CC BY
25
УДК 519.8+544.2
■а о
Наукове дослидження очищен-ня навколишнього середовища вид шкидливих речовин - складна i щкава дiяльнiсть. Математичн методи в нш дозволяють одержа-ти практично важливi результа-ти, уникнути значних труднощiв i витрат при проведент експери-ментiв у реальному життi. У датй роботi проведене експериментальне i математичне дослидження процесу адсорбци/десорбцп оксидiв азоту на цеолтах, побудован i проаналiзова-н характеристичн кривi процесу, визначен оптимальт умови прове-дення процесу
■о о
РОЛЬ
МАТЕМАТИЧНОГО МОДЕЛЮВАННЯ В ПРОЦЕСАХ ЗНЕШКОДЖЕННЯ В1ДКИДНИХ ГАЗ1В
С.О.Примиська
Астрантка* E-mail: primiska@rambler.ru
Ю.О.Безносик
Кандидат технiчних наук, доцент* E-mail: yu_beznosyk@ukr.net *Кафедра кiбеpнетики ХТП НТУУ "КП1" Тел.: (380 44) 241-76-12 Fax : (044) 236-40-52 03056, м.КиТв, Проспект Перемоги, 37
Wladimir Rescheti l o w ski
Technical Dresden University, Institute Technical Chemistry
D-01062 Dresden Tel. +49 (351) 463-33809 Fax: +49 (351) 463-32658 E-mail: Wladimir.Reschetilowski@chemie.tu-dresden.de
Вступ
Моделювання ^зичне i математичне) - ефектив-ний шструмент наукового дослщження, причому най-крашд результати досягаються в тих випадках, коли вдаеться сполучити обидва тдходи. Проектування технологiчних процесiв та обладнання математични-ми засобами дозволяе визначити оптимальш умови та параметри проведення процешв. Тому розробка математичних моделей технолопчних процесiв та експериментальне тдтвердження 1хньо1 ефективностi та адекватноси вiдiграе важливу роль у подальшому розвитку технологiй знешкодження вiдкидних газiв.
Постановка задачi
До складу вщкидних газiв входять такi речовини, як азот, оксиди азоту, оксид вуглецю (I, II), оксид
арки (II), вуглеводш, твердi частки (сажа, з'еднання свинцю) i iншi речовини. Серед них оксиди азоту NOx - одш з найнебезпечнiших забруднювачiв атмосфери, яю призводять до утворення кислотних дошдв, смогу, "парникового ефекту". Емгая оксидiв азоту в атмосферу складае 30 млн тонн на рж, бiльша частина з них мае антропогенне походження. Крiм того N0 ввдноситься до азоноруйнiвних забруднень: N0 + 02 ^ N02 + О О + 03 ^ 2 02
Тому проблема захисту довюлля набула значно! гостроти i потребуе заходiв щодо зменшення викидiв N0x.
Одним з перспективних напрямюв в очишеннi ди-мових газiв е сорбцiйнi методи, засноваш на поглинан-нi оксидiв азоту рiзними сорбентами. Основнi вимоги до адсорбенив: велика адсорбцiйна емнiсть, тобто вони повинш являти собою дисперсш тiла з великою питомою поверхнею чи з великим об'емом тр; хiмiчна
природа поверхш повинна забезпечувати ефективну адсорбщю даних речовин у даних умовах; хiмiчна i термiчна стiйкiсть, регенеруемкть.
З хiмiчноi точки зору цеолии е найбiльш пер-спективним матерiалом для видалення NOx за раху-нок високоi активностi i селективност при достатньо низькiй цiнi.
Адсорбцшний матерiал
Цеолiти, що мiстять значне число катютв, здатнi ефективно i селективно вилучати рiзнi iони з газiв, забезпечувати iхне концентрування. Цеолии адсор-бують лише тi молекули, критичний дiаметр яких вщ-повщають розмiрам каналiв структур каркаса. Дрiбнi розмiри каналiв обумовлюють здатнiсть цеолтв до рiзко вираженоi вибiрковоi адсорбцп. Вибiркова ад-сорбцiя на цеолиах можлива i тодi, коли молекули в«х компонентiв сумiшi досить малi i вiльно проникають в адсорбцшний проспр
За iнших умов обмшш катiони е адсорбцiйними центрами i визначають специфiку взаемодii при адсорбцп на цеолиах молекул рiзноi будови та електрон-ноi структури. Змшюючи природу та розмiр обмш-ного катiона, можна пiдсилити чи послабити енерпю адсорбцii.
Крiм взаемодп з позитивним зарядом катiонiв, молекула адсорбата зазнае сильного дисперсшного впли-ву з боку шших атомiв, що утворюють стiнки каналiв цеолiту.
Для оцiнки можливостi влучення молекули в ад-сорбцiйну порожнину порiвнюють дiаметр вхiдного вiкна ^0) iз критичним дiаметром (dкр) самоi молекули (критичний дiаметр - дiаметр по найменшiй осi молекули).
У таблиц 1 приведенi основнi марки промислових цеолтв.
Таблиця 1
Основы класи промислових цеолтв
Класс ЗА 4А 5А 10Х 13Х
а0, А 3 4 5 8 9
У таблищ 2 показан критичш дiаметри ряду молекул.
Критичш дiаметри деяких молекул
Молекула Н: О: N2 Н20 NHз СН4 С2Н4
^р, А 2,4 3,4 3,7 2,7 3,6 3,8 4,07
дифузж сорбата в макро-, мезо- i мiкропорах сорбенту i необхщшстю врахування специфiчних характеристик як самого сорбенту (наприклад, склад i власти-востi активних центрiв, умови регенерацп), так i осо-бливостей взаемодп в конкретнш системi адсорбент - адсорбат i на стадп адсорбцii, i на стадii регенерацп. У зв'язку з цим становить штерес розробки матема-тичноi моделi динамiчноi адсорбцii/десорбцii оксидiв азоту на цеолиах.
Математична модель побудована на основi рiвнянь матерiального балансу i - го шару по твердш i газовiй фазах (1, 2) [1] з використанням рiвняння для розраху-вання поглинальноi здатностi адсорбенту [2], у припу-щеннi, що процес адсорбцп-десорбцп - iзотермiчний; залежшсть ступеня адсорбцii вiд молярноi долi компонента лiнiйна; дифузiя речовин незначна, газовий по-тiк через уа канали однаковий; вiдсутня дезактиващя адсорбенту пiд час експерименту.
¿Свд 2ЯТ
dt
^ - с
FP
ОД у dt ЯТ
ЯТ^® - ) - к ■ Уi ■ ■ qo ■ wi
0 Чщ
Таблиця 2
Так для видалення оксидiв азоту дощльно вико-ристовувати синтетичш цеолiти Х типу (виробництва Sйd-Chemie Zeolites GmbH).
Моделюванння
Адсорбцiйнi процеси тддаються найбiльш складному математичному опису внаслщок великого рiз-номашття кiнетичних факторiв, що супроводжують
де F - об'емна витрата газу, л/год; Я - газова стала, (Па*-м3)/(кмоль*кг); MNO - молярна маса N0 (кг/моль); Т - температура, К; у = (с . _ ^ . )/2 - середня молярна частка
газу на i - ом 'шарг, =8Р:2е/Р1, С?8Е- РМе/Р - вхiдна i вихiдна молярна частка адсорбата; Р2Е, Р28Е - парщальний тиск адсорбата на входi i виходi, Па; Р|; - загальний тиск, Па; к - константа адсорбцп, с-1; -(q0 _ q) /q0 - адсорб-цшна здатнiсть; q - кiлькiсть адсорбуемого N0 на одини-цю маси адсорбенту, кмоль/кг; q0 - поглинена кшьюсть адсорбуемого N0 на одиницю маси адсорбенту, кмоль/кг; ^ - час насичення адсорбенту, год; V - об'ем насадки, м3;
- маса насадки, кг; N - кшьюсть шарiв; V = V/N - об'ем шару, м3; wi = w / N - маса шару, кг.
Експериментальне дослщження
Широке застосування математичного моделюван-ня не зшмае необхiдностi одержання практичних даних про роботу адсорберiв i проведення спецiальних експериментiв, тому що будь-яка математична модель обов'язково мае потребу в адаптацп до реального об'ек-та моделювання. аналiз вiрогiдностi результатiв, одер-жуваних при використанш розробленоi математичноi моделi адсорбцii, проводиться шляхом ствставлення з експериментальними даними.
Гази N0, N в процессах адсорбцii/десорбцii подавали на вхщ адсорбера (скляний реактор довжиною 360 мм та внутршшм дiаметром 12 мм), завантажено-го цеолиом масою 35 г.Протягом одного експерименту температуру в адсорберi тдтримували постiйною. Поворотом крана Н1 здiйснювали перехiд мiж адсорбщ-ею/десорбщею.
Значення витрати газу (5 л/год, 10 л/год, 15 л/год) встановлювали на D1, D2 вiдповiдно для процесу ад-сорбцii/десорбцii, за допомогою S1, S2 здiйснювали ii калiбрування.
Визначення концентрацii оксидiв азоту на виходi визначалась за допомогою мас-спектрометра, шдклю-ченого до установки.
Рис. 1. Схематичне зображення експериментального устаткування
D1, D2, D3 - витратомiри; S1, S2 - вимiрювачi витрати потоку мильних пузирiв; Н1, Н2 - крани; Т1 - термопара; М1, М2 - манометри; N - голчастий вентиль.
Результати експериментального дослщження
На рисунках 2, 3 наведено залежшсть концентра-цii N0 на виходi з адсорберу з часом, де зб^ьшення температури та витрата газу призводить до зменшен-ня часу насичення адсорбенту та зменшення кута нахилу характеристичних. Тобто процес адсорбцп-десорбцп прискорюеться при збiльшенi температури та витраи газу.
При зб^ьшеш температури бiльше нiж 35 ОС про-цес прискорюеться незначимо, тому оптимальною температурою проведення даного процесу можна ва-жати 35 0С.
Кут нахилу адсорбцiйноi та десрбцiйнноi гiлки майже однаковий, що пiдтверджуе зворотнiсть про-цесу адсорбцп-десорбцп на цеолiтах.
6,0 5,0 4,0 ^.3,0 2,0 1,0 0,0
Ц "Г..... чк«! 1
1 1
1 1
1 1
т 1 V, ^ хв
° , 3,0
2,0
1,0
0,0
1 1
1 1 1 1 1 1
1 ■ [ 1 ■ 1
1 1 I
II 1 Ь хв
0 2 4 6 8 10 12 14
Рис. 3. Залежшсть концентраци N0 на виходi з адсорберу
з часом при змш1 витрати газу:--5л/год,— - —
- 10 л/год,,-*-- 15 л/год
Порiвняння експериментальних даних з даними отриманими за моделлю
4,0 - 3,0
0,0
#Г 111
1 я 1 л || и
|| [ 1 I : п 1
1 1 й^к ', хв
0 2 4 6 8 10 12 14 -25 0С експ--35 0С експ - - - 45 0С експ —25 0С мод —»— 35 0С мод —в— 45 0С мод
Рис. 4. Порiвняння концентрацш N0 на виходi з адсорберу з часом при змЫ температури 250С, 350С, 450С.
5,0
0,0
2 4 6 8
10 12
-5 л/год експ--10 л/год експ — - 15 л/год експ
-5 л/год мод —«—10 л/год мод —*—15 л/год мод
6,0
5,0
4,0
6,0
5,0
2,0
1,0
6,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0
Рис. 2. Залежшсть концентраци N0 на виходi з адсорберу з часом на при змш1 температури: -- 250С,---- 350С,-*— - 450С
Рис. 5. Порiвняння концентрацш N0 на виходi з адсорберу з часом при змЫ витрати газового потоку 5 л/год, 10 л/ год, 15 л/год.
Адекватшсть моделi даним отриманим у результат проведення експериментiв здшснюва-ли по Критер^ Кохрена, розраховане значення якого виявилося значно менше теоретичного ^р = 0.07616<GT(0.05,1,60) = 0.1737 ). Таким чином запропонована модель адекватно описуе динамiку процесу адсорбцii/десорбцii монооксиду азоту на цеолт i ii можна використовувати при удоскона-леннi та розробщ нового обладнання очищення газiв вiд шкiдливих речовин.
Висновки
Провiвши експериментальне дослiдження було доведено дощльшсть використання математичного моделювання при проектуванш технологiй та при-ладiв очистки газiв вiд шкiдливих речовин. В подаль-шому можна отримати економiчний та технологiчний ефект, за рахунок проведення процесу при оптималь-
■Q Q
Представлен! основш нау-ков1 погляди використання транспортних резерв1в в лог1стичних системах, про-анал1зоваш способи використання резерв1в на р1зних р1в-нях в лог1стичних системах. Розглянут1 тдходи до вивчен-ня вид1в резервування у робо-т1 транспорту й зв 'язок м1ж окремими його параметрами. Виявлено позитивш й нега-тивш сторонирезервування в лог1стичних системах I сфор-мульованг передумови для подальшого вивчення використання резерв1в в лог1стич-них системах
■о о
них умовах з досягненням майже 100 % видалення оксидiв азоту та при мжмальних енергетичних та експлуатацшних витратах.
Лиература
1. Решетиловский В.П.*, Статюха Г.А., Безносик Ю.А., При-
миская С.А. Моделирование процессов очистки газов на цеолитах // Всероссийская конференция с международным участием «Каталитические технологии защиты окружающей среды для промышленности и транспорта», Санкт-Петербург, 11-14 Декабря 2007
2. S. Prymyska, Yu. Beznosyk, W. Reschetilowski, K. Räuchle
and H. Toufar Adsorption/desorption of NOx over zeolites: modeling and experimental studies // "20 Deutsche Zeolith-Tagung", 5 - 7 März 2008 an der Martin-LutherUniversität Halle-Wittenberg, Frankfurt am Main, 5 - 7 März 2008.
УДК 656.13:658
О.М.ГоряТнов
Кандидат техычних наук, доцент* Контактний тел.: т.м.8-067-257-92-16, (057) 707-32-61.
e-mail:goryainov@ukr.net
Л.А.Ком^рна
Мапстр*
Контактний тел.: 80638206800. e-mail:Lusik sheva@mail.ru *Кафедра транспортних систем i лопстики Факультет
менеджменту
Хармвська нацюнальна академiя мюького господарства вул. Революци, 12, м. Хармв, УкраТна, 61002
ВИКОРИСТАННЯ РЕЗЕРВ1В ТРАНСПОРТУ НА Р1ЗНИХ Р1ВНЯХ В ЛОГ1СТИЧН1Й СИСТЕМ1
1. Вступ
Лопстичний пiдхiд до керування економжою за останне десятилiття докоршно змiнився. Завдяки роз-витку нових господарських вщносин, якi виникли мiж виробниками, постачальниками й споживачами по стльному керуванню матерiальними потоками на базi застосування новiтнiх iнформацiйних технологш,
логiстика стала однiею з високорозвинених сфер еко-номiки й бiзнесу.
Теперiшне й майбутне свiтовоi економжи розвива-еться в напрямку принципово новоi економiки й нових взаемин традицшних суб'ектiв ринку. Час, яюсть i гнучкiсть стають самими критичними факторами в системах лопстики [1]. Тому дедалi актуальшшим е вивчення й аналiз роботи логiстичноi системи та ii учасникiв.
