СОРБИРУЮЩАЯ СИСТЕМА, ВКЛЮЧАЮЩАЯ ТЕПЛОПРОВОДЯЩИЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 2009 года по МПК B01D53/04 B01J20/34 

Предлагаемая сорбирующая система предназначена для проведения управляемых процессов сорбции-десорбции при сорбционной осушке воздуха, сорбционном концентрировании компонентов из газовой фазы, регенерации, а также для применения в адсорбционных насосах.

Использование тепловой энергии можно считать традиционным методом управления процессами сорбции-десорбции. Например, термическая десорбция осуществляется путем нагревания слоя адсорбента при пропускании через него десорбирующего теплового агента (насыщенный или перегретый водяной пар, горячий воздух, инертный в данных условиях газ). Возможен также контактный нагрев слоя адсорбента (через стенку аппарата) с отдувкой небольшим количеством инертного газа (например, азота), в результате чего происходит выделение поглощенного компонента из адсорбента. Однако при этом затруднен прогрев большого объема сорбента, в связи с затрудненной теплопередачей через слой сорбента по точечным контактам. Наряду с этим, возможен также конвективный нагрев материалов путем подвода энергии через жидкие теплоносители, характеризующиеся гораздо более высокой теплоемкостью и высоким коэффициентом теплопроводности, обеспечивает протекание процессов с меньшими энергетическими затратами. Использование приема воздействия тепловой энергии применяется также при интенсификации процессов десорбции, когда излишняя тепловая энергия отводится из слоя сорбента. Например, этот прием используется в системах глубокой откачки воздуха из гермообъемов, когда в качестве сорбционного насоса работает шихта цеолита, охлаждение которой осуществляют жидким азотом через стенку адсорбера. При этом также затруднен процесс теплопередачи через слой сорбента, который в данном случае осложняется наличием вакуума между зернами цеолита.

В патентной литературе в основном приводятся сведения о процессах регенерации сорбентов, осуществляемых с применением тепловой энергии, создаваемой и доставляемой к сорбенту различными способами с преобразованием из других видов энергии. В качестве аналогов можно привести следующие разработки.

Например, в заявке RU 2000110793 описан способ и устройство для регенерации активированного угля, используемые преимущественно в устройствах для обработки воздуха в транспортных средствах, в частности в их салонах, и для обработки воздуха в других помещениях. В известном решении регенерацию производят посредством водяного пара, в качестве источника которого используют конденсат атмосферной влаги, предварительно адсорбированной на силикагеле при очистке воздуха. Регенерацию производят при атмосферном давлении и при нагреве до температуры 160°С с последующим охлаждением посредством вентилятора с расходом воздуха не менее 25 мин^-1. Устройство для реализации способа регенерации активированного угля водяным паром содержит сорбционный патрон, в котором размещены силикагель и активированный уголь, нагревательный элемент для подогрева сорбционного патрона в процессе регенерации и вентилятор, соединенный с сорбционным патроном для его охлаждения и выброса в атмосферу продуктов регенерации. Известное решение обеспечивает возможность многократного использования активированного угля при малых временных промежутках процессов сорбция-десорбция.

В SU 4855913 описана установка для регенерации поглотителя, содержащая смонтированные на общем основании электровентилятор с электронагревателем, подключенным входным патрубком к нагнетающей линии электровентилятора, а выходным патрубком - к входу адсорбера, подключенного на выходе к трубопроводу отработанного регенерирующего воздуха, отличающаяся тем, что, с целью снижения энергопотребления и уровня шумов, электронагреватель снабжен кожухом, имеющим по периферии нижней части отверстия с сетками для всасывания воздуха из окружающей среды, а в верхней части - отверстие для соединения со всасывающей линией электровентилятора, снабженного демпфирующим элементом, причем выходной патрубок электронагревателя снабжен камерой с оребренной теплообменной поверхностью, подключенной к выходу адсорбера и трубопроводу отработанного регенерирующего воздуха. Для упрощения конструкции сорбирующей системы, увеличения степени регенерации, уменьшения ее длительности в известном решении указано, что нагревательный элемент желательно встраивать непосредственно в сорбирующий элемент.

В заявке RU 2004122710 описан способ получения пресной воды из атмосферного воздуха в удаленных, засушливых или безводных районах, с повышенным качеством получаемой пресной воды и уменьшением энергозатрат на ее производство. Способ заключается в том, что воздуходувным устройством создают поток воздуха и подают через воздуховоды, клапаны и теплообменные устройства, на стадии адсорбции сорбент в адсорбере поглощает водяной пар из проходящего через него указанного потока воздуха, на стадии десорбции нагревают слой сорбента с помощью расположенных непосредственно в слое сорбента источников тепла, в качестве которых используют либо теплообменные элементы с развитой поверхностью, распределенные в слое сорбента и нагреваемые путем конденсации водяного пара на этой поверхности теплообменных элементов, либо электронагревательные элементы, распределенные в слое сорбента и нагреваемые посредством пропускания постоянного либо переменного тока, либо слой токопроводящего сорбента, через который пропускают электрический ток, либо размещенный в слое сорбента катализатор, на котором протекает реакция окисления углеводородов. После этого десорбированный водяной пар удаляют из слоя сорбента, конденсируют в конденсаторе и собирают в емкости для хранения. Известное решение, однако, предусматривает способы подачи к сорбенту тепловой энергии, преобразуемой из других видов энергии, что снижает эффективность данного решения.

В заявке RU 95108233 предложено изделие из активированного угля, которое состоит из неметаллической монолитной структуры, содержащей активированный уголь и средства обеспечения прохождения в нем потока рабочей среды, а также находящихся на структуре проводящих средств для пропускания через нее электрического тока. Изделие используют для адсорбции и десорбции, при этом электрический ток пропускают через изделие, содержащее адсорбированные частицы, для повышения его температуры выше температуры десорбции адсорбированных частиц для осуществления десорбции адсорбированных частиц и их удаления из структуры. Предпочтительно изделие представляет собой покрытую активированным углем сотовую структуру, на которой помещен токопроводящий металл. Известное решение требует подведения электричества для нагревания структуры, а преобразование электрической энергии в тепловую не обеспечивает высокую энергоэффективность.

Наиболее близким к предлагаемой сорбционной системе, содержащей теплопроводящий элемент, является система, описанная в заявке RU 97109839 и представляющая собой нагревательный элемент, встроенный в сорбирующий элемент. Система (геттеронасос) содержит множество сплошных геттерных элементов из пористого спеченного геттерного материала, причем в каждом из вышеупомянутых геттерных элементов выполнено сквозное отверстие, и опорного элемента, который пропускается через указанные отверстия, служит опорой для упомянутых геттерных элементов и находится в термоконтакте с упомянутыми геттерными элементами. Опорный элемент может служить нагревательным элементом, способным обеспечить нагрев вышеупомянутых геттерных элементов до температуры регенерации. В качестве устройства для нагрева геттерных элементов используется резистивный нагревательный элемент или нагреватель радиационного типа.

Недостатками данного решения является дополнительное подведение электричества для нагревания встроенного нетеплоизолирующего опорного элемента, что влечет за собой лишние затраты при конструировании и эксплуатации.

Целью настоящего изобретения является снижение стоимости осуществляемых процессов за счет использования бросового тепла, а также возможность активизировать процесс сорбции за счет отвода тепла или охлаждения зоны реакции.

Поставленная цель достигается путем внедрения в состав сорбирующей системы теплопроводящего элемента, часть которого вынесена за пределы сорбирующей системы и подвергается нагреванию или охлаждению, тем самым, изменяя направление тепловых потоков в сорбенте.

Таким образом, в настоящем изобретении предложена сорбирующая система, имеющая в своем составе сорбент и внедренный в объем сорбента теплопроводящий элемент, предназначенный для управления процессами сорбции-десорбции на сорбенте, характеризующаяся тем, что часть теплопроводящего элемента выходит за пределы сорбирующей системы и подвергается нагреванию или охлаждению, так чтобы обеспечить подвод к сорбенту или отвод от него непосредственно тепловой энергии.

Для подвода или отвода тепловой энергии может быть использовано, например, нагревание и охлаждение газовым потоком, нагревание и охлаждение с помощью жидкого теплоносителя, осуществление контакта теплопроводящего элемента с твердым теплоносителем, непосредственное тепловое излучение.

Теплопроводящий элемент может представлять собой круглый стержень или металлическую пластину, изготовленные из теплопроводящего материала с высокими теплопроводящими свойствами, например металла. В частности, металл, из которого изготовлен теплопроводящий элемент, может представлять собой медь или алюминий. Сорбент может представлять собой насыпную шихту или быть сформованным в виде сорбирующего блока. Сорбент может иметь клиновидную конфигурацию, что обеспечивает повышение коэффициента использования тепловой энергии.

На фиг.1 показана общая схема использования предлагаемого теплопроводящего элемента. Сорбирующая система содержит сорбент 3 (в виде насыпной шихты или сорбирующего блока), частично встроенный в него теплопроводящий элемент 1, другая часть теплопроводящего элемента находится в тепловой камере 2, где осуществляется его нагрев или охлаждение.

Для практической реализации данной идеи может быть использовано, например, два варианта конструкций - нагревание и охлаждение газовым потоком (фиг.2) и нагревание и охлаждение, осуществляемое жидким теплоносителем (фиг.7). Кроме этого, для подвода или отведения тепла могут быть использованы также и другие приемы, например, при осуществлении контакта теплопроводящего элемента с твердым телом (теплоносителем) и др.

Использование того или иного вида теплоносителя (топочный газ, вода, масла, расплавы металла) определяет и длину той части теплопроводящего элемента, которая находится в теплоносителе, т.е. выходит за пределы сорбента. Коэффициент теплопередачи газ-металл или жидкость-металл определяют скорость нагрева, поглощения, аккумулирования тепловой энергии теплопроводящим элементом. Таким образом, чем меньше этот коэффициент, тем больше должна быть площадь теплообмена, т.е. часть теплопроводящего элемента вне сорбента была длиннее. Данную величину можно определить и эмпирическим путем, и расчетным, но она зависит от многих факторов и в каждом конкретном случае должна рассчитываться индивидуально.

Например, осуществлялся процесс регенерации тепловым потоком, передаваемым по теплопроводящему элементу в виде медной пластины к сорбирующему блоку, изготовленному из композиционного сорбирующего материала (наполнитель - силика-гель марки КСМГ, связующее - золь кремневой кислоты). При одинаковой длине (8 см) теплопроводящей пластины, находящейся в теплоносителе, для достижения одинаковой степени регенерации (88%) необходимо поддерживать температуру газового теплоносителя, равной 400°С, а жидкого - 130°С. Такую разницу температур определяют коэффициенты теплопередачи. Для системы «Воздух - медь» коэффициент теплопередачи составляет 340 Вт/м²·К, для системы «Раствор диэтиленгликоля - медь» - 990 Вт/м²·К. Расчеты показывают, что при температурах жидкого и газообразного теплоносителя - 150°С, для поддержания баланса тепловой энергии, поглощаемой теплопроводящим элементом и отводимой к сорбенту для его разогрева и регенерации, необходимая длина медной пластины, находящаяся в теплоносителе, должна составлять 7,0 см при использовании жидкого теплоносителя, и 20,4 см при использовании газообразного теплоносителя. При этом длина медной пластины, находящейся в сорбирующем материале составляет для обоих случаев 7 см.

На фиг.2. представлена установка для управления сорбционно-десорбционными процессами с использованием теплопередающего элемента и применением газового теплоносителя. На схеме обозначены: 4 - теплоизолирующая рубашка теплопередающего элемента (каркасный кожух); 5 - теплоизолирующее покрытие адсорбера; 1 - теплопроводящий элемент; 6 - термопары; 7 - потенциометр; 8 - обечайка сорбирующего изделия; 3 - сорбент (насыпная шихта или сорбирующий блок); 9 - разделительная пластина; 10 - металлический каркас адсорбера; 11 - побудитель газового потока-теплоносителя для охлаждения или нагрева сорбента.

При проведении процесса сорбирующая система, состоящая из сорбента 3 с вмонтированным теплопроводящим элементом 1 и подключенными термопарами 6, помещался сорбирующей частью в адсорбер, а свободный конец стержня помещался в кожух 4, через который производилась циркуляция теплоносителя (воздуха) заданной температуры, обеспечивающаяся вентилятором 11. Сорбент устанавливался с максимальной теплоизоляцией от теплового воздействия. Это достигалось с помощью двух теплоизолирующих пластин 9, через которые проходит теплопередающий элемент 1, закрепленный таким образом, чтобы между сорбентом 3 и пластинами 9 не оставалось пустого пространства, для исключения дополнительных теплопотерь. Термопары 6 фиксировались в верхней и нижней частях теплопередающего стержня 1, а также в слое сорбента 3.

В данных примерах использовались два медных теплопроводящих элемента: стержень круглого сечения и прямоугольная, плоская пластина, что позволило определить лимитирующую стадию передачи тепла от теплоносителя сорбенту. В таблице приведены массогабаритные характеристики элементов и шихты сорбента, регенерируемой с их использованием.

Величина S_э/П_э показывает соотношение площади сечения нагревательного элемента (S_э), через которую передается необходимая для регенерации адсорбента тепловая энергия, и площади, через которую эта энергия передается к регенерируемой шихте (П_э).

Величина S_ш/S_э показывает соотношение объема нагреваемой шихты адсорбента и объема используемого для этой цели нагревательного элемента (посредством сравнения соответствующих площадей сечения, так как длина теплопроводящего элемента и слоя адсорбента в данном случае одинакова и равна 7 см).

Величина П_э/S_ш показывает соотношение площади теплопроводящего элемента, через которую передается энергия к регенерируемой шихте и площади сечения сорбента, которая характеризует объем регенерируемой шихты (длина теплопроводящего элемента и слоя адсорбента также одинакова и равна 7 см).

Таблица
Массогабаритные характеристики шихты адсорбента и тепло проводящих элементов Конфигурация теплопроводящего элемента Теплопроводящий элемент Шихта S_э/П_э S_ш/S_э П_э/S_ш П_э, см² S_э, см² Геометрические характеристики Sш, см² см²/см² Стержень (круглое сечение) 26,38 1,12 D=1,2 см 11,4 0,042 10,2 2,31 Пластина (прямоугольное сечение) 9,8 0,035 h₁=0,5 мм 2,22 0,0036 63,3 4,41     h₂=7 мм        

Таким образом, таблица иллюстрирует геометрическую разницу между элементами, так элемент в виде круглого стержня характеризуется относительно высоким значением S_э/П_э (0,042), что предполагает возможность передачи большого количества тепла по элементу при недостаточно неразвитой поверхности контакта с сорбентом (П_э/S_ш=2,31). Соответственно удельное количество регенерируемого сорбента на единицу поверхности сечения невелико (S_ш/S_э=10,2). Элемент в виде плоской пластины не способен перекачивать такое же большое количество тепла (S_э=0,035 см²), однако, благодаря развернутой поверхности теплопередачи сорбенту

(П_э/S_ш=4,41) способен прогреть больший удельный объем материала (S_ш/S_э=63,3). Сравнение элементов производилось в условиях применения газообразного теплоносителя (воздух) с температурой 400°С.

Произведенные расчеты показывают, что коэффициент использования подводимого тепла для конструкции, в состав которой входит теплопередающий элемент в виде плоской пластины прямоугольного сечения характеризуется более высоким значением (78%) по сравнению с аналогичным значением (59%) для системы, в которой использован элемент круглого сечения. Это объясняется более значительными затратами энергии непосредственно на нагрев самого элемента, по сравнению с элементом в виде пластины. Показано, что значения полезного тепла отличаются менее чем в три раза, а общее количество затраченной энергии - практически в 4 раза, при этом нагрев стержня круглого сечения потребовал в 42,5 раза больше энергии. Данные расчеты подтверждают необходимость использования тонких плоских пластин, что существенно снизит тепловые потери и позволит интенсифицировать процесс регенерации. При использовании же более дешевых теплопередающих элементов со сравнительно низкой теплопроводностью (различные стали) более предпочтительно применять теплопередающие элементы круглого сечения.

На фиг.3 показано влияние длительности нагрева на температуру сорбента. Цифрами обозначены: I - насыпная шихта; II - сорбирующий блок.

На фиг.4 представлена зависимость степени регенерации от времени экспозиции. Цифрами обозначены: I - насыпная шихта; II - сорбирующий блок.

Сравнение экспериментальных данных, полученных на насыпной шихте, с результатами для блочного сорбента, показало, что температура регенерируемого сорбента заметно возрастает для изделия (фиг.3), за счет чего увеличивается и степень десорбции (фиг.4).

Увеличение температуры разогрева блочного материала по сравнению с насыпной шихтой (фиг.3) объясняется повышением коэффициента теплопроводности, что является следствием меньшей порозности слоя сорбента и большей поверхностью теплообмена между гранулами в изделии. Воздух, распределенный между частицами насыпной шихты, имеет низкий коэффициент теплопередачи, тогда как в блочном материале это пространство сведено к минимуму. За счет этого температура в слое сорбента сорбирующего блока (СБ) выросла на 16%, по сравнению с насыпной шихтой. Необходимо отметить также и более высокую скорость нагрева материала в опыте с блочным сорбентом (через 10 минут сорбент разогрелся на 75% от равновесного значения, в то время как для насыпной шихты данный показатель составляет 17,5 минут).

Как видно из фиг.4, применение конструкции с нанесенным на теплопроводящий элемент блочным сорбентом положительно влияет на процесс десорбции, ускоряя его, по сравнению с конструкцией, использующей насыпную шихту. Полнота регенерации СБ больше, чем насыпной шихты в среднем на 10-15%. Таким образом, использование СБ в комплексе с теплопроводящим элементом ускоряет разогрев материала за счет улучшения теплопередачи и уменьшения теплопотерь, что позволяет в равновесных условиях повысить степень десорбции. К положительным факторам можно отнести также максимальную развертку поверхности сорбента, обеспечиваемую применением данной конструкции.

На фиг.5 представлен график изменения температур цеолита (верхняя кривая) и хладагента (нижняя кривая) в испарительном сорбционном холодильнике с охлаждением сорбента.

Наряду с процессами тепловой регенерации сорбентов, предлагаемая конструкция позволяет осуществлять охлаждение сорбирующих материалов с целью интенсификации сорбционных процессов. На фиг.5 приведены температурные кривые, характеризующие работу сорбционного насоса в составе сорбционного испарительного холодильника, где в качестве сорбирующего изделия используется блочное цеолитовое изделие, а в качестве хладагента - водные растворы. Как видно из фиг.5, температура разогрева сорбирующего изделия составляет в данном случае 64°С. При этом сорбционная возможность цеолита позволяет охладить хладагент, за счет его принудительного испарения до температуры - 7°С.

На фиг.6 представлен график изменения температур цеолита (верхняя кривая) и хладагента (нижняя кривая) в испарительном сорбционном холодильнике с охлаждением сорбента. Охлаждение сорбирующего изделия с использованием встроенного теплопроводящего элемента до температуры 42°С (фиг.6) повышает сорбционную возможность цеолита, вследствие чего, температура охлаждаемого водного раствора за счет его испарения снижается до - 29°С.

Данный пример показывает, что использование приведенного конструкционного решения позволяет осуществлять не только регенерацию сорбирующего материала, как в случае применения теплонагревательных элементов (например, тепловых электрических спиралей). Неожиданно оказалось, что предлагаемая конструкция дает возможность также проводить интенсификацию сорбционных процессов, направленно изменяя температуру сорбента, путем перекачки тепловой энергии по теплопередающему элементу, путем охлаждения или нагрева его части, выходящей за пределы объема сорбирующего изделия.

На фиг.7 представлена сорбционная лабораторная установка с измерением распределения температур по длине пластины и в слое сорбента с использованием жидкого теплоносителя. Цифрами обозначены: 12 - теплоизолирующий адсорбер (сосуд Дьюара); 13 - крышка адсорбера - сосуд с жидким теплоносителем; 6 - термопары; 14 - патрубок для подвода воздуха в адсорбер; 15 - патрубок для отвода воздуха из адсорбера; 16 - колба с воздухоотводами; 17 - система подвода тепла (электрический нагреватель); 18 - система подвода холода (водяной теплообменник - змеевик); 1 - теплопередающий элемент (пластина); 3 - сорбент (сорбирующий блок).

С использованием конструкции, позволяющей осуществлять нагрев и охлаждение теплопроводящего элемента жидким теплоносителем (фиг.7), было изучено распределение температур в слое блочного сорбента. Данная установка является прототипом сорбционного насоса в системе сорбционного кондиционера, работоспособность которого обеспечивается воздействием на сорбент горячего (регенерация) или холодного (сорбция) теплоносителя (тосола). В настоящей установке - прототипе нагрев жидкого теплоносителя осуществляется использованием электрического нагревателя, а охлаждение - водяным теплообменником - змеевиком.

Данная установка предназначена для многократного проведения опытов по исследованию распределения температур по длине пластины, а также в слое сорбента. Обечайка адсорбера (сосуд Дьюара) 12 представляет собой металлический сосуд с двойными стенками, между которыми создан вакуум, что необходимо для предотвращения потерь тепла в окружающую среду. Крышка с жидким теплоносителем 13 выполнена из фторопласта, и имеет отверстия для закрепления пластины, а также в нижней части крышки имеются десять отверстий для крепления термопар 6, распределенных по всей поверхности дна. В конструкции установки имеется стеклянная емкость с воздуховодами 16, предназначенная для подачи воздуха для осуществления работы в проточном режиме. В качестве нагревательного элемента 17 используется стеклянная трубка с закрепленной в ней нитью накаливания. В конструкции установки также предусмотрен охлаждающий элемент 18, который представляет собой медный змеевик, в который может подаваться охлаждающая жидкость.

На фиг.8 показана схема адсорбционного узла.

Наклон изотермических линий определяет и конфигурация теплопроводящего элемента, и также характеристики сорбента. Т.к. изотерма сорбции обычно нелинейная, то наклон изотермических линий различен в процессе сорбции-десорбции. Оптимальный угол наклона треугольного сечения сорбирующего блока необходимо определять эмпирически для каждой конкретной пары «сорбат-сорбент». Практическое подтверждение наличия наклонных изотермических линий в слое сорбента при осуществлении процесса регенерации в описываемой системе можно найти на фиг.10.

Исследован процесс сорбции-десорбции воды на композиционном сорбирующем материале (наполнитель - силикагель марки КСМГ, фракция - 0,2-0,5 мм, связующее - ПАА). Геометрические параметры (высота × ширина × толщина, мм) изделия: алюминиевая пластина -140×40×2, сорбирующий блок - 70×40×50 (фиг.9). Жидкий теплоноситель - трансформаторное масло.

На фиг.9 показаны сорбирующие изделия с прямоугольным сечением слоя сорбента (А) и изделие оптимальной конфигурации - треугольное сечение слоя сорбента (Б).

В ходе эксперимента по осуществлению регенерации путем нагрева сорбирующего блока тепловой энергией, передаваемой по металлической пластине вглубь сорбента, получены данные о распределении температур в слоях сорбентов.

На фиг.10 показано распределение температур (°С) в слое сорбента прямоугольного (А) и треугольного сечения (Б) в процессе регенерации. Температура регенерации - 170°С.

Приведенные данные (фиг.10) показывают, что при одинаковых температурах теплоносителя слой с треугольным сечением сорбента имеет более высокие средние температуры разогрева шихты, но, в то же время, предполагаемого и расчетного равномерного прогрева слоя сорбента не наблюдается, что возможно объяснить не только процессами теплопередачи, но и энергозатратными процессами десорбции. При использовании сорбирующего блока с треугольным продольным сечением, диффузия сорбата при десорбции в газовую фазу облегчена, по сравнению с сорбирующим блоком прямоугольного продольного сечения, в котором десорбирующемуся сорбату приходится «проталкивать» себе дорогу в направлении от теплопередающего устройства к газовой фазе окружающей среды. Следовательно, оформление сорбционного элемента целесообразно в виде двух сужающихся книзу клиновидных сорбирующих изделий, закрепленных на обеих сторонах теплопроводящей пластины

На фиг.11 показано изменение величины десорбции в процессе регенерации сорбционного блока, производимой путем доставки тепловой энергии к сорбенту по теплопроводящему элементу.

Облегченная диффузия и лучший прогрев сорбента при использовании треугольного сечения приводит к интенсификации процесса регенерации. Например, к 150 минуте проведения данного лабораторного эксперимента, количество десорбированной воды увеличивается на 40% (фиг.11).

Угол наклона сечения сорбента возможно определять и эмпирическим путем - методом обработки большого количества статистических данных и расчетным методом, трудностью которого является определение коэффициентов теплопередачи от энергопередающего элемента к сорбенту, теплофизических свойств сорбента и металла, а также значительного влияния на эти коэффициенты параметров окружающей среды (воздушные и диффузионные потоки).

Эта конфигурация дает возможность обеспечить наличие изотермических плоскостей, соответствующих плоскости внешней границы адсорбента. Такое условие необходимо для достижения максимальной степени регенерации сорбционного изделия. Использование же сорбирующего изделия прямоугольной конфигурации не обеспечивает достижение задаваемого условия соответствия. Вследствие этого «мертвая» область сорбента оказывает негативное влияние на скорость и полноту регенерации сорбента, как за счет нецелевого расходования и потерь тепла с одной стороны, так и за счет замедления диффузии десорбированных молекул во вторичной пористости балластного сорбирующего материала.

Аналогичное влияние будет оказываться в дальнейшем и на скорость адсорбции, поскольку в этой зоне не будет достигнута достаточная степень регенерации, чему способствует уменьшение количества тепла в нижней части пластины. Рабочая область сорбента может быть равномерно разогрета до необходимой температуры, обеспечивающей достаточную степень регенерации, при этом конкретная конфигурация изделия зависит от параметров теплового потока, поступающего в верхнюю часть теплопередающего элемента и характеристики сорбционного элемента.

Приведенные результаты позволяют говорить о перспективности использования сорбционных изделий на теплопередающих элементах, что связано с возможностью использования энергии непосредственно в виде тепла и ее передачи по теплопередающим элементам непосредственно в закрытые сорбционные объемы.

Использование данного элемента позволит интенсифицировать процессы сорбции, осуществить более полную десорбцию, предотвратить точечные перегревы, снизить затраты на регенерационный нагрев.

Изобретение относится к адсорбционным процессам. Предложена сорбирующая система, содержащая сорбент клиновидной конфигурации и внедренный в объем сорбента теплопроводящий элемент, предназначенный для управления процессами сорбции-десорбции путем подвода и отвода тепловой энергии. Теплопроводящий элемент может быть выполнен в виде круглого стержня или пластины из теплопроводящего материала, например металла. Изобретение позволяет снизить затраты внешней энергии в процессах сорбции-десорбции. 3 з.п. ф-лы, 11 ил., 1 табл.

1. Сорбирующая система, имеющая в своем составе сорбент и внедренный в объем сорбента теплопроводящий элемент, предназначенный для управления процессами сорбции-десорбции на сорбенте, отличающаяся тем, что часть теплопроводящего элемента выходит за пределы сорбирующей системы и подвергается нагреванию или охлаждению для обеспечения подвода к сорбенту или отвода от него непосредственно тепловой энергии, при этом сорбент имеет клиновидную конфигурацию.

2. Сорбирующая система по п.1, отличающаяся тем, что теплопроводящий элемент представляет собой круглый стержень или металлическую пластину, изготовленные из теплопроводящего материала с высокими теплопроводящими свойствами.

3. Сорбирующая система по п.1, отличающаяся тем, что сорбент представляет собой насыпную шихту в обечайке.

4. Сорбирующая система по п.1, отличающаяся тем, что сорбент сформован в виде сорбирующего блока.