Введение к работе
Актуальность проблемы. Для некоторых технологических процессов химической промышленности одним из нежелательных сопутствующих элементов являются железосодержащие примесные включения. Например, наличие в аммиаке, поступающем на производство неконцентрированной азотной кислоты (НАК), железосодержащих примесей приводит к образованию отложений на платиновых катализаторах контактных аппаратов, достигающих 50% от общего содержания отложений, за счет чего снижается его каталитическая активноть, учащаются регенерации катализатора, ухудшается качество самого аммиака и продукции, на производство которой поступает аммиак. Поэтому очистка аммиака, равно как и других текучих сред^от железосодержащих примесей имеет важное технико-экономическое значение.
Наличие примесей для многих сред является неизбежным фактором. Для аммиака - износ магнетитовых катализаторов, используемых при его производстве. Концентрация примесей может достигать 0,1-1,0 мг/кг (в пусковые периоды - до 5-6 мг/кг и выше).
Традиционные методы очистки аммиака от примесей механическими фильтрами с использованием тканевых и фторопластовых пористых материалов, а также магнитные очистные устройства, в которых применяются постоянные магниты в качестве сорбента примесей, пригодны для извлечения крупных частиц (50-100мкм). Для тонкой очистки {менее 1 мкм) оказалось перспективным применение высокоскоростного магнитофильтрацион-ного метода очистки, с использованием намагничиваемых гранулированных ферромагнитных насадок, являющихся их основным рабочим органом.
Намагничиваемые гранулы ферромагнетика, находясь в потоке фильтруемой среды}формируют в поровом пространстве между гранулами неоднородное магнитное поле. Это позволяет увлекать примесные частицы в зоны максимальной неоднородности магнитного поля (области точек контакта гранул). Осаждение частиц в намагничиваемых насадках описывается уравнением экспоненциального вида, которое представляет захват примесей сорбционной насадкой адекватно работе поглощающего экрана. Однако напряженность внешнего магнитного поля, в котором находится насадка, не может быть признана за объективный параметр, однозначно характеризующий вклад магнитного поля в процесс извлечения частиц. Он не учитывает влияния размагничивающего фактора насадки, определяемого компоновкой сорбционной зоны фильтра и ее взаимодействия с намагничивающей системой. Именно этой проблемой в значительной мере обусловлены
трудности расчета и прогаозирования эффективности очистки создаваемых устройств, а также ограничивает использование общей зависимости в методике определения доли магнитовосприимчивой фракции частиц.
Наряду с магнитовосприимчивыми примесями в фильтруемых средах присутствуют частицы, не обладающие такими свойствами. В этой связи выдвинуто предложение их извлечения путем фильтрования среды сквозь поляризуемую сегнетоэлектрическую насадку. Информация об исследованиях в этой области отсутствует..
В разработке магнитных фильтров к настоящему времени не уделялось должного внимания геометрическим соотношениям сорбционной насадки (узла очистки) и ее взаимосвязи с намагничивающей системой, т.е. не учитывалось влияние размагничивающего фактора насадки на эффективность и экономичность извлечения частиц. "Саморазмагничиванием" насадки обьясняется существующий предел производительности магнитных фильтров. К настоящему времени не разработаны эффективные магнитные очистные фильтры большой производительности.
Цель работы: исследовать влияние геометрии узла очистки и параметров магнитного поля на эффективность магнитосорбционной очистки в пористых насадках; исследовать основные закономерности осаждения дисперсных частиц в поляризованной сегнетоэлектрической насадке; исследовать конструкции сорбционных зон магнитных фильтров соленоидного типа и разработать устройство для фильтрования больших обьемов текучих сред; внедрить новые конструкции очистных устройств.
Методы исследовния. Концентрация железа в аммиаке определялась сульфосаллицилатным фотоколориметрическим методом, в модельных и полумодельных суспензиях роданидовым методом на КФК-2-УХЛ-4.2 Определение эффективности магнитного осаждения проводилось многократным измерением локальных значений концентрации до и после фильтра. Магнитная восприимчивость осадка определялась пондеромоторным методом; магнитный поток в насадке - импульсноиндукционным методом мил-ливеберметрами М109 и Ф5050; измерение индукции - датчиком Холла тес-ламетра модели 43205. Дисперсность примесных частиц определялась с использованием электронного микроскора УЭВМ-100К. Исследования сегнетоэлектрической насадки проводились по методике Сойера-Тауэра с применением осцилографа С1-77.В планировании, и обработке результатов экспериментов использовалась ПЭВМ.
Научная нпнизна работы. Получены зависимости, определяющие геометрию узла очистки магнитных фильтров бокового намагничивания.
Получено уравнение, в котором средняя индукция насадки описывает вклад поля в эффективность магнитофильтрационной очистки.
Доказана возможность извлечения дисперсных частиц из суспензий поляризуемой гранулированной сегнетоэлектрической насадкой и получена зависимость эффективности очистки от параметров фильтрования: длины насадки, средней индукции электрического поля, скорости фильтрования.
Разработана новая конструкция электромагнитного фильтра броневого типа, предназначенного для очистки больших расходов жидкостей и газов, получены зависимости для расчета и проектирования устройств этого типа. Практическая ценность. Получение уравнение магнитофильтрационной очистки и результаты исследований геометрии узла очистки позволили разработать и внедрить магнитный фильтр бокового намагничивания, предназначенного для очистки жидкого аммиака Ровенского производственного объединения "Азот", очистки аммиака, транспортируемого по аммиакопро-воду Тольятти-Одесса, а также они использованы при реализации лицензионного соглашения с французской фирмой "Флоник Шлемберже".
Результаты исследований параметров фильтра броневого типа использованы при проектировании магнитоочистного устройства, предназначенного для очистки конденсата Саранской ТЭЦ.
Реализаиия работы. Результаты исследований явились составной частью при разработке устройств очетки жидкого аммиака от железосодержащих примесей и внедрение его на Ровенском производственном объединении "Азот", использованы при реализации лицензионного соглаения с французской фирмой "Флоник Шлемберже" и создании фильра, предназначенного для очистки аммиака, транспортируемого по аммиакопроводу.
Результаты исследований соленоидного фильтра броневого типа использованы при проектировании устройства большой производительности для чистки конденсата.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и отдельные ее разделы представлялись, докладывались и обсуждались на:
Всесоюзных научно-технических конференциях;
Республиканской научно-технической конференции;
Всемирной выставке "Болгария-85" (золотая медаль);
- выставке ВАК СССР (развернутой на ВДНХ СССР) "Кадры высшей
квалификации и научно-технический прогресс", 1987 г. (бронзовая медаль).
Публикации. По результатам исследований опубликована 21 печатная
работа, в том числе 4 авторских свидетельства СССР на изобретения и 4
положительных решений на выдачу авторских свидетельств.