avroenОмский научный вестник. Серия "Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение"Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering2588-03732587-764XОмский государственный технический университет10.25206/2588-0373-2024-8-4-54-62XEETHLavroen-124Research ArticleЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕPOWER AND CHEMICAL ENGINEERINGИсследование газодинамических процессов в проточной части адсорбционного фильтра с коротким диффузором на базе инженерной методики расчетаImproving the efficiency of adsorption filters with a short diffuser by improving their flow partКорнееваА. С.KorneevаA. S.

КОРНЕЕВА Анастасия Сергеевна, ассистент кафедры «Холодильная и компрессорная техника и технология» 

SPIN-код: 9506-8607

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

KORNEEVA Anastasia Sergeevna, Assistant of Refrigeration and Compressor Equipment and Technology Department

Omsk

ФилькинН. Ю.FilkinN. Yu.

ФИЛЬКИН Николай Юрьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Холодильная и компрессорная техника и технология» 

AuthorID (РИНЦ): 684478

AuthorID (SCOPUS): 56503788300

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

FILKIN Nikolay Yuryevich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Refrigeration and Compressor Equipment and Technology Department

Omsk

Омский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian Federation202430122024845462Copyright © Корнеева А.С., Филькин Н.Ю., 20242024Корнеева А.С., Филькин Н.Ю.Korneevа A.S., Filkin N.Y.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ariem.omgtu.ru/jour/article/view/124

В данной работе рассматриваются адсорбционные фильтры с коротким диффузором, используемые для удаления загрязняющих веществ из парогазовых смесей. Описывается процесс проектирования проточной части таких фильтров, который включает этапы определения параметров слоя адсорбента, моделирования газодинамических процессов с использованием численных методов, в программах ANSYS CFX, и анализа полученных результатов. Проведенные численные исследования охватывают различные варианты засыпки адсорбента, включая профилирование слоя и использование адсорбента с различной пористостью. Это позволяет выявить влияние указанных факторов на аэродинамическое сопротивление и эффективность работы фильтра в целом. Также предлагается алгоритм проектирования, который обеспечивает оптимальное соответствие толщины слоя адсорбента и локальной скорости потока, способствуя увеличению времени защитного действия фильтра и улучшению качества очистки. 

The study examines short-diffuser adsorption filters designed to remove pollutants from vapor-gas mixtures. The design process of the flow path of such filters is considered, which includes the stages of determining the parameters of the adsorbent layer, modeling gas-dynamic processes using numerical methods in the ANSYS CFX program and analyzing the results. The numerical studies cover various options for backfilling the adsorbent, including layer profiling and the use of adsorbent with different porosity, which allows us to assess the impact of these factors on the aerodynamic resistance and overall efficiency of the filter. A design algorithm is also proposed that ensures optimal compliance between the adsorbent layer thickness and the local flow velocity, which helps to increase the protective action time of the filter and improve the quality of cleaning.

адсорбционный фильтрадсорбционная очисткакороткий диффузоринженерная методикавремя защитного действияпрофилирование насыпного слоя адсорбентапористостьаэродинамическое сопротивлениеadsorption filteradsorption purificationshort diffusershort diffuserprotective action timeprofiling of the bulk adsorbent layerporosityaerodynamic resistanceReferencesНитченко К. А., Шарапов А. И. Исследование протекания процесса адсорбции при использовании технологических адсорбентов // Будущее науки-2019: сб. науч. ст. 7-й Междунар. мол. науч. конф. Курск: Юго-Западный государственный университет, 2019. T. 6. С. 230–233.Nitchenko K. A., Sharapov A. I. Issledovaniye protekaniya protsessa adsorbtsii pri ispol’zovanii tekhnologicheskikh adsorbentov [Study of the adsorption process using technological adsorbents] // Budushcheye nauki – 2019. The Future of Science – 2019. Kursk, 2019. P. 230–233. (In Russ.).Ягодовский В. Д. Адсорбция. Москва: Лаборатория знаний, 2015. 219 с. ISBN 978-5-93208-675-9.Yagodovskiy V. D. Adsorbtsiya [Adsorption]. Moscow, 2015. 219 p. ISBN 978-5-93208-675-9. (In Russ.).Филькин Н. Ю., Жукова Е. А., Хусаинов С. А. [и др.] Численный анализ повышения газодинамической эффективности газового фильтра с коротким диффузором профилированием его проточной части // Техника и технология нефтехимического и нефтегазового производства: материалы 9-й Междунар. науч.-техн. конф. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2019. С. 66–67. EDN: HTDGMG.Fil’kin N. Yu., Zhukova E. A., Khusainov S. A. [et al.] Chislennyy analiz povysheniya gazodinamicheskoy effektivnosti gazovogo fil’tra s korotkim diffuzorom profilirovaniyem ego protochnoy chasti [Numerical analysis of increasing the gasdynamic efficiency of a gas filter with a short diffuser by profiling its flow part] // Tekhnika i tekhnologiya neftekhimicheskogo i neftegazovogo proizvodstva. Engineering and Technology of Petrochemical and Oil and Gas Production. Omsk, 2019. P. 66–67. (In Russ.).Пронин В. А., Мамченко В. О., Долговская О. В., Цветков В. А. Очистка и дезодорация газовоздушных выбросов. Cанкт-Петербург: Университет ИТМО, 2022. 156 с. ISBN 9785-7577-0668-9.Pronin V. A., Mamchenko V. O., Dolgovskaya O. V., Tsvetkov V. A. Ochistka i dezodoratsiya gazovozdushnykh vybrosov [Cleaning and deodorization of gas-air emissions]. Saint Petersburg, 2022. 156 p. ISBN 978-5-7577-0668-9. (In Russ.).Титова Л. М., Наурзгалиева Д. З. Совершенствование конструкции насадочных аппаратов за счет равномерного распределения газового потока // Нефтегазовые технологии и экологическая безопасность. 2023. № 4. С. 54–61. DOI: 10.24143/1812-9498-2023-4-54-61. EDN: LYHWCR.Titova L. M., Naurzgaliyeva D. Z. Sovershenstvovaniye konstruktsii nasadochnykh apparatov za schet ravnomernogo raspredeleniya gazovogo potoka [Improving the design of devices with random packing due to the uniform distribution of the gas flow] // Neftegazovyye tekhnologii i ekologicheskaya bezopasnost’. Oil and Gas Technologies and Environmental Safety. 2023. No. 4. P. 54–61. DOI: 10.24143/1812-9498-2023-4-54-61. EDN: LYHWCR. (In Russ.).Fil’kin N. Yu., Yusha V. Increasing the efficiency of the gas filter with a short diffuser by profiling its flow part // AIP Conference Proceedings. 2019. Vol. 2141 (1). P. 030062. DOI: 10.1063/1.5122112.Fil’kin N. Yu., Yusha V. Increasing the efficiency of the gas filter with a short diffuser by profiling its flow part // AIP Conference Proceedings. 2019. Vol. 2141 (1). P. 030062. DOI: 10.1063/1.5122112. (In Engl.).Корнеева А. С., Филькин Н. Ю. Методика численного расчета проточной части адсорбционного фильтра с коротким диффузором // Техника и технология нефтехимического и нефтегазового производства: материалы 14-й Междунар. науч.-техн. конф. (Омск, 12–15 марта 2024 г.). Омск: Изд-во ОмГТУ, 2024. С. 44–45.Korneyeva A. S., Fil’kin N. Yu. Metodika chislennogo rascheta protochnoy chasti adsorbtsionnogo fil’tra s korotkim diffuzorom [Methodology for numerical calculation of the flow part of an adsorption filter with a short diffuser] // Tekhnika i tekhnologiya neftekhimicheskogo i neftegazovogo proizvodstva Engineering and Technology of Petrochemical and Oil and Gas Production. Omsk, 2024. P. 44–45. (In Russ.).Хафизов И. М., Гафаров Р. З., Жирнов Б. С. [и др.] Оптимизация процесса загрузки и регенерации адсорбента // Фундаментальные исследования. 2017. № 10-1. С. 56–61. EDN: WZDAAR.Khafizov I. M., Gafarov R. Z., Zhirnov B. S. Optimizatsiya protsessa zagruzki i regeneratsii adsorbenta [Optimization of process of loading and regeneration of adsorbent] // Fundamental’nyye issledovaniya. Fundamental Research. 2017. No. 10-1. P. 56–61. EDN: WZDAAR. (In Russ.).Файзуллина Л. Т., Туманова Е. Ю. Применение технологии плотной укладки адсорбента в колонну для повышения эффективности его использования // Нефтегазовое дело. 2018. № 1. С. 23–31. DOI: 10.17122/ngdelo-2018-1-23-31.Fayzullina L. T., Tumanova E. Yu. Primeneniye tekhnologii plotnoy ukladki adsorbenta v kolonnu dlya povysheniya effektivnosti ego ispol’zovaniya [The use of technology for adsorbent stacking into the column for increasing its use efficiency] // Neftegazovoye delo. Petroleum Engineering. 2018. No. 1. P. 23–31. DOI: 10.17122/ngdelo-2018-1-23-31. (In Russ.).Аэров М. Э., Тодес О. М., Наринский Д. А. Аппараты со стационарным зернистым слоем: гидравлические и тепловые основы работы. Ленинград: Химия, 1979. 176 с.Aerov M. E., Todes O. M., Narinskiy D. A. Apparaty so statsionarnym zernistym sloyem: gidravlicheskiye i teplovyye osnovy raboty [Stationary granular layer devices: hydraulic and thermal principles of operation]. Leningrad, 1979. 176 p. (In Russ.).Кельцев Н. В. Основы адсорбционной техники. Москва: Химия, 1984. 512 с.Kel’tsev N. V. Osnovy adsorbtsionnoy tekhniki [Fundamentals of adsorption technology]. Moscow, 1984. 512 p. (In Russ.).Пушнов А., Балтренас П., Каган А., Загорскис А. Аэродинамика воздухоочистных устройств с зернистым слоем: моногр. Вильнюс: Техника, 2010. 346 с. ISBN 978-9955-28-643-1.Pushnov A., Baltrenas P., Kagan A., Zagorskis A. Aerodinamika vozdukhoochistnykh ustroystv s zernistym sloyem [Aerodynamics of air cleaning devices with a granular layer]. Vilnius, 2010. 346 p. ISBN 978-9955-28-643-1. (In Russ.).Дворецкий С. И., Дворецкий Д. С., Акулинин Е. И., Голубятников О. О. Моделирование и оптимизация циклических адсорбционных процессов для разделения и очистки газовых смесей: моногр. Тамбов: Издат. центр ТГТУ, 2021. 212 с. ISBN 978-5-8265-2417-6.Dvoretskiy S. I., Dvoretskiy D. S., Akulinin E. I., Golubyatnikov O. O. Modelirovaniye i optimizatsiya tsiklicheskikh adsorbtsionnykh protsessov dlya razdeleniya i ochistki gazovykh smesey [Modeling and optimization of cyclic adsorption processes for separation and purification of gas mixtures]. Tambov, 2021. 212 p. ISBN 978-5-8265-2417-6. (In Russ.).Филиппов Г. А., Меламед Л. Э., Тропкина А. И. Методика математического моделирования и анализ гидродинамики систем, содержащих засыпки и перфорированные перегородки, на основе вычислительного комплекса ANSYS // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2005. № 11-12. С. 64–79. EDN: KJUSAR.Filippov G. A., Melamed L. E., Tropkina A. I. Metodika matematicheskogo modelirovaniya i analiz gidrodinamiki sistem, soderzhashchikh zasypki i perforirovannyye peregorodki, na osnove vychislitel’nogo kompleksa ANSYS [Methodology of mathematic simulation and analysis of hydro-dynamics for systems containing pebble beds and perforate walls, on the basis of CAE system ANSYS] // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Problemy energetiki. Proceedings of the Higher Educational Institutions. Energy SectoR Problems. 2005. No. 11-12. P. 64–79. EDN: KJUSAR. (In Russ.).Файзуллина Л. Т., Туманова Е. Ю. Численное моделирование гидродинамики потока в слое адсорбента // Актуальные проблемы науки и техники. 2017. Т. 2. С. 33–35. EDN: YTBHCB.Fayzullina L. T., Tumanova E. Yu. Chislennoye modelirovaniye gidrodinamiki potoka v sloye adsorbenta [Numerical modeling of hydrodynamic flow in an adsorbent layer] // Aktual’nyye problemy nauki i tekhniki. Actual Problems of Science and Technology. Ufa, 2017. Vol. 2. P. 33–35. EDN: YTBHCB. (In Russ.).Дворецкий С. И., Дворецкий Д. С., Акулинин Е. И., Голубятников О. О. Моделирование и оптимизация циклических адсорбционных процессов для разделения и очистки газовых смесей: моногр. Тамбов: Изд. центр ТГТУ, 2021. 212 с. ISBN 978-5-8265-2417-6.Dvoretskiy S. I., Dvoretskiy D. S., Akulinin E. I., Golubyatnikov O. O. Modelirovaniye i optimizatsiya tsiklicheskikh adsorbtsionnykh protsessov dlya razdeleniya i ochistki gazovykh smesey [Modeling and optimization of cyclic adsorption processes for separation and purification of gas mixtures]. Tambov, 2021. 212 p. ISBN 978-5-8265-2417-6. (In Russ.).ANSYS Workbench User’s Guide. Release 12.1 / ANSYS, Inc. URL: https://www.fluid.tuwien.ac.at/322057?action=AttachF ile&do=get&target=fluug.pdf (дата обращения: 01.04.2024).ANSYS Workbench User’s Guide. Release 12.1 / ANSYS, Inc. URL: https://www.fluid.tuwien.ac.at/322057?action=AttachF ile&do=get&target=fluug.pdf (accessed: 01.04.2024). (In Engl.).Xu P., Wen J., Zhao X. [et al.]. Study on adsorption characteristics optimization of vertical radial flowadsorber // Asia-Pacific Journal of Chemical Engineering. 2022. Vol. 17 (2). DOI: 10.1002/apj.2755.Xu P., Wen J., Zhao X. [et al.]. Study on adsorption characteristics optimization of vertical radial flow adsorber // Asia-Pacific Journal of Chemical Engineering. 2022. Vol. 17 (2). DOI: 10.1002/apj.2755. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.