Предупреждение самовозгорания активных углей в адсорберах
Самовозгорание угля в адсорберах является специфической причиной пожаров и взрывов в рекуперационных установках. В связи с тем, что энергия активации Е и предэкспонент С, характеризующие процесс самовозгорания углей, не являются постоянными, для прогноза условий самовозгорания необходимо знать контролирующие кинетические параметры: энергию активацию Е и предэкспонент С. Контролирующую энергию активации Е можно вычислить по уравнению дифференциальных энергий активации , (2) где Е – контролирующая энергия активации процесса самовозгорания; R =8,314 Дж/(моль К) – универсальная константа; Тх – характеристическая температура распределения; - контролирующая доля поверхности; -минимальная доля поверхности, равная ; - минимальная энергия активации. Достаточной степенью приближения характеристическую температуру распределения Тх можно принимать равной стандартной температуре самовозгорания (тления). Критические температуры самовозгорания стандартных навесок (К=30) углей. активированных перегретым паром при различных температурах, приведены в табл.1. Таблица 1 - Критические температуры самовозгорания
Предэкспонент С можно вычислить через долю поверхности q по уравнению С = , К/с . (3) Допустим, что методом дифференцированного окисления дезактивированы активные центры, составляющие 1% от общей сорбционной поверхности. Контролирующие энергии активации реакции окисления углей дезактивированных паром при различных температурах а затем дезактивированных методом дифференцированного окисления до q = 0,01.. Таблица 2
Адиабатические скорости самонагревания углей Р+,i и производные dP+/dT при различных режимах работы адсорбера: сорбция при 250С, отдув (десорбция при t=900C) – приведены в таблице 3. Для сравнения в последней колонке той же таблицы приведены значения P+,i и dP+/dT для активного исходного угля, не подвергнутого окислению. Согласно тепловой теории самовозгорания [1] критическим условиям соответствует предельное равенство темпов самонагревания ( ) и охлаждения mох. Контролирующую долю поверхности можно изменять методом дифференцированного окисления в пределах от 5×10-11 до 1 . При этом необходимо учитывать, что окисленные активные центры поверхности будут сорбировать влагу, поэтому в адсорберах по улавливанию углеводородов из воздуха эти активные центры можно считать «отравленными». Поэтому. по мере окисления наиболее активных центров и возрастания контролирующей доли поверхности q качество сорбента будет ухудшаться. Необходимо достичь разумного компромисса: уменьшить пирофорность угля, но сохранить его сорбционные свойства. Таблица 3
Темпы охлаждения угля в адсорбере при нормальной режиме сорбции, при отдуве сорбента (десорбции), а также после отдува, когда сорбент не охлажден и через него не продувается воздух (нарушение технологического режима). При продувании газа через слой сорбента темп охлаждения вычисляется по известной [1] формуле , ( 4 ) где Сг и rг - теплоемкость и плотность газа; См и rм - теплоемкость и плотность материала (угля); Нм - высота слоя угля в адсорбере. Vг – скорость фильтрации газа через сорбент (уголь). Для непродуваемого (неподвижного) слоя угля темп охлаждения mох вычисляется по формуле (5) , где y - критерий неравномерности самонагрева; a - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2×К); F - внешняя поверхность, м2; V - объем угля в адсорбере, м3; Критерий неравномерности нагрева y вычисляется по известному соотношению , (6) где Rх – определяющий размер (в нашем случае Rх=0,5 Н); n – относительный градиент (n@2); l - Коэффициент теплопроводности угля. При расчете принимаем: Св = 1005 Дж/(кг×К); СУ = 1390 Дж/(кг×К); a = 10 Вт/(м2К); rв=1,3 кг/м3; rу=500 кг/м3; l=0,1 Вт/(мК); H=1,5 м; Vг=0,3 м/с, n=2 Подставляя эти значения в расчетные формулы (4) и (5), получим: mф = 5,76×10-4, 1/с и mох = ×10-6, 1/с Сравнивая темпы охлаждения с темпами самонагревания, занесенными в таблицу 15.3, можно сделать следующие выводы: 1. Темпы самонагревания исходного угля, характеризующегося кинетическими параметрами реакция окисления: Еmin = 22 кДж/моль и С=10К/с, больше темпов охлаждения (mф и mох), как при 90, так и 25 0С. Следовательно, применение такого угля в качестве сорбента неизбежно приведет к самовозгоранию. 2. Активированный перегретым паром уголь при температуре, равной 450 0С, и затем дезактивированный окислением (Е=92200 Дж/моль, q=0,01) менее опасен по сравнению с исходным. При фильтрации газа через слой угля со скоростью 0,1…0,3 м/с опасности самовозгорания нет. Однако, если после отдува уголь не охладить, то при 900С, по прекращении продува слоя сорбента воздухом, уголь может самовозгореться, так как в этих условиях темп охлаждения mох меньше темпа самонагревания dP+/dT (9,24×10-6>10-6). 3. Уголь, активированный паром при 6000С и затем частично дезактивированный (дезактивирована активная доля составляющая 0,01 от общей поверхности) при тех же режимах сорбции и десорбции опасности самовозгорания не представляет. Из сравнения темпов самонагревания и охлаждения видно, что у этого угля после дезактивации высокоактивных центров, составляющих 0,01 долю поверхности, темп самонагревания при t=900С на несколько порядков меньше темпов охлаждения mф и mох (1,3×10-9 <10-6<< 5,76×10-4) . 4. Угли, активированные паром при еще более высоких температурах, а затем частично дезактивированные окислением, становятся практически не склонными к самовозгоранию. Таким образом, зная закономерность распределения активных центров по уровням энергии, методом дифференцированного окисления, можно оптимизировать, свойства активных углей: понизить их пирофорность до безопасного предела, но сохранить сорбционные свойства.
Популярное: Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (306)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |