8 812 123 45 67
Повышение эффективности промышленного адсорбера вертикального типа для сухой очистки газа
15 октября 2026
Повышение эффективности промышленного адсорбера вертикального типа для сухой очистки газа

Адсорбционные установки являются важным элементом технологических цепочек в нефтегазовой, химической и металлургической промышленности. Поглощая вредные и токсичные примеси из жидкостей и газов, они обеспечивают необходимую степень чистоты технологических сред, а также позволяют соблюсти требования экологического законодательства в части промышленных выбросов.

Проектирование адсорбера – сложная инженерная задача, требующая учёта множества факторов: технологии производства, стоимости материалов, существующих конструктивных ограничений. Численное моделирование позволяет в виртуальной среде протестировать прототип адсорбера и при необходимости доработать конструкцию ещё до изготовления опытного образца. Это ускоряет процесс проектирования и снижает затраты на доводку.

Устройство промышленного адсорбера

Адсорбер – это аппарат для очистки технологических сред (газообразных и жидких) от вредных и токсичных примесей. Основным рабочим элементом адсорбера является слой гранулированного наполнителя (адсорбента), который поглощает примеси из газов. Выбор конкретного типа адсорбента зависит от технологического процесса:

  • для улавливания органических растворителей (бензол, толуол, кетоны, эфиры) в качестве адсорбента используют активированный уголь;
  • для осушения газов применяются цеолиты и силикагель;
  • для очистки от кислых компонентов и фторсодержащих соединений применяется оксид алюминия [1].

Поскольку адсорбент не может поглощать примеси бесконечно, процесс работы адсорбера состоит из непосредственно рабочего времени и времени регенерации, когда восстанавливаются адсорбционные свойства слоя адсорбента с помощью химических или термических методов. Для обеспечения непрерывности технологического процесса адсорберы устанавливают парами – пока один агрегат проходит регенерацию, работает второй, и наоборот.

В промышленности чаще всего используются вертикальные цилиндрические адсорберы. Слой адсорбента (гранулы размером 1 – 7 мм [1]) в них удерживается с помощью распределительной решётки и ограничивающих сеток. Типовая схема промышленного адсорбера показана на рисунке ниже.


Типовая схема промышленного адсорбера

Одна из критически важных задач при проектировании адсорбера – обеспечить равномерное распределение потока загрязнённого газа по слою адсорбента. В противном случае часть адсорбента не будет задействована в очистке газа, а часть – окажется перегруженной. В совокупности это может привести к необходимости более частой замены адсорбента, что повышает затраты на обслуживание и снижает экономичность агрегата.

Численное моделирование позволяет исследовать распределение потоков газа в слое адсорбента ещё на этапе проектирования. Также с помощью численного моделирования можно оценить эффективность различных конструктивных мер, направленных на повышение равномерности потока, и выбрать из них оптимальные.

Инженерный анализ исходной конструкции адсорбера

Исходная конструкция проектируемого адсорбера приведена на рисунке ниже. Входной и выходной патрубки расположены горизонтально – это связано с конструктивным ограничениями уже существующей трубопроводной обвязки агрегата.


Исходная конструкция проектируемого адсорбера

Для оценки равномерности распределения потока газа в слое адсорбента специалисты АО «ЦИФРА» выполнили газодинамическое моделирование.

  

Распределение скорости газа в адсорбере (исходная конфигурация)

Как показывают результаты моделирования, во входном патрубке формируется струя газа, которая, не встречая препятствий, стремится к задней стенке корпуса. Затем газ опускается вдоль задней стенки корпуса и входит в слой адсорбента. Адсорбент вблизи входного патрубка при этом остаётся недоиспользованным. Неравномерная нагрузка на адсорбент снижает качество очистки, требует более частых регенераций и ускоряет износ.


Распределение скорости в поперечном сечении перед входом в слой адсорбента (исходная конфигурация)

Для количественной оценки степени равномерности потока в сечении перед входом в слой адсорбента использован индекс однородности. Индекс однородности определяется как среднеквадратичное отклонение локальных скоростей газа от среднего значения по сечению. Значения индекса изменяются от 0 до 1, где 1 соответствует полностью равномерному потоку. Для рассмотренной конфигурации адсорбера индекс однородности составляет 0,66, что свидетельствует о значительной неравномерности потока.


Визуализация движения газа (исходная конфигурация)

Оптимизация конструкции адсорбера

Для повышения степени равномерности потока в конструкцию адсорбера добавлены поворотные лопатки. Выбраны лопатки сегментного типа, что обосновано простотой изготовления и монтажа. Вид модифицированного адсорбера показан на рисунке ниже.

 

Конструкция модифицированного адсорбера

Для модифицированной конструкции адсорбера повторно проведено численное моделирование. Поле скорости газа в продольном сечении показано на рисунке ниже. Видно, как лопатки разделяют поток, обеспечивая более равномерное его распределение по сечению.


Распределение скорости газа в адсорбере (модифицированная конфигурация)

После оптимизации поток перед входом в адсорбент становится более равномерным: индекс однородности для изменённой конструкции составляет 0,75.


Распределение скорости в поперечном сечении перед входом в слой адсорбента (модифицированная конфигурация)

Лопатки расположены таким образом, чтобы минимизировать потери давления при повороте потока. Их установка увеличивает общий перепад давления в адсорбере не более чем на 2 %. Это важно при проектировании адсорбера под уже существующие насосы.

 

Визуализация движения газа (модифицированная конфигурация адсорбера)

Заключение

Инженерный анализ позволяет оценить степень эффективности адсорбера ещё на этапе проектирования, что снижает необходимость в пересмотре проектных решений и в конечном итоге позволяет создать конкурентоспособные изделия.

В рассмотренном примере показано, как газодинамическое моделирование позволило оптимизировать конструкцию адсорбера. Принятые меры практически не повлияли на общий перепад давления в адсорбере, но при этом обеспечили более равномерное распределение потока газа в слое адсорбента – что замедляет износ адсорбента. Как следствие, это повышает качество газоочистки, а также увеличивает интервал между сменами адсорбента.

Изображение заголовка сгенерировано нейросетью

Список использованных источников

1.

Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. 2-е изд., перераб. и доп.-е изд. Москва: Химия, 1984. 592 с.

 

вернуться к списку новостей
Рассчитать стоимость онлайн
Рассчитать стоимость онлайн
Сообщите основную информацию о вашей задаче, ответьте на несколько вопросов и мгновенно получите оценку трудоемкости актуальной для вас инженерной задачи.
Узнать цену
Связанные новости
25 августа 2026

Участие АО «ЦИФРА» в форуме «Нефтегаз: технологии и поставки»

Новости
15 июля 2026

АО «ЦИФРА» приняло участие в Международном форуме «Инженерное собрание России – 2026»

Новости
Связанные публикации в блоге
9 октября 2026

Причины возникновения и анализ вибраций подводных трубопроводов

Блог
22 сентября 2026

Оценка и снижение шумового воздействия дата-центров на прилегающую территорию

Блог
Связанные вебинары
20 ноября 2024

Научно-техническое сопровождение проектирования особо опасных и технически сложных промышленных объектов

Вебинары
14 ноября 2024

Сопровождение проектирования центров обработки данных в части температурного и климатического CFD-моделирования

Вебинары
Расскажите о вашей задаче
Изменить файл
Поля, отмеченные звездочкой (*) обязательны для заполнения.
Успешно отправлено! Наш специалист свяжется с Вами в ближайшее время!