Введение к работе
Актуальность работы. В производстве качественных конструкционных материалов из высоколегированных сталей и проката,изделий электроники, высокочистых химических продуктов,необходимо использование в качестве защитной атмосферы особо чистого водорода (99,9999Z), гарантирующэго практически полное отсутствие окисления при химико-термической обработке таких материалов.
Наиболее перспективной является технология получения, особо чистого водорода методом селективной диффузии через полупроницаемую палладийсодержаиую мембрану из продуктов паровой конверсии природного газа и продуктов диссоциации аммиака.
Однако разработка этой технология сдерживается отсутствием надёжных данных о массопереносе при диффузионном выделении водорода из сложных многокомпонентных газовых смесей.
Тема работы связана с отраслевыми научными программами Министерств черной металлургии СССР и РФ и Комитета по металлургии РФ и Госкомитета по.науке и технике СССР ( N 0:15.01,утв.21. 10.85, задание 09, этап 11,02) и выполнялась в рамках научно-исследовательских работ ВНИИ металлургической теплотехники ( N ГР 81014540, 01830014920, О18БО027667 ).
Дель работа Экспериментальное и теоретическое изучение процесса массопереноса при селективной, диффузии водорода через полупроницаемую мембрану из сплавов, на основе палладия для разработки конструкции и организации рациональных режимов работы диффузионных аппаратов.
Научная новизна работы. Яа основе экспериментального и теоретического исследования стационарного процесса массопереноса при диффузионном выделении водорода из многокомпонентных газовых смесей
подучены кинетические закономерности взаимодействия компонентов этих смесей друг с другой на поверхности мембраны; разработана математическая модель нестационарного массопереноса через селективно-проницаемую мембрану; проведен анализ диссипативных эффектов в диффузионных аппаратах: диффузионного разделения, внутреннего трения при течении газа в подводящих и отводящих каналах диффузионного аппарата и химических реакций, протекающих в объеме диффузионного аппарата
Практическая ценность. На основе исследования стадионірного процесса массопереноса при выделении водорода из многокомпонентных газовых смесей создан ыетод расчета проточной части диффузионных аппаратов и внедрены рациональные режимы их работа
На основе исследования взаимодействия компонентов реагирующих водородсодержащих газовых смесей между собой и с поверхностью мем браны выявлена каталитическая активность палладиевого сплава В-1.
На основе математической модели нестационарного массопереноса проведено проектирование систем автоматического управления диффузионными аппаратами.
Термодинамический анализ процесса выделения водорода из кислородсодержащих газовых смесей позволил определить лимитирующие стадии процесса и получить выражения для феноменологических коэффициентов,необходимые для расчета проточной части мембранных аппаратов для регенерации загрязнённого водорода.
Анализ диссипативных процессов в диффузионном аппарате выявил их связь с количеством полученного в аппарате водорода .
Реализация работы. Построена и находится в эксплуатационных испытаниях установка по производству особо чистого водорода производительностью 25 ма/ч для завода "Боликор" ( г. Кинешма, Ивановской обл.).
Спроектированы и находятся в стадии изготовления установки по получении особо чистого водорода и углекислого газа из конвертированного природного газа производительностью 250 м5/ч и из диссоциированного аммиака производителъвостьп 10 м3/ч. * Нз задет? выкосятся следушие полоягния: . '
- кинетические закономерности , процесса выделения водорода .из
многокомпонентных химически реагиртюпп газовых' скесей:
' частично диссоциированного аммиака, продуктов конверсии природ-
ного газа, кислородсодержаскх газовых смесей; -математическая модель нестационарного процесса массопереноса
через селективно проницаемую мембрану в изотермических
услозиях;
уравнения для феноменологических коэффициентов химической : реакции взаимодействия кислорода и водорода на поверхности мембраны;
результаты анализа, диссипативных процессов, в диффузионном аппарате ( необратимости диффузионного разделения, трения при течении газа в подводядих и отводяшх каналах, химических реакций в объеме аппарата ) и сравнения'на основе этого анализа прямо- и противогочной схем течения исходного газа и отделяемого компонента. ." . .
Апробация работы; Основные положения диссертационной работы доложены, и обсуждены на VIII научно-технической конференции и Проблемы теплотехники металлургических процессов и агрегатов " ( г.Свердловск. 18-19 марта 1982 г.); Всесоюзном научно-техническом совевании "Повышение технического уровня нагревательных устройств в прокатном производстве'^ г. Москва. 1987 г.); Всесоюзной яаучно-те.ангчеекой конференции "Высокочистый водород - методы получения и использования- ( г. Свердловск.март 1989 г.); Всероссийской меж-
вузовской научно - практической конференции "Конверсия вузов -запите окружающей среда" ( г. Екатеринбург. 28-30 июня 1994 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.
Объем работы. Диссертация ' состоит, из введения, 6 глав, заключения об основных результатах. Она содержит 120 страниц машинописного текста, 25 рисунков, приложение и библиографический список из работ отечественных и зарубежных авторов.