталось проверить только открытие клапана. Для этого берем два провода с такими мини-мамами

И подключаем к разъёму клапана адсорбера. Можно аккуратно и просто проводом без наконечника.

Передвигаем поршень шприца и подключаем провода к аккумуляторной батарее. При подключении должен раздаться тот самый пшик, это значит, что клапан открылся и сбросил давление.

Источник: moylacetti.ru

Клапан продувки адсорбера Калина: диагностика, установка, ремонт

Система впрыска на Калине

Система, которая служит в автомобиле Калина для улавливания испарений топлива, препятствует их незапланированной утечке в атмосферу. Эти испарения образуются вследствие нагрева топлива в бензобаке, а также при снижении атмосферного давления. Пары не выходят наружу, а накапливаются в системе, во время запуска двигателя они попадают в коллектор, предназначенный для впуска, и сгорают в силовом агрегате. Для регулировки поступления испарений топлива из адсорбера в ресивер впускного коллектора применяется клапан продувки адсорбера Калина. Устанавливается этот клапан на всех автомобилях с двигателем инжекторного типа. Его месторасположение, как правило, под капотом.

Система включает в себя специальный адсорбирующий механизм, состоящий из технического активированного угля, специального клапана с электрически-магнитным импульсом и функциональных трубопроводов, подходящих к нему.

В основе всей системы лежит так называемый адсорбер, который способен собирать в себя все испарения из бензобака. Небольшие гранулы технического активированного угля, входящие в состав адсорбирующей детали, поглощают испарения бензина и удерживают их внутри.


Вернуться к оглавлению

Принцип работы топливной системы

Адсорбер — это небольшая деталь в автомобиле, предназначенная для сбора всех паров бензина. Система позволяет накапливаться испарениям топлива в специально предназначенном для этого месте, называемом сепаратор, преобразовывая их в конденсат и запуская в бензобак.

Клапан на машине

Не прошедшие обработку пары бензина проходят через удвоенные клапаны системы. Первый клапан является гравитационным и служит для защиты топлива от вытекания из бензобака во время аварийного переворота автомобиля. Второй клапан регулирует давление, создаваемое в топливном баке.

Проходя через всю топливную систему, испарения бензина доходят до адсорбирующей камеры и поглощаются находящимся в ней активированным техническим углем. Во время запуска двигателя начинает работать клапан продувки. Если он будет неисправен, это может повлечь за собой потерю мощности силового агрегата и увеличенный расход топлива.

Клапан продувки адсорбера устанавливается внутри устройства, наполненного активированным углем. Само устройство располагается на бензобаке. Система продувки устроена для того, чтобы все функционировало правильно и без перебоев. Вентиляция и удаление конденсата — основное предназначение этого электромеханического узла.

Незначительное стрекотание при включенном двигателе Калина в холодную погоду или при холостых оборотах означает работу клапана продувки адсорбера. Чтобы отличить этот шум от звука неисправного ГРМ или роликов, нужно просто резко нажать на педаль газа — стрекот не должен пропадать или изменяться. Если же это произошло, значит, причину шума нужно искать в другом месте.


Вернуться к оглавлению

Диагностика клапана продувки адсорбера

Клапан адсорбера, вышедший из строя, опасен тем, что бензобак начинает плохо и некачественно проветриваться. Это приводит к деформациям и повреждениям бензонасоса. Адсорбирующий слой, не подвергающийся хорошей вентиляции, способен вызвать накопление топлива во впускном коллекторе, что станет причиной ухудшения работы двигателя.

Неисправный клапан продувки адсорбера повинен в провалах на холостых оборотах. У двигателя Калина возникает слабая тяга. При работе мотора характерного звука стрекотания не будет слышно, если клапан неисправен.

При отвинчивании крышки бензобака нужно внимательно прислушиваться. Если появляется характерный шипящий звук, это означает наличие разрежения в баке, то есть система вентиляции неисправна. При появлении каких-либо признаков поломки клапан адсорбера следует заменить на новый. Неисправный клапан Калина повлияет на систему фильтрации и продувки. Он будет плохо собирать и аккумулировать испарения топлива, возникнет их утечка наружу. О такой ситуации будет свидетельствовать неприятный запах бензина в салоне и возле автомобиля.

Конечно, стоит проверить и другие составляющие топливной системы. Например, утечка паров может возникнуть из-за неплотно закрытой крышки бака или пробоины в нем. Но если после проверки всей системы причина не выявлена, значит, неисправен клапан продувки.


Вернуться к оглавлению

Снятие и установка нового клапана на Калину

Из инструментов для этой процедуры понадобится только крестовая отвертка. Работа не отнимет много времени и сил и может проводиться самостоятельно в гаражных условиях. Вначале следует отключить клемму на «минусе» аккумуляторной батареи и вынуть штекер питания поршневого компрессора (КПА).

В автомобиле Лада Калина доступ к клапану слегка затруднен, поэтому необходимо будет немного ослабить хомут от входного патрубка и снять его с датчика массового расхода воздуха. Все лишнее отодвинуть в сторону, чтобы оно не мешало работе, и зафиксировать на время ремонтных мероприятий.

Замена клапана на машине

Если ДМРВ сильно мешает, его можно демонтировать, но лучше просто немного отодвинуть в сторону крепление клапана и без проблем снять его. Крепление необходимо отогнуть максимум на 1 см и, приложив некоторые усилия, потянуть клапан вверх по направлению пазов. Если все делать правильно, деталь достаточно легко и быстро снимется.

В завершение необходимо отключить от системы штуцеры. Один из них снимается легко и без проблем, а со вторым придется повозиться, так как он зафиксирован специальной защелкой. Для высвобождения второго штуцера из пазов нужно немного надавить на фиксатор и подходящим острым предметом поддеть усики, слегка отодвинув штуцер в сторону.

Установка клапана проходит в порядке, обратном демонтажу. Важно учитывать, что при замене клапана на Ладе Калине следует обращать внимание на маркировку: у старой и новой детали она должна совпадать.

Как проверить клапан адсорбера? Присоединить к отводящему штуцеру обычный медицинский шприц с выдвинутым на небольшое расстояние (2-3 см) поршнем. Чтобы было удобнее подсоединять, можно воспользоваться шлангом подводки разряжения. Надавить на поршень шприца. Если в клапане присутствует давление, поршень шприца будет нажиматься с трудом и стремиться возвратиться в исходную позицию.

Затем следует подвести к клапану источник постоянного электрического тока с напряжением в 12 В и повторить процедуру со шприцем. В этом случае давление внутри должно исчезнуть, клапан теперь будет открываться, а поршень шприца с легкостью переместится до упора вниз. Если этого не произошло, клапан необходимо заменить.


Вернуться к оглавлению

Ремонт клапана

Проверка и продувка клапана

Первые признаки того, что адсорбер Калины нужно ремонтировать, — это появление стойкого запаха бензина в салоне автомобиля и трудности, возникающие во время слива топлива. Для ремонта необходимо снять адсорбер и разобрать его. Так как устройство обычно цельное, для разбора потребуется спилить крышку. Сделать это легко обычным напильником. После проведенных работ по ремонту и замене основных деталей крышку, как правило, просто запаивают. Для полной герметизации швы обрабатывают смолой. Смола подсыхает в течение 12 часов. После этого ее можно слегка подшлифовать, чтобы привести фильтр в надлежащий вид.

Из адсорбера высыпают отработанный и непригодный уголь. В качестве промежуточных фильтров подойдет поролон. Уберите старые фильтры и поставьте на их место новые, заранее подготовленные. Некоторые мастера считают, что поролон не особенно эффективен и будет пропускать всю грязь вместе с углем, поэтому фильтры можно сделать из войлока. Между устройством и войлоком можно проложить кусок хлопчатобумажной ткани, что предотвратит попадание мелких ниток в систему. Получившиеся прокладки приклеивают к основе и прорабатывают герметиком.

Новый уголь можно добыть из противогазных коробок. Важно, чтобы он был абсолютно сухим, поэтому следует тщательно просушить его, прежде чем закладывать в систему.

Когда сухой уголь засыпан, снова устанавливают войлочные фильтры. На место ставятся все пластины и пружины, а затем сам фильтр. Как видно из вышеизложенного, провести диагностику и ремонт клапана абсорбера Калины несложно, можно обойтись и своими силами. Удачи!

Проверка и замена клапана адсорбера Лада Веста ⋆ I Love My Lada

Бензиновые пары вредны не только тогда, когда мы вдыхаем их в непосредственной близости от емкости или бака с бензином. Тысячи автомобилей в большом городе могли бы выбрасывать несметное количество не только вредных выхлопов, но и бензиновых испарений. Адсорбер отвечает за количество вредных испарений, а клапан продувки адсорбера на Лада Веста имеет некоторые особенности, от которых владельцам хотелось бы избавиться. Как заменить и отремонтировать клапан адсорбера, будем разбираться сегодня.

Адсорбер и клапан продувки на Лада Веста. Назначение и принцип работы

Научно доказано, что 300 г пролитого бензина загрязняет 200 000 квадратных метров воздуха и если бы не адсорбер и клапан его продувки в конструкции Лада Веста, нам пришлось бы туго. При концентрации бензина в воздухе в количестве 2,2%, после десяти вдохов человек теряет сознание, а при концентрации 3% — мгновенное отравление вплоть до коматозного состояния или клинической смерти. Виной всему тетраэтилсвинец, который входит в состав топлива.

Система улавливания паров топлива Лада Веста

Впрочем, достаточно страшилок. Как раз адсорбер оберегает нас и окружающих от отравления парами бензина, особенно при высокой температуре воздуха. Система улавливания паров топлива на Лада Веста состоит из адсорбера с угольным фильтрующим элементом и электромагнитного клапана продувки, которые соединяются трубопроводами. Бензиновые испарения из топливного бака поступают непосредственно в контейнер с угольным элементом (адсорбер). Его задача — удерживать пары взаперти, пока мотор не запущен.

Да, пары никуда не деваются, они заключены в контейнере с впитывающим угольным элементом до тех пор, пока двигатель вновь не запустится и не дойдет до той фазы, пока топливо начнет поступать в бак по обратному топливопроводу. В этот момент срабатывает система подачи бензина по замкнутому кругу, управляемая контроллером.

Пары бензина поступают в адсорбер по патрубку TANK, а воздух подается по патрубку AIR. После этого воздух смешивается с бензиновыми испарениями и отправляется в камеру сгорания выполнять свои основные задачи.

В зависимости от режима работы двигателя и степени его прогрева потребность в рабочей смеси может быть разной. Ее контролирует ЭБУ и дозирует воздух с помощью электромагнитного клапана продувки адсорбера, подавая на него напряжение с переменной частотой импульса от 16 до 32 Гц. Следовательно, для приготовления максимально эффективной рабочей смеси необходимо постоянно регулировать процент наполнения парами бензина, поэтому контроллер все время тестирует клапан продувки адсорбера на работоспособность. Как только меняется режим работы мотора, система полностью закрывает клапан и открывает его на столько, чтобы немного превысить номинальное значение подачи воздуха.

Принципиальная схема системы улавливания паров бензина

Если контроллер фиксирует отклонения в работе клапана, электроника тестирует уровень и характер заполняющего сигнала. В крайнем минимальном положении клапана (0% заполнения) продувка адсорбера не проводится. При 100% заполнении адсорбера продувка максимальная. Клапан срабатывает в нескольких случаях:

  • перегрев двигателя, что определяется по температуре антифриза для конкретного режима работы;
  • сигнал от катализатора (точнее, от лямбда-зонда) тоже служит поводом для активации клапана продувки;
  • при нормальной работе системы улавливания паров в штатном режиме.

Неисправности адсорбера и клапана продувки. Как проверить на Лада Веста

Более всего клапан продувки адсорбера на Лада Веста обращает на себя внимание очень шумной работой, цоканьем, вибрациями, которые прекрасно передаются в салон. Что не слишком приятно. Но это не самая страшная беда клапана и все системы улавливания паров. Очень часто при нестабильных холостых оборотах, провалах при разгоне, высокой токсичности выхлопа мы виним что угодно, только не систему улавливания паров бензина — свечи, забитые форсунки, бензонасос, электронику… А дело может быть всего лишь в системе улавливания испарений:

  • неисправность электромагнитного клапана продувки адсорбера;
  • механические повреждения корпуса адсорбера;
  • адсорбер переполнен;
  • трещины, разрезы на шлангах;
  • пережатые шланги;
  • неправильная установка шлангов.

Есть еще прямые симптомы, указывающие на неработоспособность клапана продувки адсорбера:

  • избыточное давление в топливном баке, шипение при открывании пробки заливной горловины;
  • реже загорается лампа Check Engine, сканер выдает ошибки P0443, P0444, P0458, P0459;
  • плавающие обороты, двигатель глохнет после запуска, провалы и все, о чем мы говорили до этого.

Все это можно быстро проверить своими силами.

Как проверить клапан продувки и адсорбер на Лада Веста

Открываем капот и находим клапан продувки адсорбера. Внимательно осматриваем его на предмет внешних повреждений. Также осматриваем шланги и целостность патрубков. Внимательно осматриваем корпус адсорбера. Он не должен иметь никаких видимых повреждений. После внешнего осмотра приступаем к проверке электромагнитного клапана продувки адсорбера:

  1. Отключаем разъем на корпусе клапана и осматриваем контакты на предмет появления окиси. При необходимости зачищаем контакты на клапане и на контактной колодке.
  2. Проверяем сопротивление между обмотки клапана мультиметром в режиме омметра. Номинальное сопротивление обмотки — 25-30 Ом. Если выясняется, что обмотка оборвана или закорочена, клапан подлежит замене целиком.
  3. Подаем 12 Вольт на выводы клапана принудительно, не перепутав минус с плюсом. При срабатывании слышим характерный щелчок. Щелчка нет — под замену.
  4. При поданном напряжении на клапан и после его срабатывания принудительно создаем разряжение в клапане с помощью большого шприца или груши. Клапан снова должен сработать.

Клапан адсорбера цокает, вибрации. Что делать

Если клапан громко цокает и вибрирует, это вызывает раздражение многих водителей. При этом проверка показала его исправность. Внимательно смотрим на фальшрешетку радиатора и вспоминаем, что мы ездим не на БМВ, а на автомобиле производства АвтоВАЗ. Это же Ижевск и Тольятти.

Завод, кстати, не признает шум при работе адсорбера неисправностью и говорит, что это нормально. Тем не менее смириться с этим сложно, поэтому многие водители решаются на шумовиброизоляцию клапана.

Для этого клапан снимают и оборачивают обычным шумоизоляционным самоклеящимся материалом, после чего клапан продувки адсорбера на Лада Веста ведет себя поспокойнее. Как это делается показано в фото отчете от нашего читателя. Единственное, что можно добавить — тщательно обезжириваем каждый слой шумки и по возможности аккуратно выкраиваем куски изоляции, чтобы она не мешала шлангу плотно надеваться на штуцер.

Как поменять клапан адсорбера на Лада Веста и какой ставить

Замена клапана продувки адсорбера осложняется лишь тем, что завод пожалел длины проводов для фишки разъема и снимать ее нужно аккуратно. Демонтаж проходит быстро. Для этого сдергиваем фиксатор на себя, отключаем колодку с проводами, после чего отключаем трубку паропровода, тоже нажав на фиксатор. Так же отключаем нижнюю трубку сообщения клапана с адсорбером. Снимаем клапан с кронштейна.

Штатный клапан продувки адсорбера на Лада Веста имеет артикул 82 00 248 821. Его же ставят и на X-Ray. Тем не менее подходят электромагнитные клапана от Гранты (11180-1164200-00, 11180-1164200-01), Приоры и Нивы (21103-1164200-01, 21103-1164200-02 или 21103-1164200-03) и Лады Ларгус (8200692605). С завода установлен клапан Автоваз с оригинальным каталожным номером. Его цена около 10 долларов. Клапана Renault и Valeo с такими же номерами стоят на два-три доллара дешевле. Подходят любые клапана от Логана, Сандеро, Ларгуса, максимальная цена клапана продувки производства Франции — 15 долларов.

Трубка клапана и дроссельного патрубка в сборе имеет артикул 8450006406, а кронштейн крепления клапана — 8200584324. Адсорбер в сборе имеет артикул 8450006397 и стоит около $30.

Замена адсорбера и клапана продувки адсорбера Nissan Juke / Ниссан Жук (джук)

Для улавливания паров топлива используется система с угольным фильтром — адсорбером. Пары из бака поступают по трубке к угольному фильтру, где накапливаются и адсорбируются. Периодически фильтр восстанавливается и продувается свежим воздухом с помощью клапана продувки. Из адсорбера пары поступают во впускноую трубу, где сгорают. ЭБУ двигателя регулирует эти процессы.

Расположение элементов системы улавливания паров топлива


Адсорбер на баке


Клапан продувки адсорбера


Место подсоединения трубки адсорбера к баку


Для переднеприводных моделей: 1. Электроклапан продувки адсорбера 2. Адсорбер (угольный фильтр EVAP) 3. Трубка адсорбера 4. Топливопровод


Для полноприводных моделей 1. Контрольное отверстие EVAP 2. Угольный фильтр EVAP 3. Трубка EVAP 4. Топливопровод

Замена адсорбера

1. Отсоедините шланг продувки адсорбера от патрубка

2. Отожмите фиксатор…

3. …и отсоедините трубку отвода паров топлива к электромагнитному клапану адсорбера.

4. Аналогично отсоедините трубку подвода паров к адсорберу.

5. Выверните винт хомута крепления адсорбера…

6. …и снимите адсорбер.

7. Установите детали в обратном порядке

Замена клапана продувки адсорбера

1. Отсоедините «минус» аккумулятора

2. Сожмите отогнутые ушки хомута крепления шланга отвода паров топлива из адсорбера к клапану продувки, сдвиньте хомут по шлангу…

3. …и снимите шланг со штуцера клапана.

4. Аналогично снимите шланг отвода паров топлива от клапана во впускную трубу.

5. Сожмите фиксатор колодки жгута проводов и отсоедините колодку от разъема электромагнитного клапана продувки адсорбера.

6. Отверните гайку крепления клапана к кронштейну впускной трубы.

7. Снимите клапан продувки

8. Установите клапан и все детали в обратном порядке.


Мониторинг с помощью техники управления — Адсорбер с активированным углем

Описание

При адсорбции газообразные загрязнители удаляются из воздушного потока путем переноса загрязнителей на твердую поверхность адсорбента. Активированный уголь является наиболее часто используемым адсорбентом, хотя можно использовать цеолиты, полимеры и другие адсорбенты. Существует предел массы загрязняющих веществ, которые могут быть собраны адсорбентом. Когда этот предел достигнут, адсорбент перестает эффективно удалять загрязнитель.Чтобы восстановить способность улавливать газообразные загрязнители, адсорбенты обычно «регенерируют»; т.е. загрязнитель десорбируется (удаляется) из адсорбента. Эта регенерация может происходить за пределами площадки или на месте.

Наиболее распространенные типы адсорбционных систем используют неподвижные слои (в отличие от псевдоожиженных слоев или движущихся слоев, которые являются обычными в системах концентраторов). Один тип восстанавливается на месте; второй тип, называемый угольным барабаном, использует регенерацию вне участка. Системы с угольными барабанами — это системы с низкими капитальными затратами, которые используются только при низких расходах воздуха и массовых расходах загрязняющих веществ.Для регенерации на месте или за его пределами обычно используются либо повышенные температуры (например, термическая десорбция, иногда с использованием пара), либо давление ниже атмосферного (вакуумная регенерация). В некоторых случаях растворитель, извлеченный при десорбции (например, толуол из операций ротогравюрной печати), повторно вводят в процесс; в остальных случаях — утилизируется.

Для адсорберов важны несколько типов емкости. Емкость насыщения — это максимальная емкость, которую может удерживать адсорбент.Однако до того, как достигается способность насыщения, адсорбент достигает своей проникающей способности, которая представляет собой количество загрязняющего вещества, которое может быть адсорбировано до того, как значительная концентрация загрязняющего вещества выйдет или прорвется через слой. Вместимость каблука — это количество загрязняющего вещества, которое остается в слое после его регенерации. Производительность — это разница между прочностью прорыва и пропускной способностью пятки и представляет собой количество материала, которое может быть адсорбировано в каждом рабочем цикле. Типичная рабочая емкость составляет 10-20 фунтов загрязняющих веществ на 100 фунтов углерода.

Адсорбционные системы обычно ограничиваются источниками, генерирующими органические соединения с молекулярной массой более 50 и менее приблизительно 200. Органические вещества с низкой молекулярной массой обычно не адсорбируются в достаточной степени. Соединения с высоким молекулярным весом адсорбируются настолько сильно, что их трудно удалить из адсорбента во время цикла десорбции. Эти молекулярные массы приведены в качестве ориентировочных, и пригодность адсорбционной системы следует рассматривать в каждом конкретном случае.

Для получения дополнительной информации см. Рамку Подробнее об углеродных адсорберах.

Информация о мониторинге

Основными показателями эффективности угольных адсорберов являются концентрация ЛОС на выходе из адсорбера; параметры регенерации, включая время цикла регенерации, общий поток потока регенерации (пар или азот) или вакуум, достигнутый во время регенерации; и отбор проб активности углеродного пласта. Другие показатели производительности адсорбера включают рабочую температуру слоя, температуру газа на входе, расход газа, концентрацию ЛОС на входе, перепад давления, влажность газа на входе и контроль герметичности.

Технический руководящий документ (TGD) по мониторингу обеспечения соответствия (CAM) предоставляет источник информации о подходах к мониторингу для различных типов устройств управления. Конкретная информация, представленная в TGD CAM, относящаяся к адсорбции углем, включает примерные документы CAM, основанные на тематических исследованиях реальных объектов. См. Рамку «Подробнее о мониторинге и правиле CAM».

Стоимость

Затраты на адсорбцию углерода обсуждаются в Руководстве EPA по контролю за загрязнением воздуха * , EPA / 452 / B-02-001, раздел 3.1, Глава 1 — Углеродные адсорберы (42 стр, 542 К, О программе PDF). Стоимость систем мониторинга, как непрерывных мониторов выбросов, так и систем параметрического мониторинга, рассматривается в Руководстве по стоимости контроля загрязнения воздуха EPA, EPA / 452 / B-02-001, Раздел 2, Глава 4 — Мониторы (42 стр., 542 K, О PDF).

Экспериментальное сравнение методов регенерации концентрации CO2 из воздуха с использованием адсорбента на основе амина

Основные моменты

Только 60 ° C в сочетании с продувочным газом позволяет регенерировать адсорбент на основе амина более чем на 85%.

Соединение продувочного газа с TVSA выгодно с точки зрения производительности CO 2 .

TVSA с продувочным газом может иметь более низкую удельную потребность в энергии, чем закрытые TVSA.

Использование воздуха и 100 ° C во время регенерации значительно снижает адсорбирующую способность.

TVSA умеренной температуры с продувочным газом — это жизнеспособный вариант процесса прямого улавливания воздуха.

Реферат

Сравнение различных вариантов регенерации для прямого улавливания воздуха (DAC) обычно ограничивалось только рассмотрением производства чистого CO 2 , ограничивая варианты процесса, например, температурно-вакуумная адсорбция (TVSA) или паровая отгонка. В этой работе проводится подробное экспериментальное сравнение адсорбции при колебании температуры (TSA / TCSA) и TVSA для DAC. В частности, TVSA оценивают с продувкой воздухом или инертным газом (TVCSA) и без продувочного потока.Сравнивали работоспособность, удельную потребность регенерации в энергии (УЭР) и регенерируемость адсорбента этих процессов. Для всех других изученных вариантов регенерации, кроме TVSA без продувочного потока, регенерация более 85% была получена уже при 60 ° C. Изобарический TSA при 60 ° C имел самую низкую УЭ регенерации 4,2 МДж / кг CO2 . Сцепление TSA с умеренным вакуумом улучшило скорость десорбции и увеличило рабочую емкость с 0,47 до 0,51 ммоль CO2 / г сорбент , требуется 7.5 МДж / кг CO2 для регенерации. Без продувочного потока TVSA дает только 0,39 ммоль CO2 / г , сорбент с SER 8,6 МДж / кг CO2 при 100 ° C. Из-за более низкой допустимой температуры регенерации 60 ° C, TVSA с умеренным вакуумом с воздушным потоком также имел более низкую скорость снижения циклической производительности 0,26% / цикл по сравнению с 0,38% / цикл с TVSA без продувочного потока при 100 ° C. Однако использование 100 ° C с воздушным потоком в процессе TVSA приводит к значительному снижению производительности на 0.6% / цикл. Следовательно, использование воздуха или инертного продувочного потока ниже 100 ° C в сочетании с умеренным вакуумом имеет преимущества по сравнению с процессом TVSA без притока с точки зрения производительности CO 2 , удельной потребности в энергии и способности регенерировать адсорбент. Таким образом, для целей использования, требующих низкой концентрации CO 2 , TVSA с продувочным потоком следует рассматривать как жизнеспособный вариант регенерации для прямого улавливания воздуха вместе с изобарическим TSA.

Ключевые слова

Прямой захват воздуха

CO 2 адсорбция

Регенерация адсорбента

Рабочий объем

Удельная потребность в энергии

Регенерируемость

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

© 2020 Авторы.Опубликовано Elsevier B.V.

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

Произошла ошибка при настройке вашего пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie.Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie.Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Достижения в области адсорбции при переменном давлении для разделения газов

Адсорбция при переменном давлении (PSA) — это хорошо зарекомендовавший себя метод разделения газов при разделении воздуха, сушке и очистке водорода. В последнее время технология PSA была применена в других областях, таких как очистка метана от природного и биогаза, и имеет огромный потенциал для расширения ее использования. Известно, что адсорбирующий материал, используемый в процессе PSA, чрезвычайно важен для определения его свойств, но также было продемонстрировано, что технологический процесс может значительно улучшить характеристики блоков PSA.Этот документ призван предоставить обзор основ процесса ВАБ, уделяя особое внимание различным инновационным инженерным подходам, которые способствовали постоянному улучшению характеристик ВАБ.

1. Введение

Адсорбция — это название спонтанного явления притяжения, которое молекула из жидкой фазы испытывает, когда она приближается к поверхности твердого тела, называемого адсорбентом. Есть несколько нетронутых работ, в которых подробно объясняется это явление [1–18].Адсорбенты представляют собой пористые твердые вещества, предпочтительно имеющие большую площадь поверхности на единицу массы. Поскольку разные молекулы по-разному взаимодействуют с поверхностью адсорбента, в конечном итоге их можно разделить. Когда адсорбент контактирует с жидкой фазой, состояние равновесия достигается через определенное время. Это равновесие устанавливает термодинамический предел нагрузки адсорбента для данного состава жидкой фазы, температуры и давления [3]. Информация о адсорбционном равновесии различных частиц жизненно важна для проектирования и моделирования процессов адсорбции [19–27].Время, необходимое для достижения равновесного состояния, также может быть важным, особенно когда размер пор адсорбента близок к размеру разделяемых молекул [28–43].

В процессе адсорбции используемый адсорбент обычно формуют в сферические гранулы или прессуют. В качестве альтернативы, он может быть сформирован в виде сотовых монолитных структур, что приведет к снижению перепада давления в системе [44–54]. Поток исходного материала приводится в контакт с адсорбентом, который обычно находится в неподвижных слоях.Менее адсорбированный (легкий) компонент будет проходить через колонку быстрее, чем другой (ие). Для достижения разделения до того, как другой (тяжелый) компонент (компоненты) прорвется через колонку, подачу следует прекратить и адсорбент следует регенерировать путем десорбции тяжелого соединения. Поскольку адсорбционное равновесие задается конкретными рабочими условиями (состав, Т и Р), изменяя один из этих параметров процесса, можно регенерировать адсорбент.

Когда регенерация адсорбента выполняется за счет снижения общего давления в системе, этот процесс называется адсорбцией при переменном давлении (PSA), полное давление в системе «колеблется» между высоким давлением в исходном сырье и низким давлением при регенерации [ 55, 56].Концепция была запатентована в 1932 году, но первое ее применение было представлено тридцать лет спустя [57].

На протяжении многих лет было продемонстрировано, что технология PSA может использоваться в большом количестве приложений: очистка водорода [58–72], разделение воздуха [57, 73–80], OBOGS (бортовая система генерации газа) [ 81], удаление CO 2 [82–84], очистка благородных газов (He, Xe, Ar) [85–87], очистка CH 4 [31, 34, 37, 40, 42, 88–96] , разделение н-изопарафинов [5, 97–99] и т. д.Процессы PSA обычно связаны с низким потреблением энергии по сравнению с другими технологиями [12, 55, 100–102].

Как показывает практика, адсорбция при переменном давлении предпочтительнее других процессов, когда концентрация удаляемых компонентов очень важна (более нескольких процентов). В таких условиях загрузка колонки тяжелым компонентом осуществляется довольно быстро, и, поскольку давление в системе можно быстро изменять, время между адсорбцией и регенерацией уравновешивается.Когда концентрация низкая, стадия адсорбции может занять намного больше времени, и можно рассмотреть другие варианты, такие как адсорбция при колебании температуры (TSA) [12].

Поведение блока PSA в основном определяется адсорбентом, используемым для разделения. Однако конструкция блока PSA также является важным аспектом. Фактически, основная задача определения блока PSA состоит в том, чтобы правильно выбрать адсорбент, который будет использоваться [103]. После этого все инженерные усилия следует направить на определение эффективной стратегии регенерации адсорбента.Таким образом, достижения, полученные в установках PSA, можно разделить на две основные области: открытие новых адсорбентов (материаловедение) и новых и более эффективных способов использования и регенерации адсорбента (инженерия).

Эта работа дает обзор процессов ВАБ и их эволюции во времени. Наиболее важные промышленные применения процессов PSA будут использоваться для решения его технологической эволюции: разделение воздуха и очистка водорода. Растущий рынок PSA, разделение CH 4 -CO 2 , также будет использоваться для некоторых конкретных примеров.Хотя он не предназначен для описания современного состояния материаловедения, будет приведен пример влияния различных адсорбирующих материалов на работу PSA. Наконец, обсуждается влияние различных протоколов регенерации и сокращение общего времени цикла (адсорбция с быстрым перепадом давления).

2. Основы адсорбции при переменном давлении

Существенной особенностью PSA является то, что при насыщении адсорбента при использовании последовательного клапана подача прекращается и одновременно снижается общее давление в колонне.Снижение давления приводит к частичной десорбции всех компонентов, загруженных в колонну, «регенерируя» адсорбент. Поскольку этот процесс был запатентован после TSA, он изначально был известен как «безнапорный» процесс. Первая патентная заявка, в которой описывалась технология PSA, была подана Чарльзом Скарстремом на обогащение кислородом [57]. Схема двухколонного PSA, представленного в этом патенте, показана на рисунке 1. Для того, чтобы такая установка работала циклически, колонна подвергается серии «шагов»: например, такие события, как открытие и закрытие клапанов и изменение направления потока.Сумма всех шагов называется «циклом». Даже когда процесс неустойчивый, после нескольких циклов он достигает Циклического устойчивого состояния, CSS. Когда достигается CSS, производительность циклов PSA остается постоянной во времени. Следует отметить, что, поскольку этот процесс иногда включает выделение значительного количества тепла, может быть несколько CSS [104].


Четыре этапа «цикла Скарстрома» также показаны на рисунке 1: подача, продувка (или откачка), продувка и создание давления.В этом цикле на этапе подачи в первую колонну (С1) подают воздух под давлением выше атмосферного. Первоначально используемый адсорбент (цеолит 5A) селективен по отношению к азоту, что делает выходящий поток (после клапана V7) более богатым кислородом. Когда адсорбент, набитый в С1, насыщен и не может адсорбировать больше азота, сырье направляется во вторую колонку (С2). Чтобы высвободить часть азота, адсорбированного в С1, направление потока меняется на противоположное, и общее давление в колонне снижается за счет сброса в атмосферу (открытие клапана V3).Этот этап можно назвать разными терминами, но продувка является одним из наиболее распространенных и будет использоваться здесь. На этапе продувки азот десорбируется из адсорбента и высвобождается, а в конце этого этапа газовая фаза внутри колонны обогащается азотом. Для дополнительного удаления азота из колонки используется стадия продувки (или рециркуляция легкого газа). Продувка состоит из рециркулированной части обогащенного воздуха из другой колонны, который течет за счет перепада давлений между двумя колоннами.После того, как адсорбент будет готов загрузить больше азота, общее давление в системе должно быть восстановлено. Это делается на этапе повышения давления с использованием потока сырья. После того, как все эти шаги были выполнены, был завершен полный цикл. Важно отметить, что, хотя работа колонны является прерывистой, используется поток исходных материалов, поэтому процесс можно рассматривать как непрерывный. Однако выход является прерывистым, и для непрерывной выгрузки требуется подсоединение резервуара. Кроме того, работа в обеих колоннах должна быть синхронизирована, чтобы обеспечить непрерывное использование сырья и подачу продувочного газа в другую колонну.

Требование непрерывной обработки сырья, даже если это прерывистый процесс, было признано с момента одного из первых изобретений адсорбционных процессов [105]. Кроме того, устройство клапана для последовательного открытия-закрытия и определения шага также было очень похоже на конструкции, представленные для процессов TSA [106]. Однако вклад Скарстрома позволил значительно улучшить использование адсорбентов: в то время как циклы TSA длятся несколько часов, циклы PSA намного короче и, таким образом, используют больше адсорбента в единицу времени.

Другой важный аспект процесса PSA был упомянут в заявке Скарстрома: тепловые эффекты и сохранение. На стадии адсорбции тепло, выделяемое при адсорбции, может быть важным, и в этом случае температура колонки изменяется со временем, а также с положением [4, 5, 55]. Следствием этого является снижение адсорбционной способности. «Тепловые эффекты» могут быть очень важны при проектировании блока ВАБ [107] и должны учитываться при проектировании: лабораторные или мелкомасштабные эксперименты либо изотермические, либо близкие к изотермическим, и теплоемкость стенки важна, в то время как крупномасштабные процессы ведут себя адиабатически.На стадиях десорбции происходит обратное: для десорбции требуется энергия, что приводит к снижению температуры, что увеличивает потенциальную емкость адсорбента и затрудняет десорбцию. Это будет происходить во всех приложениях PSA, но в некоторых случаях количество выделяемого тепла не так важно, и процесс можно считать изотермическим. Каждый раз, когда существует колебание температуры, связанное с циклом PSA, производительность хуже, чем если бы цикл был изотермическим.Однако, поскольку присутствуют тепловые эффекты, рекомендуется сохранять «тепловую волну» внутри колонны: это тепло будет использоваться для более быстрой десорбции.

3. Модификации цикла Скарстрома: новые этапы цикла

За годы, прошедшие после изобретения Скарстрома, было подано несколько патентных заявок на улучшение цикла. В патенте, который был заполнен почти одновременно со Скарстремом, регенерация в вакууме была введена Гереном де Монгарёй и Домином [73].Когда для регенерации используется вакуум, это обычно называют устройством адсорбции при переменном давлении (VPSA). Хотя использование вакуума может повлиять на энергетические потребности системы, эффективность установки может быть значительно улучшена, если загрузка большинства адсорбированных компонентов резко изменится при давлении ниже атмосферного. В том же изобретении авторы ввели использование стадии повышения давления с использованием части обогащенного газа. Использование наддува с использованием части очищенного газа повлияло на чистоту получаемого газа [108].Даже при использовании одной и той же концепции качания давления альтернативы для разработки технологии PSA весьма разнообразны, открывая возможности «инженерии PSA».

Введение ступени выравнивания давления разработано в исследовательской группе ESSO [74, 109, 110]. Если взять схему PSA с двумя колонками на рисунке 1, после того, как C1 завершает этап подачи (и находится при высоком давлении), C2 завершает этап продувки (и находится при низком давлении). В этот момент одновременно открываются V5 и V6, замыкая колонны.Это означает, что часть газа, которая обычно теряется на стадии продувки, используется для повышения давления в другой колонне, теряя менее очищенный газ. Если газ, движущийся из одной колонны в другую, не адсорбируется в значительной степени (например, водород), давление, достигаемое после этапа выравнивания, является средним геометрическим между этими двумя значениями. Общее давление может быть ниже, если переносимый газ быстро адсорбируется [111]. Результатом этапа выравнивания давления является прямое улучшение извлечения легкого продукта [112, 113].Введение ступени выравнивания давления в установке КЦА с двумя колоннами приводит к значительному изменению «непрерывности» процесса. Когда две колонны находятся в состоянии выравнивания давления, обработка сырья отсутствует, поэтому требуется как минимум еще одна колонка [110].

При использовании нескольких колонн можно выполнить несколько шагов по выравниванию давления [114–116], и, как следствие, общее извлечение увеличивается [65, 117, 118]. Это открытие привело к разработке многоколоночных (Polybed) блоков PSA [65].

Другая возможность удалить часть легкого компонента из колонны перед продувкой — это сброс давления в слое одновременно с направлением подачи. Эта стадия очень полезна при очистке водорода и обычно называется стадией «продувки», поскольку она обеспечивает газ для продувки другой колонки [119].

Прямоточная сброса давления также использовалась для удаления менее адсорбированного газа из колонки с целью увеличения содержания наиболее адсорбированного газа внутри колонки (с целью его концентрации) [32, 120–122].

Интересная концепция разгерметизации колонны обеспечивается уникальной доступностью «свободного вакуума», полученного в космосе [123]. Для более быстрого сброса давления было предложено открывать колонну с обоих концов, чтобы быстрее выпускать газ. Также было предложено параллельное выравнивание с использованием клапанов на разной длине колонки [124]. Было также предложено использование подачи низкого давления в качестве продувки для повышения чистоты и извлечения по сравнению с циклом Скарстрома [125]. Для случая разделения трехкомпонентной смеси была также предложена подача и отвод одного продукта в промежуточных положениях колонны с конструкцией ВАБ, напоминающей схему перегонки Петлюка [126, 127].

Чтобы переместить легкий компонент в конечный продукт, рецикл тяжелого компонента был предложен Басмаджяном и Погорским [128]. Этот шаг назывался «полоскание». Хотя стадия промывки была нацелена на получение раствора с низкой концентрацией легких соединений, она широко использовалась для других целей: концентрирования более адсорбированных частиц [32, 120–122, 129–132].

На самом деле количество возможных «ступенек» не очень велико. Однако их эффективное использование оказалось сложной задачей.На данный момент вопрос, поставленный профессором Рутвеном в 1992 г., еще не получил полного ответа [133] («Можно ли разработать алгоритм для автоматической генерации циклов PSA и настройки различных шагов?»).

4. Параметры показателей эффективности процесса ВАБ

До сих пор было показано, что процессы ВАБ обладают огромной гибкостью в разработке (настолько большой, что иногда вводят в заблуждение). Может использоваться совершенно другое количество столбцов, а также возможно довольно большое количество циклов.Чтобы обеспечить определенную «общую структуру» для понимания некоторых аспектов разработки ВАБ, желательно иметь некоторые «показатели эффективности» (ИП), которые будут определять, насколько хорошо выполняется процесс ВАБ. Для определения таких параметров можно рассмотреть процесс ВАБ, изображенный на рисунке 2. На изображении показан процесс PSA со столбцами (также может быть единица), вмещающими определенную массу адсорбента на столбец (), и с несколькими соединительными линиями для выполнения самых разных этапов.Цель состоит в том, чтобы отделить компонент от компонентов, и могут быть обнаружены два случая: либо целью PSA является очистка менее адсорбированного газа, либо, альтернативно, концентрация более адсорбированного газа.


Наиболее распространенные ИП, встречающиеся в процессах PSA, перечислены в таблице 1 [134]. Два первых PI (чистота и извлечение) связаны с эффективностью разделения в PSA и обычно устанавливают условия GO / NO GO при проектировании процесса. Если такие характеристики удовлетворяются, «отпечаток пальца» агрегата оценивается по производительности.Наконец, следует сделать энергетические соображения. Поскольку процесс настолько гибкий, трудно определить энергетический ИП, кроме как сказать, что это сумма всей работы, используемой для сжатия и вакуума. Обратите внимание, что извлечение и производительность имеют интегральный член, который в основном связан с изменениями расхода в выходящих потоках.

9025 9022 9022 9022 9022 9022 9025 9022 9022 9022

Меньше адсорбированный газ — продукт Больше адсорбированный газ — продукт


Энергия = сумма всех используемых источников сжатия и вакуума

Большинство работ по процессам PSA показали, что обычно чистота и извлечение представляют собой компромисс для дизайна.В случае извлечения менее адсорбированного газа, если используется больше продувки, большее количество загрязняющих веществ может быть десорбировано из колонны, и чистота увеличивается, но поскольку больше легкого газа выходит из «нижнего конца», извлечение легкого газа меньше. . Аналогичный эффект наблюдается при использовании стадии ополаскивания и чистоты и извлечения большего количества адсорбированного газа.

Однако можно использовать и другие стратегии для улучшения восстановления процесса без серьезного влияния на чистоту. Пример Polybed PSA для очистки H 2 [65].Установки, построенные до 1975 года, имели 4 колонны, а извлечение H 2 составляло около 60%. В настоящее время обнаружена установка PSA с 12 колонками [65], и до 16 колонок были запатентованы [135] с извлечением H 2 , близким к 90%. Когда количество колонн увеличивается, можно выполнять больше операций по выравниванию давления, и, таким образом, меньше водорода теряется с загрязняющими веществами, увеличивая его извлечение.

Разработки процесса PSA, представленные выше, были в основном мотивированы улучшением чистоты и извлечением целевого продукта (ов).В настоящее время несколько новых приложений PSA в качестве альтернативной технологии все еще находятся на стадии поиска правильной конфигурации цикла (планирование шагов и время, количество столбцов и т. Д.). Другие приложения на более устоявшихся рынках предназначены для улучшения либо размера блока, либо энергопотребления разделения.

5. Роль адсорбента в PSA

Развитие материаловедения за последние 60 лет было довольно интенсивным. Результатом стало открытие многих пористых материалов, от всех видов цеолитов и мезопористых материалов [136–141] до самых разнообразных поверхностей в активированных углях [142–145], а в последнее время и координационных полимеров с большой площадью поверхности [146–151] .Однако, как это ни странно, в настоящее время в блоках PSA используется лишь несколько материалов.

Обзор адсорбционных свойств различных материалов выходит за рамки данной работы, но можно найти хорошие базы данных с адсорбционными свойствами различных газов на нескольких адсорбентах [16, 152, 153]. Важно отметить, что материал, который будет использоваться в PSA, должен легко регенерироваться. В литературе часто встречаются адсорбенты с очень высокой емкостью, особенно при низких давлениях.Обычно изотермы газов на таких адсорбентах имеют «прямоугольную форму»: очень крутые при низких давлениях и довольно плоские после определенного давления. Определяя «циклическую производительность» как разницу нагрузки между высоким и низким давлением цикла PSA, единственный способ получить приемлемую циклическую производительность — это продувка при очень высоком вакууме. Прямым следствием использования таких условий является быстрое увеличение энергопотребления. Таким образом, при расчете ВАБ предпочтительны материалы, показывающие линейные или слегка нелинейные изотермы.

Часто случается, что газовая смесь является многокомпонентной, и количество разделяемых соединений не может быть удалено одним адсорбентом. Решение этой проблемы было найдено на примере очистки H 2 от парового риформинга метана. В этом приложении H 2 смешан с H 2 O, CO 2 , CO, непревращенным CH 4 и, возможно, другими газами, такими как N 2 . Активированный уголь можно использовать для избирательного удаления H 2 O и CO 2 , но загрузка CO довольно ограничена для небольших парциальных давлений.Таким образом, обычной практикой является использование разных слоев адсорбентов для увеличения содержания CO в одной и той же колонне. Этот подход также применялся в других разделениях [66, 70, 79, 154–160]. Последовательные слои адсорбентов также можно использовать для повышения производительности кинетических адсорбентов путем добавления материала, который можно легко регенерировать после кинетического адсорбента [161, 162].

Другим важным аспектом, касающимся свойств материала для приложений PSA, является диффузия различных газов через его пористую структуру.Существуют различные типы «сопротивлений» диффузии из объемной газовой фазы к месту адсорбции [4, 5]. К ним относятся: пограничный слой вокруг частицы адсорбента и сопротивления в макромезопорах, устье микропор и микропоры (или кристаллы).

Однако в некоторых приложениях эти «проблемы» массопереноса стали частью решения. Фактически, если диффузионное сопротивление одного из компонентов смеси очень велико, этот газ адсорбируется так долго, что его можно отделить от другого газа, который быстрее диффундирует через поры.

Вскоре были обнаружены «кинетические процессы» [28]. Фактически, такие материалы, как цеолиты, из-за этого эффекта называют «молекулярными ситами» [136]. Другой пример кинетических материалов — углеродные молекулярные сита (CMS) [29–31, 33, 38, 163–167]. CMS получают путем сжатия пор активированного угля для ограничения адсорбции некоторых молекул. Его первое использование было для разделения воздуха для отделения O 2 от N 2 .

Крайним примером сопротивления диффузии является молекулярное исключение, подобное процессу Isosiv [5, 97–99].В процессе Isosiv н-парафины селективно адсорбируются в цеолите 5A, в то время как изопарафины кинетически исключаются из кристаллов цеолита.

Совсем недавно несколько неорганических материалов оказались полезными для кинетического разделения [34, 36, 168–173]. Для кинетического разделения можно использовать особый вид титаносиликатов, ЭТС-4, катионообменный со щелочноземельными металлами [35, 41, 174, 175]. В этих материалах размер пор можно регулировать с очень высокой точностью путем термической обработки образца.Многие исследования подтвердили, что CH 4 можно исключить из структуры, в то время как такие газы, как H 2 S, CO 2 и особенно N 2 , могут адсорбироваться [43, 176, 177].

6. Достижения в области проектирования процессов

Из всех основных достижений в области проектирования процессов наиболее сложной является разработка циклических стратегий, которые могут улучшить показатели эффективности PSA. Несмотря на характеристики материала, проектирование процесса ВОБ требует нескольких инженерных решений, которые иногда следует принимать с очень большим влиянием с точки зрения показателей эффективности.Главный недостаток разработки процесса PSA состоит в том, что он требует больших затрат времени (и, как правило, итеративен).

На современных компьютерах создание цикла ВАБ может быть выполнено путем моделирования различных сценариев. Существуют различные степени сложности для определения модели PSA, обычно состоящей из нескольких дифференциальных уравнений в частных производных, связанных уравнением состояния и изотермической моделью для определения термодинамических свойств газовой и адсорбированной фаз соответственно. Хотя модель может быть решена численными методами [55, 113, 178–183], для этой цели уже можно использовать несколько коммерческих программ: ASPEN, COMSOL, gPROMS, PROSIM и т. Д. [18, 184–187 ].

Моделирование процесса PSA требует начального этапа определения структуры цикла (упорядочивания шагов в заранее определенной последовательности), а затем оценки полученных показателей эффективности. Для выбранного цикла необходимо определить время всех шагов, давление продувки и скорость промывки и продувки [25, 188–192]. В качестве альтернативы было предложено использовать общий «суперцикл» для оценки оптимальной продолжительности каждого из шагов [193].

В большинстве случаев определение цикла должно выполняться при определенных ограничениях, таких как объединение его в массив из нескольких столбцов.Другие ограничения могут возникать из-за наличия газа на стадии продувки, постоянного использования вакуумного насоса для продувки и так далее. Доступность газа для этапа продувки также может исходить из этапа сброса давления (обеспечить продувку) [119] или из предварительно сохраненного количества в резервуаре [194]. Была предложена графическая процедура для планирования циклов PSA [195, 196]. В литературе также обнаружено, что в некоторых случаях лучший цикл не соответствует идеально в непрерывном массиве колонок, и, таким образом, используется «холостой» этап, когда колонка закрыта и не происходит никакого эффективного этапа адсорбции или десорбции.Однако наличие периодов простоя действительно приводит к меньшей производительности блока PSA.

Пересматривая, как рассчитывается производительность PSA, мы видим, что взаимодействие между влиянием технологического процесса и разработки адсорбента неоднозначно. Если у нас есть адсорбент с лучшей циклической производительностью, мы сможем адсорбировать больше газа за цикл и, таким образом, снизить общий вес адсорбента (или, альтернативно, увеличить производство газа). С другой стороны, улучшив технологический процесс, мы могли бы улучшить производительность установки, сбалансировав количество производимого газа и, возможно, уменьшив количество используемых колонн.

Кроме того, есть третья альтернатива: уменьшить общее время цикла. Эта альтернатива была предложена много лет назад [197] и начала реализовываться в 80-х годах [198]. Когда общее время цикла меньше 30 секунд, процесс обычно называют быстрым PSA (RPSA) [145, 179, 198–214].

Типичное время цикла () нормального процесса PSA составляет порядка 10 минут. В это время адсорбент используется для адсорбции и десорбции определенного количества газа. В каждой колонке PSA это количество адсорбированного будет распределяться в начальной зоне, где было достигнуто равновесие, и зоне «массопереноса» рядом с концом колонны, где адсорбент не полностью насыщен.Зона массообмена связана с кинетическими ограничениями диффузии в адсорбент и осевой дисперсией. Уменьшение времени цикла приведет к большему количеству кинетических ограничений и, следовательно, к более длинным зонам массопереноса. Однако, если сокращение времени цикла в 10 раз приводит к уменьшению количества адсорбированного / десорбированного в 2 раза (из-за кинетических ограничений адсорбции), то общая производительность установки PSA все равно увеличится в раз. 5. В результате блок PSA будет в пять раз меньше!

Есть несколько областей, в которых RPSA может иметь большое значение.PSA для производства медицинского кислорода является очень подходящим устройством для использования в больницах. Однако концепция RPSA открыла возможность портативных устройств довольно небольшого размера, которые могут использоваться амбулаторно для пациентов с хроническими заболеваниями легких [78, 215]. Сравнивая производительность процесса PSA по очистке водорода, можно отметить, что она значительно ниже, чем производительность других приложений PSA. В такой области использование концепции RPSA может привести к значительному уменьшению размера [201, 216].

Использование RPSA ограничено гидродинамикой. При использовании сверхбыстрого PSA с поршневым приводом общее время цикла было менее 5 секунд (его циклы адсорбции / десорбции напоминают расширение и сжатие двигателя внутреннего сгорания). В таких условиях математические модели, используемые для моделирования нормальных процессов PSA, могут не работать [210, 217]: описание переноса массы и энергии с использованием упрощений, таких как LDF (линейная движущая сила), неприменимо. Есть также некоторые особенности, связанные с RPSA, которые можно преодолеть с помощью специализированных устройств.

В процессах RPSA время, необходимое для создания давления в слое, может быть проблемой. Было доказано, что с помощью сотового монолита можно уменьшить падение давления в процессе PSA [209] и, таким образом, сократить общее время нагнетания давления. Альтернативой монолитным структурам были слоистые адсорбенты [218].

Другое изобретение, которое напрямую применимо к технологии RPSA, — это поворотный клапан [205, 207, 219]. Взяв в качестве примера блок PSA, показанный на рисунке 1, можно заметить, что ступенчатые изменения в нормальном PSA выполняются за счет одновременной работы иногда сложной системы клапанов.Используя поворотные многопортовые клапаны, можно изменять события, происходящие во всех колонках в одно и то же время. При использовании нормальной группы клапанов отказ в течение одной секунды при открытии или закрытии одного из клапанов может иметь значительное влияние на цикл RPSA.

Другой подход к технологии PSA был реализован с использованием радиальных колонн [220–222]. При использовании радиальных колонн длина адсорбента обычно мала (что приводит к уменьшению падения давления), и количество газа, подлежащего обработке при разумной скорости газа, может быть больше.

Большая гибкость PSA обычно связана со сложностью процесса и по-прежнему является одной из основных проблем при внедрении этой технологии в нескольких отраслях промышленности. С другой стороны, большая гибкость процессов PSA по-прежнему составляет его главное преимущество и может быть причиной того, что он нашел применение в различных областях.

Технология PSA может считаться зрелой технологией в разделении воздуха, сушке и очистке водорода, но предстоит еще много работы, чтобы внедрить эту технологию в других областях [223].Многие исследователи во всем мире в настоящее время работают над улавливанием CO 2 из дымовых газов. Потенциально было продемонстрировано, что CO 2 можно улавливать с помощью PSA [224–227], но необходимы более фундаментальные и долгосрочные исследования на экспериментальной установке, чтобы должным образом сопоставить этот метод с аминами. Кроме того, разделение олефинов и парафинов адсорбцией было достаточно изучено, но энергетические затраты на разделение адсорбцией все еще сравнимы с дистилляцией [228]. Использование PSA для повышения качества природного газа (в основном разделение CH 4 -CO 2 ) также остается проблемой [229, 230].Технологию PSA и даже RPSA можно использовать для обновления биогаза, но уровни расхода и давления природного газа требуют альтернативных решений. Кроме того, новое жесткое законодательство, касающееся сокращения выбросов парниковых газов, меняет структуру процессов в энергетической и топливной отраслях. Новые процессы предназначены для включения или интеграции улавливания CO 2 , таким образом вводя спецификации в наиболее адсорбируемое соединение. Решение, которое уже используется и требует дальнейшего изучения, — это концепция двойного PSA [231–235].

Во всех этих возникающих приложениях технологии PSA более быстрые и лучшие решения могут быть найдены за счет хорошего взаимодействия между наукой о материалах и технологическими процессами.

Основы адсорбции активированным углем

Активированный уголь используется более чем в 2500 коммерческих продуктах. Большинство очистных сооружений используют уголь для очистки воды и воздуха, покидающих предприятие. Однако вы не найдете их характеристик и свойств, описанных в «формальном» образовании.Вы узнаете о них на работе.

Активированный уголь — это инертный твердый адсорбент, обычно используемый для удаления различных растворенных загрязняющих веществ из воды и технологических газофазных потоков. Он сделан практически из любого сырья, содержащего углерод, в том числе из скорлупы кокосовых орехов и членов семейства угольных, как многие читатели уже знают.

Адсорбция — это накопление газа или жидкости на поверхности жидкого или твердого субстрата, в отличие от абсорбции, при которой проникающее вещество проникает в объем или объем субстрата.

Активированный уголь пористый, недорогой и легко доступный для использования в качестве адсорбентов, обеспечивая большую площадь поверхности для удаления загрязнений. Он имеет большую полезную площадь поверхности на грамм, чем любой другой материал, доступный для физической адсорбции. Фактически, чайная ложка активированного угля имеет большую площадь поверхности, чем футбольное поле.

Физические явления

Из-за своих редких характеристик активированный уголь обладает исключительной способностью улавливать растворенные в воде загрязняющие вещества, в том числе вещества, способствующие возникновению вкуса, запаха, цвета и токсичности.Удаление происходит за счет явления адсорбции, основанного на поверхностных взаимодействиях между загрязнителями и поверхностями угольно-графитовых пластинок.

Эти взаимодействия загрязнителя с поверхностью углерода происходят через силы Ван-дер-Вааль и индуцированные дипольные взаимодействия. Графитовые пластинки с активированным углем индуцируют нейтральные органические молекулы во внутримолекулярные диполи. Индуцированные диполи заставляют молекулы притягиваться друг к другу и слипаться, поэтому они выпадают из раствора в наноразмерные поры или адсорбционные пространства углерода.Это называется преждевременной конденсацией, чему способствует активированный уголь.

Рис. 1. На этих изображениях показан активированный уголь, изготовленный из дерева, скорлупы кокосовых орехов и битуминозного угля. Все изображения любезно предоставлены PACS Activated Carbon.

Производители активированного угля используют различное сырье и технологические параметры, чтобы сделать доступным разнообразие размеров пор. Правильный выбор пористой структуры важен для решения проблем с водной и газовой фазами с активированным углем.

На рис. 1 показаны реалистичные изображения активированного угля, изготовленного из древесины, скорлупы кокосовых орехов и битуминозного угля. Эти типы угля продаются и используются в различных формах: порошок, гранулы, гранулы, блоки и композиты. Разница видна в размере графитовых пластинок, представленных жирными черными линиями, и в том, насколько близко они расположены друг к другу, как показано на рисунке.

Уголь активированный в порошке

Порошкообразные частицы активированного угля микронного размера измельчаются из гранулированного активированного угля миллиметрового размера и демонстрируют более быструю кинетику и большую способность к удалению загрязняющих веществ по сравнению с углями с более крупными частицами.

Активированный уголь в порошке может использоваться при спорадических эпизодах загрязнения, таких как цветение водорослей и промышленные разливы, которые загрязняют городские сточные воды. Порошок может быть добавлен в отстойник процесса осветления для удаления этих загрязнений с помощью активированного угля. Он также может защитить неподвижные слои активированного гранулированного угля от внезапного входящего загрязнения.

Растения могут использовать порошок вместо этого, если у них нет инфраструктуры для использования гранулированного активированного угля или если у них нет достаточного количества гранулированного угля между притоком и сточными водами для экономичного использования для удаления в спорадических эпизодах загрязнения.Одноразовый порошкообразный активированный уголь используется в качестве периодического процесса для удаления загрязняющих веществ до приемлемых регулируемых максимальных уровней загрязнения (MCL), но не обязательно до нулевого или необнаруженного загрязнения.

Гранулированный активированный уголь

Гранулированный активированный уголь миллиметрового размера может удалять загрязняющие вещества до концентраций ниже аналитических пределов обнаружения, и по сравнению с порошком для него требуется только около четверти количества углерода между входящим потоком и стоком.

Однако предприятию необходима соответствующая инфраструктура для установки свежего угля и удаления отработанного гранулированного активированного угля для реактивации печи.Реактивированный активированный уголь стоит примерно вдвое дешевле, чем свежий или неиспользованный гранулированный активированный уголь. Использование гранулированного активированного угля — это непрерывный процесс и продукт многоразового использования, основанный на термической реактивации. Термическая реактивация позволяет классифицировать углерод как «зеленую химию».

Там, где вероятность промышленного загрязнения относительно высока, необходимо иметь в наличии больше активированного угля на случай возможных чрезвычайных ситуаций. Его можно хранить в стационарных сосудах между притоком и стоком, также требуется больше порошкообразного углерода.

Наконец, пеллеты или очень большие гранулы углерода используются для борьбы с сероводородом и другими запахами в паровой фазе городских сточных вод. Эти относительно большие формы активированного угля позволяют потокам газа беспрепятственно проходить через угольные слои. Это снижает использование вентиляторов и энергии, необходимой для продувки газовых потоков через плотные слои. Обычный и каталитический уголь используются для контроля запаха сероводорода.

С обычным углеродом подвижный сероводород окисляется до иммобилизованной серы, которая накапливается на поверхности углерода.Использование элементарной серы на рабочем углероде позволяет определить, когда необходимо заменить углерод свежим углеродом в лабораториях. Каталитические угли превращают сероводород в серную кислоту путем окисления. Серную кислоту на этом каталитическом угле можно смыть водой с использованного угля и многократно использовать на месте.

Рис. 2. Конфигурация горизонтального слоя выглядит следующим образом, тогда как в вертикальных слоях используется гравитационный поток.

Зона массообмена

В водной и газовой фазах образуется движущаяся зона массопереноса загрязнителей (MTZ) по мере прохождения более загрязненной воды или газа через слой.Слои углерода обычно имеют глубину от 3 до 10 футов и состоят из слоистого активированного угля, где частицы меньшего размера находятся наверху рабочего слоя углерода, а частицы самого большого размера находятся внизу.

Не смешивайте использованный и неиспользованный уголь в процессе. MTZ, показанный на Рисунке 2, имеет конфигурацию горизонтального слоя, но слои обычно вертикальные, чтобы использовать преимущества гравитационного потока. После обратной промывки необходимо поддерживать стратификацию слоя, чтобы удалить твердые частицы, которые могут скапливаться на поверхности слоя.

Активированный уголь удаляет водорастворимые органические вещества и твердые частицы из воды путем обратной промывки. У этого МТЗ три рабочие зоны:

  1. Зона 1 (между A и B, часть общей длины углеродного слоя) полностью используется и больше не удаляет водорастворимые загрязнения.
  2. Зона 2 (между B и C) удаляет разное количество загрязняющих веществ. Форма этой кривой будет отражать профиль концентрации загрязняющих веществ, покидающих углеродный слой при прорыве.В системах с водой обычно намного больше MTZ-расстояние между B и C, чем в системах с газовой фазой, которые обычно имеют гораздо меньшие MTZ. Форма MTZ может быть острой или широкой в ​​зависимости от того, насколько сильно углерод адсорбирует адсорбаты.
  3. Зона 3 (между C и D) — это неиспользованный активированный уголь. По мере увеличения срока службы кровати и воздействия загрязняющих веществ расстояние между A и B увеличивается, а между C и D уменьшается. Расстояние МТЗ от Б до С постоянно.

Максимальное повышение производительности

Для повышения производительности и экономии типичная конфигурация при работе с несколькими слоями активированного угля представляет собой последовательную серию.Несколько слоев в серии позволяют полностью использовать углеродный слой за счет прорыва, когда входящие и выходящие потоки эквивалентны по концентрациям загрязняющих веществ. Это связано с тем, что в процессе эксплуатации любые оставшиеся резервные кровати в серии запускают еще один МТЗ по мере необходимости.

Эта конфигурация слоя свинца и запаздывания позволяет обрабатывать максимальное количество галлонов воды на фунт активированного угля перед заменой отработанного угля свежим.

Рабочая цель — питьевая вода высокого качества по минимальной цене.Последние слои активированного угля в последовательной серии завершают полировку, чтобы удалить следы загрязнений и обеспечить безопасную качественную питьевую воду. При замене ранее полностью истощенных углеродных слоев свежим углеродом (когда концентрации входящего и выходящего потока равны), более поздние слои функционируют дольше в качестве окончательной полировальной машины и обеспечивают запас прочности.

При отборе образцов для определения профиля углеродного слоя их следует брать сверху, посередине и снизу. Отбор проб этого типа позволяет более точно определить местонахождение МТЗ и оставшееся время обслуживания углеродного слоя.

Уголь активированный отработанный

Активированный уголь не вечен. Его необходимо периодически заменять на свежий первичный или активированный уголь. Поры или физические адсорбционные пространства, которые представляют собой объемы нанометрового размера между графитовыми пластинками, в конечном итоге заполняются и больше не способны удалять адсорбаты. Углеродные поры неоднородны и различаются по энергии адсорбции от сильной до слабой. Обратите внимание на расстояние между графитовыми пластинками на рисунке 1. Углеродные графитовые пластинки, расположенные близко друг к другу, обеспечивают высокую потенциальную энергию адсорбции, а широкие расстояния между пластинами имеют относительно низкую энергию адсорбции.

У заводов по производству питьевой воды есть два основных варианта замены: покупать чистый или неиспользованный углерод или использовать реактивированный уголь. После нескольких циклов реактивации эффективность реактивированного угля будет снижаться, и его необходимо заменить свежим, чистым углеродом.

Иногда расширение распределения пор по размеру при реактивации полезно, особенно для более крупных молекул и адсорбатов с более высокой молекулярной массой. Однако водорастворимые низкомолекулярные соединения в следовых концентрациях, такие как тригалометаны, могут не так легко адсорбироваться и могут образовывать более длительный MTZ при использовании с реактивированным углем с более широким распределением пор по размерам.

Дальнейшее обсуждение этой темы будет охватывать методы испытаний, которые помогут персоналу водохозяйственных предприятий выбрать лучший активированный уголь для конкретного применения и контролировать эффективность и жизненный цикл угля до его окончательной утилизации.

Генри Новицки, Ph.D. и MBA, президент и старший научный сотрудник PACS Activated Carbon Services. С ним можно связаться по адресу [email protected], 724-457-6576 или pacslabs.com. Джордж Новицки — директор лаборатории PACS.С ним можно связаться по адресу [email protected]. Уэйн Шулигер, П.Е., читает краткий курс по проектированию, эксплуатации и устранению неисправностей адсорберов с активированным углем.

PACS Activated Carbon Services проводит Международную конференцию по активированному углю и учебные курсы по углеродным технологиям два раза в год в феврале в Орландо и в сентябре в Питтсбурге.

Регенеративные адсорбционные осушители сжатого воздуха

Дональд Уайт, главный инженер, Aircel

Сжатый воздух осушается для предотвращения конденсации и коррозии, которые могут нарушить производственный процесс и загрязнить продукты.Вода является основным двигателем химических реакций и физической эрозии в системах сжатого воздуха. 1 Множество конструкций адсорбционных осушителей было разработано для обеспечения «коммерчески сухого» воздуха, воздуха с точкой росы -40 ° F или ниже, для предотвращения коррозии. 2 Адсорбционные осушители используют твердые адсорбенты в форме гранул для снижения влажности сжатого воздуха.

Адсорбенты — это чудесные микропористые гранулы с множеством полостей нанопор, которые слишком малы, чтобы их можно было увидеть даже с помощью оптического микроскопа.Более крупные поры в диапазоне от 500 до 2000 ангстрем, макропоры, обеспечивают доступ к нанопорам глубоко внутри частицы адсорбента. Молекулярные силы внутри ограниченного пространства нанопор необычны, демонстрируя необычные эффекты на молекулы, входящие в полости. 3 Природные цеолиты, адсорбенты, образовавшиеся в кислых озерах вблизи доисторических извержений вулканов, возможно, были местом рождения наших первых органических форм жизни. Каталитическая природа поверхностей адсорбента могла способствовать химическим реакциям, приводящим к образованию исходных аммиатов и аминокислот. 4

Недавние исследования в Окриджской национальной лаборатории показали, что процесс адсорбции вызывает физическое изменение состояния. Было обнаружено, что молекулы воды смещаются при адсорбции, а атомы водорода и кислорода преобразуются в непрерывную ассоциацию внутри нанопор. Адсорбированное состояние не является ни газообразным, ни жидким, ни твердым, а скорее «квантовым туннельным» состоянием, обнаруженным в экспериментах по рассеянию нейтронов. 5

Синтетические адсорбенты были разработаны для промышленных предприятий с целью осушения и очистки воздуха.К ним относятся активированный оксид алюминия, силикагель и молекулярные сита. В адсорбционном осушителе установлены два сосуда, заполненные адсорбентом: один для осушения сжатого воздуха, а другой — для регенерации. Сосуды поочередно переключаются с режима сушки в потоке на регенерацию вне потока.

Активированный оксид алюминия

Силикагель

Молекулярное сито

Рис.1 Синтетические осушители (фото любезно предоставлены Porocel)

Процесс адсорбции обратим, и адсорбированная вода может десорбироваться путем приложения энергии к влагосодержащему осушителю. Источником энергии чаще всего является электрический погружной нагреватель, но другие источники энергии могут быть более рентабельными, например, пар высокого давления, газовый нагреватель, солнечный нагрев, подземный геотермальный нагрев, горячий воздух от нагнетания компрессора, микроволновая энергия или даже удержание тепла, выделяемого в процессе адсорбции.Отличительной чертой между различными типами адсорбционных осушителей является метод регенерации адсорбента, используемый для обеспечения непрерывной работы.

Эффективность процесса регенерации и достигнутая точка росы зависят от типа адсорбента, температуры регенерации, влажности на входе продувки и рабочей температуры слоя адсорбента. Рабочая температура, увеличенная за счет теплоты адсорбции, обычно на 25 ° F выше, чем температура сжатого воздуха на входе.Температура воздуха для регенерации обычно составляет 400 ° F или ниже, что достаточно для десорбции влаги из влажного осушителя без разрушения адсорбента. Гидротермальная деградация влияет на все адсорбенты. Активированный оксид алюминия кристаллизуется при температуре более 500 ° F во влажных условиях, становясь непористым и инертным, силикагель теряет гидроксиды на своих внутренних поверхностях при температуре 740 ° F в присутствии водяного пара, становясь неактивным, а молекулярные сита перекристаллизовываются в различные менее адсорбционные формы цеолита при температуре выше 840 ° С. ° F.

Адсорбционные осушители

делятся на два класса: регенеративные осушители с переменным давлением и регенеративные осушители с внешним подогревом.

Регенеративные адсорбционные осушители

Сушилки с поворотным механизмом Сушилки с внешним подогревом
без нагрева Продувка сжатым воздухом с подогревом
Высокого давления без нагрева Атм. Вентилятор с продувкой влажным воздухом
С подогревом Нулевая потеря при продувке
с внутренним подогревом Шип нулевого переключения
Рис.2 Классификация регенеративных адсорбционных осушителей

Ежемесячный электронный бюллетень для очистки сжатого воздуха и трубопроводов

Профилируются осушители сжатого воздуха, фильтры, системы управления конденсатом, резервуары, трубопроводы и пневматические технологии с акцентом на оптимизацию со стороны спроса. Как обеспечить надежность системы при одновременном снижении перепада давления и спроса, исследуется в тематических исследованиях System Assessment.

Получать электронный бюллетень

Регенеративные осушители с переменным давлением

Самым простым адсорбционным осушителем сжатого воздуха является осушитель без нагрева.Он состоит из двух или более емкостей, заполненных адсорбентом, работающих бок о бок, одна емкость в рабочем состоянии осушает сжатый воздух при линейном давлении, а другая емкость или емкости вне потока, находящиеся под пониженным давлением, подвергаются регенерации. В очень больших системах часто используется более двух резервуаров, чтобы снизить расход продувки в процессе регенерации.

Рисунок № 3 Осушитель сжатого воздуха без нагрева (предоставлено Aircel LLC)

Энергия выделяется во время процесса адсорбции в соответствии с правилом фаз Гиббса, и температура адсорбента повышается вместе с температурой сжатого воздуха, проходящего через пустоты между гранулами.Сушилка без нагрева работает по короткому циклу NEMA, чтобы сохранить тепло адсорбции в слое адсорбента. Короткий цикл, от пяти до десяти минут, предотвращает появление теплового фронта на выходе из сушилки перед переключением емкостей. Тепло, удерживаемое в слое адсорбента во время фазы сушки процесса, используется во время фазы регенерации для десорбции влаги. Удержанию тепла адсорбции способствует установка плотной среды с высокой объемной теплоемкостью на выходе из слоя адсорбента.Было обнаружено, что клиноптилолит, плотный природный цеолит, и пластичный оксид алюминия очень эффективны в удержании тепла в слое осушителя 6 . Для этой функции также применялись стальные шарики. 7

Сушилки без нагрева потребляют около 15% сухого воздуха продукта в качестве продувки при работе при 100 ° F и 100 фунтах на квадратный дюйм для регенерации адсорбента и продолжения процесса сушки. Расход на продувку может быть значительно снижен за счет подачи небольшого количества тепла непосредственно в конец продувочного выпуска осушающего резервуара.Сушилка с переменным давлением с подогревом извлекает выгоду из повышенного парциального давления водяного пара в наиболее загрязненной области слоя адсорбента. Более высокое парциальное давление приводит к уменьшению количества продувок, необходимых для отвода десорбированной влаги из резервуара с осушителем. Потребление продувки может быть уменьшено до 10% или менее даже при работе при 100 ° F и 100 фунтах на кв. Дюйм с маломощным нагревателем, установленным рядом с выпускным концом продувки каждого слоя адсорбента. 8

Другой метод, используемый для снижения расхода на продувку, — это сбросить продувочный выхлоп до вакуума.Снижение давления в регенерирующем слое адсорбента снижает скорость продувки, необходимую для вывода десорбированной влаги из резервуара. Вакуумные системы являются дорогостоящими, и этот метод лучше всего использовать, когда на месте установки есть вакуумные инженерные сети.

Сушилки с поворотным механизмом высокого давления

При повышенном давлении, 500 фунтов на кв. Дюйм и выше, воздух достаточно плотный, чтобы отводить тепло адсорбции до окончания процесса сушки.В сушилках высокого давления без нагрева не предпринимается никаких попыток сохранить тепло, и они работают с более длительным циклом, обычно от 30 минут до часа цикла NEMA.

Рисунок № 4 Сушилка с поворотным механизмом под высоким давлением (предоставлено Aircel LLC)

Требуемая скорость продувки уменьшается при повышении рабочего давления. Сушилки без нагрева под высоким давлением обычно работают с потреблением 5% сухой продувки. Не нагретый продувочный воздух обеспечивает энергию, необходимую для регенерации слоя адсорбента, что приводит к значительному понижению температуры.Температура продувочного выхлопа может быть на 100 ° F ниже температуры сжатого воздуха на входе. 9

Преимущества контроля точки росы и продувки адсорбционного осушителя — запись вебинара

Загрузите слайды и посмотрите запись БЕСПЛАТНОЙ веб-трансляции, чтобы узнать:

  • Способы мониторинга и контроля точек росы под давлением от -40ºF (-40ºC) до -100ºF (-73ºC), достигаемых адсорбционными осушителями
  • Обеспечение оптимизации скорости продувки за счет надлежащего управления
  • Неправильное обслуживание адсорбционного осушителя и использование установленных средств управления
  • Адсорбционные осушители типов, методы технического обслуживания и технологии управления, наиболее подходящие для обеспечения заданной точки росы под давлением при оптимальных затратах на электроэнергию
  • Инструменты для адсорбционных осушителей для оптимизации производительности
  • Автоматическая подстройка к изменяющимся условиям всасывания и окружающей среды

Перейти на вебинар

Регенеративные осушители с внутренним подогревом

Сушилки с внутренним подогревом с осевыми нагревательными элементами, вставленными в слои адсорбента, или ленточные нагреватели, закрепленные на корпусах резервуаров адсорбента, успешно применялись для регенерации слоев адсорбента.Осушитель — это термопреломляющая среда, и для того, чтобы быть эффективным, поверхности нагрева должны располагаться близко друг к другу на расстоянии не более четырех дюймов. Даже при таком близком расстоянии температура поверхности может достигать 1000 ° F во время регенерации, и гранулы адсорбента в непосредственной близости от поверхностей нагрева постепенно деактивируются. Сушилки с внутренним подогревом требуют около 6% сухого продувочного воздуха для распределения тепла по слою адсорбента, вывода десорбированной влаги из емкости и предотвращения конденсации водяного пара.Более низкие скорости продувки создают более высокое давление пара в слое адсорбента, что приводит к конденсации на охлаждающих стенках резервуара.

Продувка сухим воздухом и высокая температура регенерации могут обеспечить очень низкие точки росы на выходе, в некоторых случаях точка росы под давлением ниже -100 ° F. Теплота адсорбции не сохраняется, и сушилка работает в течение длительного цикла NEMA, обычно восемь часов, четыре часа сушки сжатого воздуха и четыре часа регенерации при атмосферном давлении. Осушитель необходимо часто менять из-за гидротермального разрушения адсорбента при повышенных температурах во влажной среде.

Регенеративные осушители с внешним подогревом

Регенерированные адсорбционные осушители с внешним подогревом имеют нагреватель, установленный снаружи резервуара адсорбента для косвенного нагрева влажного адсорбента. Продувочный воздух необходим для передачи тепловой энергии между нагревателем и слоем осушителя. Регенерация может осуществляться либо при линейном, либо при атмосферном давлении, но наиболее эффективна при низком давлении. Когда десорбция влаги завершена, необходимо провести продувку без подогрева через слой адсорбента для обеспечения охлаждения.

Расход продувочного потока, необходимый для выполнения регенерации, определяется общим тепловым балансом:

Q p = {M w [(c p ) w (T 2 — T 1 ) + H a ] + [M d (c p ) d + M v (c p ) v ] (T 3 — T 1 ) + q l } / [ρ o (c p ) p т ч 3 — т 2 )]

Температура продувочного выхлопа, T 2 , может быть определена с помощью баланса масс или приблизительно по графику Bud Ginder. 10 :

Реген.Давление [psig]

Диаграмма Ginder

Температура регенерации [° F]

310 ° F

350 ° F

400 ° F

450 ° F

500 ° F

600 ° F

150

179

188

197

205

212

223

120

172

180

189

197

203

214

100

167

174

183

190

197

207

80

160

167

176

183

189

198

60

152

160

167

173

179

188

10

117

123

128

133

136

145

5

110

116

121

127

130

136

0

102

107

112

115

120

126

Рис.5 Температура продувки выхлопных газов в зависимости от давления и температуры регенерации

Тепловая энергия, необходимая для нагрева продувки до температуры регенерации, определяется тепловым балансом на основе температуры продувки выхлопных газов:

q h = [Q p ρ o (c p ) p t h (T 3 — T 2 )] + q l

Количество охлаждающего воздуха, необходимое для понижения температуры слоя адсорбента до рабочей температуры адсорбционного слоя, составляет приблизительно 1.25 фунтов воздуха на фунт осушителя. Сухой продувочный воздух является слишком дорогостоящим для обеспечения полного охлаждения, и чаще всего сухие продувочные осушители охлаждаются примерно до 50%. Обеспечиваемая доля охлаждения слоя определяется тепловым балансом:

Доля охлаждения слоя ≈ [Q c x ρ o x t c / (1,25 x M d )]

Внешний обогрев сухим сжатым воздухом

Простейший осушитель сжатого воздуха с внешним обогревом регенерируется с продувкой сухим воздухом как на этапе нагрева, так и на этапе охлаждения слоя.

Рисунок № 6 Осушитель сухого продувочного воздуха с внешним обогревом (предоставлено Aircel LLC)

Осушители с сухим продувочным воздухом с внешним обогревом работают в длительном цикле NEMA, обычно восемь часов.

В сосуде с водой сбрасывается давление для регенерации. Требуемая продувка зависит от расхода, температуры и давления на входе. Более высокие температуры и более низкие давления увеличивают водную нагрузку на осушитель по закону Дальтона, а продувка и тепло, необходимые для выполнения регенерации, увеличиваются. 10 Расход продувки снижается примерно на 25% за счет раннего выключения нагревателя, когда теплосодержание в слое адсорбента достаточно для завершения процесса регенерации. Продолжающийся поток продувочного воздуха будет передавать тепло в нерегенерированную часть слоя, и процесс регенерации будет завершен, когда фронт охлаждения обгонит фронт тепла на стороне продувочного выхода резервуара. Этот метод приводит к полной термической регенерации и полному охлаждению слоя адсорбента.

При продувке сухим воздухом остаточная влажность в слое адсорбента сводится к минимуму, а адсорбционные осушители с внешним обогревом и сухим продувочным воздухом могут достигать точки росы при очень низком давлении, часто ниже -100 ° F.

Потребление сухой продувки можно дополнительно снизить, установив воздушный инжектор с трубкой Вентури для восстановления давления. Инжектор воздуха, работающий на 7% сухого воздуха продукта, может повысить давление окружающего воздуха, чтобы обеспечить расход продувочного воздуха на 15%. Когда слой адсорбента полностью регенерирован, но горячий, нагреватель отключается, и вход окружающего воздуха закрывается.Сухой продувочный воздух продолжает проходить через сосуд для частичного охлаждения слоя адсорбента.

Горячий влажный сжатый воздух можно использовать для регенерации адсорбента в сушилке с внешним обогревом, а не сухой технологический воздух, чтобы снизить эксплуатационные расходы. Температура нагнетания воздушного компрессора, повышенная теплотой сжатия примерно до 300 ° F, может применяться непосредственно к влагосодержащему осушителю. Точка росы влажного компрессора на выходе высока, обычно около 140 ° F, и для достижения точки росы на выходе -40 ° F воздух должен быть нагрет до 500 ° F или более.Дополнительные клапаны, теплообменники и дополнительный погружной нагреватель необходимы, чтобы получить выгоду от тепла компрессионной сушилки. Осушители сжатого воздуха, которые полагаются на теплоту сжатия, могут быть спроектированы для разделения потока или полного потока, и они могут быть спроектированы либо как системы с двумя резервуарами, либо как системы с вращающимися барабанами с перегородками для разделения секций сушки, нагрева и охлаждения.

Осушители с внешним подогревом, атмосферным вентилятором и регенерацией влажного воздуха

Осушитель с внешним подогревом и вентилятором атмосферного давления может регенерировать слой адсорбента, обеспечивая точку росы -40 ° F «коммерчески сухой» воздух, работая в восьмичасовом цикле NEMA с температурой регенерации 400 ° F.Окружающий воздух, хотя и влажный при комнатной температуре, становится относительно сухим после нагревания до 400 ° F. Окружающий воздух при температуре 100 ° F, насыщенный водяным паром при нагревании до 400 ° F, имеет относительную влажность 0,4%, что вполне подходит для регенерации слоя адсорбента. Для подачи регенерированного воздуха установлен нагнетатель атмосферного давления. Впускная заслонка или байпасный регулирующий клапан используется на воздуходувке для поддержания требуемой скорости продувочного потока. Продувочный поток нагревается при прохождении через воздуходувку за счет тепловых потерь на трение и за счет теплоты сжатия.Обычно это приводит к повышению температуры от 20 ° F до 60 ° F. Затем продувочный воздух нагревается до температуры регенерации, обычно 400 ° F, с помощью погружного нагревателя. Температура регенерации поддерживается путем регулировки впускного клапана нагнетателя, уменьшения скорости потока регенерирующего воздуха для повышения температуры или увеличения скорости потока для понижения температуры. После установки расхода регулирующий клапан требует лишь случайной регулировки. Регулировку вентилятора также можно выполнить с помощью частотно-регулируемого привода (ЧРП) для изменения скорости вращения двигателя.

Рисунок № 7 Осушитель с внешним обогревом и продувкой атмосферным вентилятором (предоставлено Aircel LLC)

После нагревания осушителя сосуды частично охлаждаются либо сухим продувочным воздухом, средний расход которого составляет 2% от расчетного расхода осушителя, либо влажным окружающим воздухом. Когда для охлаждения используется окружающий воздух, направление потока через сушилку должно быть изменено на обратное, чтобы выходной конец слоя адсорбента оставался сухим, а слой адсорбента должен быть увеличен для учета адсорбции атмосферной влаги, поступающей в сушилку с охлаждающим воздухом.

Адсорбционные осушители с регенерацией внешнего тепла с нулевыми потерями на продувку используют окружающий воздух для термической регенерации с последующим охлаждением слоя с замкнутым контуром осушенным окружающим воздухом. Воздуходувка регенерации используется для циркуляции сухого воздуха. Направление потока меняется на обратное для охлаждения с замкнутым контуром, чтобы поддерживать сухой осушитель на выходе из слоя адсорбента, а на входе в вентилятор устанавливается воздухоохладитель для отвода тепла, передаваемого из слоев адсорбента. Впускной патрубок вентилятора остается открытым, так как при замкнутом цикле охлаждения поток через впускной трубопровод отсутствует.

Охлаждение с замкнутым контуром обеспечивает полное охлаждение слоя адсорбента, и в результате всплески влажности и повышения температуры, которые обычно происходят во время процесса переключения слоя, сводятся к минимуму. Их можно полностью устранить, установив второй охладитель регенерирующего воздуха на выходе вентилятора для отвода тепла, выделяемого в корпусе вентилятора. Всплески переключения не будут возникать, когда слой полностью охладится до рабочей температуры сушилки.

Адсорбционные осушители воздуха с регенерацией

могут быть спроектированы и изготовлены с учетом очень строгих условий эксплуатации.В процессе выбора наиболее подходящей сушилки необходимо тщательно оценить проектные требования, чтобы гарантировать, что продукта будет достаточно, а размеры сушилки должны быть подтверждены расчетами, чтобы гарантировать соответствие конструкции.

Дональд Уайт, главный инженер Aircel, электронная почта: [email protected], тел .: 865-268-1011, www.Airceldryers.com.

Чтобы узнать больше о Осушителя сжатого воздуха статей , пожалуйста, посетите www.airbestpractices.com/technology/air-treatment.

Обозначения

(c p ) p = удельная теплоемкость продувочного воздуха, btu / lb- ° F

(c p ) d = удельная теплоемкость осушителя, btu / lb- ° F

(c p ) v = удельная теплоемкость емкости, btu / lb- ° F

(c p ) w = удельная теплоемкость воды, btu / lb- ° F

H a = теплота адсорбции, БТЕ / фунт воды

M d = масса осушителя, фунтов на сосуд

M v = масса осушающего резервуара, фунты

M w = масса адсорбированной воды за период сушки, фунты

q ч = общее количество тепла, необходимое для регенерации,

BTU

q л = теплопотери в атмосферу, BTU

Q c = расход охлаждающего воздуха, scfm

Q p = расход продувочного воздуха для нагрева, scfm

t c = время охлаждения регенерации, минут

т ч = время регенерационного нагрева, минут

T 1 = исходная температура слоя адсорбента, ° F

T 2 = температура продувки выхлопных газов, ° F

T 3 = температура воздуха регенерации на входе, ° F

ρ o = стандартная плотность воздуха, фунт / ст.куб. фут.

Цитированная литература

  1. Уайт Д. «Зачем нужен сухой сжатый воздух? Вредное действие влаги », Инженерный сборник, с. 21 января (1985).
  2. Справочник инженеров-химиков, J.H. Перри, редактор, McGraw-Hill Book Co., стр. 877 (1950)
  3. Д. Х. Уайт, младший, «Адсорбционная технология — искусство или наука», Pall Corp., презентация в Badger Engineering, 10 января (1985).
  4. А.Г. Кэрнс-Смит, «Первые организмы», Science Week, стр. 90–100 (1982).
  5. Колесников, А.И., Г.Ф. Рейтер, Н. Чоудхури, Т. Приск, Э. Мамонтов, А. Подлесняк, Г. Элерс, А.Г. Зил, Д.Дж. Весоловски, Л.М. Ановиц, «Квантовое туннелирование воды в берилле: новое состояние молекулы воды», Physical Review Letters 116, 167802 (2016), Pub. 22 апреля (2016).
  6. D.H. White, W.P. Вебер и Б. МакГилл, «Сорбционные системы с встречающимися в природе цеолитами и методы», Патент США № US 7,717985 B2, 18 мая 2010 г.
  7. Д.М. Рутвен, С. Фарук и К.С. Knaebel, Адсорбция при переменном давлении, VCH Pub., п. 213, (1994).
  8. Уайт, Д. Х. и П. Г. Баркли, «Дизайн адсорбционных систем с переменным давлением», «Прогресс химической инженерии», стр. 30, (1989).
  9. R.T. Ян, Разделение газов с помощью процессов адсорбции, Butterworths Pub., Стр. 251 (1987).
  10. P.D. Марш, Б. Макгилл, Д. Уайт, младший, «Адсорбционные осушители сжатого воздуха с реактивацией тепла», Donaldson Co., Inc., стр. 6 и 7, 20 мая (2005).

Адсорбция — ключ к успеху | Ресурсы

20 июня Адсорбция — ключ к удалению загрязняющих веществ из воды

Отправлено в 13:44 в фактах о воде Автор: Робин Хоулингс

При удалении загрязнений из питьевой воды обычно используется механическая фильтрация.Но что произойдет, если в воде есть частицы, которые растворены или слишком малы и не могут быть удалены механической фильтрацией?

К счастью, существует процесс, называемый адсорбцией, который может удалять из воды очень мелкие частицы или растворенные загрязнители, такие как свинец, ПХД, некоторые пестициды, вирусы и волокна асбеста.

Что такое адсорбция?

Адсорбция — это физический процесс, в котором растворенные молекулы или маленькие частицы в воде (адсорбат) притягиваются и прикрепляются к поверхности чего-то большего (адсорбента).

Притяжение похоже на притяжение магнита в холодильнике, но в атомном или молекулярном масштабе. Разница в энергии и электрические силы притяжения, известные как силы Ван-дер-Ваальса, заставляют молекулы адсорбата физически закрепляться и прилипать к адсорбенту.

Обычная в природе, адсорбция часто происходит между твердыми частицами и жидкостями или газами. Он отвечает за перенос питательных веществ в почву, способствует росту растений и животных, химическому разделению белков и ферментов, а также за промышленные процессы, такие как очистка воздуха, рафинирование сахара и опреснение морской воды.

Адсорбцию не следует путать с совершенно другим процессом абсорбции, при котором жидкости и частицы проникают в другое вещество, такое как губка, которая впитывается в жидкости.

На протяжении всей истории люди использовали уголь (древесный уголь) в качестве эффективного адсорбента в таких процессах, как очистка воды, очистка сахара и удаление красителя из жидкостей. В системах очистки воды улучшенная форма угля, называемая «активированным углем», является адсорбентом, наиболее часто используемым для притягивания и удержания растворенных загрязняющих веществ.

Активированный уголь производится из материалов на основе углерода, таких как уголь или древесина, которые сначала нагревают без кислорода для получения древесного угля. Затем обугленный материал нагревается паром или углекислым газом до температуры выше 1000 градусов по Цельсию, что приводит к дальнейшей эрозии и коррозии, чтобы удалить все, кроме углерода.

В результате получилась воздушная, нежная структура, почти полностью состоящая из углерода и полная дырок. Затем его измельчают до порошка и смешивают со связующими с образованием гранул желаемого диапазона размеров для различных фильтрующих материалов.

Во время активации угля иногда добавляют химические вещества для получения поверхностей различной химической природы, которые адсорбируют различные загрязнения. Например, кислоты производят углерод с максимальной способностью адсорбировать тяжелые металлы.

Огромная площадь поверхности активированного угля является критическим фактором его эффективности по адсорбции различных загрязнений. Площадь поверхности обычно составляет около 1000 квадратных метров на грамм. Например, кусок углерода размером с горошину имеет площадь размером с половину футбольного поля.Структура и распределение пор в активированном угле являются ключевыми факторами адсорбции, поскольку они определяют размер молекул, которые могут адсорбироваться.

В зависимости от желаемых результатов активированный уголь можно использовать в порошковой или гранулированной форме. Гранулированный активированный уголь обычно используется на водоочистных сооружениях, где вода проходит через слой гранулированного угля для удаления вкуса, цвета, запаха и растворенных органических веществ.

Порошковый уголь является предпочтительным выбором в системах фильтрации воды в местах использования, поскольку это более быстрый и лучший механический фильтр, чем гранулированный активированный уголь.Кроме того, он занимает минимум места благодаря большому соотношению площади поверхности к объему.

Решения для фильтров

Фильтры с активированным углем доступны в различных типах и размерах, в зависимости от использования в домашних условиях или в коммерческих целях.

Их эффективность при адсорбции в основном зависит от того, как долго вода находится в контакте с активированным углем. Чем дольше вода контактирует с активированным углем, тем больше материалов может адсорбироваться.

Системы для установки в местах использования включают в себя фильтры, устанавливаемые на смеситель, столешницу, проточные фильтры и фильтры под раковиной. Фильтр, устанавливаемый на смеситель, является наиболее распространенным фильтром, который можно легко и быстро установить, прикрепив его непосредственно к выпускному отверстию крана или на стойке с помощью гибкой трубки. Системы с активированным углем под раковиной бывают двух типов: те, которые фильтруют всю холодную воду, проходящую через кран, и другие, которые присоединяются к линии холодной воды и направляются в отдельный кран, чтобы продлить срок службы фильтра.

Установки для всего дома фильтруют всю воду, обслуживающую дом. Эти системы играют ключевую роль в удалении загрязняющих веществ, которые могут проникать через кожу во время купания или душа, а также при вдыхании.

Чтобы фильтры с активированным углем были наиболее эффективными, картриджи необходимо периодически заменять. Срок службы картриджа зависит от количества воды, проходящей через фильтр, и от количества примесей или загрязняющих веществ, присутствующих в воде. Ожидаемая минимальная мощность должна быть указана на этикетках продукта.

Влияние на качество воды

Поскольку активированный уголь адсорбирует растворенные молекулы и субмикронные частицы, в результате уменьшается количество загрязняющих веществ, что делает питьевую воду более эстетичной и полезной для здоровья.

Адсорбция удаляет дезинфицирующий хлор, который часто используется при очистке городской воды. Вкус и запах дезинфицирующего хлора — самая частая жалоба и самая частая причина, по которой люди покупают фильтры.

Адсорбция может удалить многие виды пестицидов и других синтетических органических химикатов, включая хлорированные углеводороды, бензин, промышленные растворители и побочные продукты дезинфекции.Адсорбция также может удалить тяжелые металлы, такие как свинец и кадмий, которые попадают в воду в результате коррозии сантехнических материалов.

Сертификация третьей стороной

Несмотря на то, что на рынке представлено множество марок фильтров, очень немногие из них сертифицированы сторонними организациями. Сертификация гарантирует, что заявления производителя были проверены и подтверждены.

Надежное и всемирно признанное агентство по сертификации называется Национальным фондом санитарии или NSF .NSF — некоммерческая компания. основан в 1944 году с целью обеспечения хорошей санитарии. NSF имеет современные лаборатории, в которых продукты могут быть протестированы в соответствии с установленными стандартами. Производители добровольно представляют продукцию на оценку; если они проходят, то они попадают в «Перечень», а определенные протестированные заявления являются «Сертифицированными», а продукты имеют право демонстрировать печать NSF без этикеток и литературу. Несмотря на то, что NSF является негосударственным, он имеет некоторый официальный статус, в том числе является ведущим агентством по контракту с Агентством по охране окружающей среды США (EPA).

Стандарты

NSF признаны во всем мире, в том числе Международной организацией по стандартизации (ISO) и Канадской ассоциацией стандартов (CSA).

Всегда ищите решения WaterCare, сертифицированные NSF. В случае удаления хлора настаивайте на Стандарте 42 по снижению содержания хлора, класс I. Все, что ниже класса I, не соответствует стандартам и не стоит вложений.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *