книги из ГПНТБ / Эстрин, Б. М. Производство и применение контролируемых атмосфер (при термической обработке стали)

Для каждого участка составляют по два уравнения с двумя неизвестными:

По уравнению (теплоотдача пластины при обтекании ее ламинарным потоком)

Скорость потока wQ обычно составляет 0,5—1 м/с. Значения X, Рг, у берут из таблиц [35] по средней тем­ пературе воды tcp.B, обычно равной 20—30° С. L — рас­ стояние от входа воды до середины участка, м.

Решая совместно уравнения (ж) и (з) (это удобно сделать графически), строят для того и другого урав­ нения зависимости l°n=f [ta2). Далее находят длины

172

При сжигании

или сухих продуктов сгорания 6,157 м3 /м3 .

Для получения 200 м3 сухих продуктов сгорания надо сжечь Vr = (200)/6,157 = 32,5 м3 сырого газа.

Потерн тепла от химического недожога составят Qx.„ = 3018 • 0,814 + 2579• 0,992 = 5010 ккал/мя .

В зоне горения выделяется тепла

Л / = Q|j — QX11 = 8560 — 5010 = 3550 ккал/м3 .

Приняв предварительно теоретическую температуру горения рав­ ной 1300е С, найдем соответствующие значения теплоемкостей про­ дуктов сгорания, после чего сравним принятую температуру с рас­ четной (1т). Если они отличаются одна от другой меньше чем на 50—70 град, можно считать, что температура tT соответствует дей­ ствительности:

tr = M/lVc = 3550/2,81 = 12603 С.

174

=2.П/А. ( / С 1 - / с а )

2.31gd,/rf3 '

dQp = (d0 + d,)/2 = (100 + 400)/2 = 250 мм; d3 = (0,25-0,2 + 0,4-0,8)/l =0,37 м.

Тогда Я, = 0,698 ккал/(м-ч-°С); А2 =0,722 ккал/(м-ч-°С);

(с/3 = 0,63 м, так как толщина стенки принимается равной 115 мм) Строим зависимости (см. рис. 62, в)

AQo.c = /('.') и AQ* = /(/ci), откуда находим: ta « 1180° С;

( £ К с ) / д = 2,74-1180 = 3240 ккал/м3 .

Учитывая, что температура продуктов сгорания на выходе из каме­ ры Гпих = 900° С, получаем

Разбиваем зону охлаждения на четыре участка, на каждом из которых теряется в окружающую среду AQ, = 7000 ккал/ч.

По вычисленной температуре продуктов сгорания на границах участков определяем средние температуры / С | и коэффициенты теп­ лопроводности К по длине зоны охлаждения (рис. 62, г).

1 7 5

Для каждого участка составляют по два уравнения с двумя не­ известными следующего общего вида:

где Z. — координата середины участка.

Длину участков зоны охлаждения определяем следующим об­ разом.

нения ii =0,65 м; из второго /i = 0,55 м.

При < с 2 = 4 0 ° С : из первого уравнения /i ==0J658 м; из второго /j = = 0,49 м.

Принимаем /i = 0,655; / С 2 = 3 8 ° С

в камерах небольшой производительности, предназначенных для сжи­

Описанный выше расчет камеры сгорания выполнен, исходя из максимальной ее производительности. Когда же потребление защитного газа понижается, производи­ тельность установки и, следовательно, камеры сгорания должны соответственно снизиться и температура при этом в зоне горения будет падать.

Минимальная производительность камеры сжигания определяется, как было указано выше, минимально до­ пустимыми скоростями истечения смеси..

Вторым фактором, определяющим минимальную про­ изводительность камеры сгорания является температу­ ра продуктов сгорания на выходе из зоны горения, ко­ торая не должна быть ниже 850° С. Диаметр устья горел­ ки dy определяют, исходя из нижнего предела скоростей истечения при минимальной производительности камеры.

Г л а в а IX

НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ КОРРОЗИИ ЭЛЕМЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ В УСТАНОВКАХ ПО ПРОИЗВОДСТВУ КОНТРОЛИРУЕМЫХ АТМОСФЕР

КОРРОЗИЯ СТАЛИ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ МОИОЭТАНОЛАМПНА

Водные растворы этаиоламшюв, применяемые иногда как эф­ фективные ингибиторы, сами по себе нейтральны по отношению к стали и чугуну.

Однако, если в очищенном газе есть даже следы HCN или кис­ лорода, коррозия может достичь таких размеров, что произойдет быстрое разрушение стального оборудования. Известны случаи, ког­ да стальные змеевики кипятильника раствора были разрушены в те­ чение недели. Сильная коррозия при этом наблюдалась и па трубо­ проводах, по которым течет горячий раствор МЭА. Интересно отметить, что при совместном присутствии в очищаемом газе серни­ стого и углекислого газов коррозия практически не наблюдается. Видимо, это следует объяснить защитным действием пленки, по­ крывающей поверхность трубы плотным слоем. Химическим анали­ зом в пленке обнаружен FeS. Кроме того, при наличии в растворе сульфатов проникающий извне кислород связывается ими в тио­ сульфата. В совокупности эти два фактора снижают коррозионное воздействие кислорода на сталь. Когда сернистый газ в очищаемом газе отсутствует (при сжигании природного газа), то кислород, по­ падающий в систему, оказывает разрушающее действие па сталь, поскольку она не предохранена защитной пленкой.

Попытки создать защитную пленку на поверхности труб пред­ варительным кипячением их в жесткой воде с прибавлением бихро-

178

Т а б л и ц а 18

Химический анализ образцов

что разрушение стали 1Х18Н9Т произошло вследствие двух парал­ лельно протекающих процессов: интеркрпсталлитиой коррозии и азо­ тирования (образования нитридов).

Иптеркрпсталлитпая коррозия вызвана наличием влаги в газо­ образном аммиаке.

В месте входа аммиака в слой катализатора существуют наибо­ лее благоприятные условия для коррозии, так как, с одной стороны,

азота в газовой фазе происходит интенсивное насыщение металла нитридами.

ЦЭЧМ-1 достаточно контактирования с ними аммиака доли секун­

вает более высокую устойчивость аустепита и меньшую подвержен­ ность стали нытеркристаллитной коррозии.

Еще более высокую стойкость в атмосфере аммиака проявляет сталь XI8H25C2, что вызвано присутствием в ней 2—3% кремния. Наличие Si0 2 в защитной пленке стали, по-видимому, препятствует проникновению азота.

Однако в теплообменнике (см. рис. 20) сталь Х18Н23 оказалась нестойкой. По-видимому, это вызвано значительно большей скоро­ стью движения газообразного аммиака, чем в реакторе. В этом случае, как показывает опыт, необходимо применять трубы из высокоиикелевого сплава Х20Н80Т.

При тех умеренных температурах, которые возникают при при­ менении высокоактивного катализатора, минимальный срок службы реакторов в агрегатах ДАЦ и теплообменников, изготовленных из сплава Х20Н80, оценивается в пять лет (на такой же срок рас­ считана работа катализатора).

180

Г л а в а X

КАТАЛИЗАТОРЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ КОНТРОЛИРУЕМЫХ АТМОСФЕР

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КАТАЛИЗЕ

Современные процессы получения контролируемых атмосфер основаны на использовании катализаторов и сорбентов. Поэтому главным направлением совершенст­ вования технологии производства контролируемых ат­ мосфер является улучшение показателей самих катали­ заторов и адсорбентов.

Прежде чем перейти к рассмотрению конкретных ка­ тализаторов, используемых в производстве контролируе­ мых атмосфер, остановимся вкратце на основных поло­ жениях теории катализа.

Катализ играет исключительно большую роль в про­ мышленности. Около 90% всех новых производств, воз­ никших в течение последних лет, применяют каталитиче­ ские реакции.

Большинство промышленных катализаторов состоит из пористых зерен с внутренней поверхностью, развитой настолько, что она иногда в десятки тысяч раз превыша­ ет внешнюю поверхность, омываемую газовым потоком, и достигает сотен квадратных метров на 1 г катализа­ тора.

Этим и обусловлена высокая каталитическая актив­ ность большинства промышленных катализаторов.

Катализаторы существенно снижают энергию актива­ ции реакции. Так, энергия активации разложения ам­ миака без катализатора ориентировочно составляет 71-103 кал/моль, а в присутствии катализатора — только 25-103 кал/моль.

Энергия активации Е может быть определена из уравнения Ар-

где k— константа скорости реакции; R — газовая постоянная; Т—абсолютная температура.

Катализаторы позволяют изменять скорость химиче­ ских реакций, понижая (при так называемом отрица­ тельном катализе) или повышая ее (при положительном катализе).

181