WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Таким образом, экспериментально подтверждена возможность использования различных твердых сред для интенсификации технологических процессов введением в исследуемую систему веществ, эффективно преобразующих энергию СВЧ-поля в тепловую, необходимую для проведения процесса.

Результаты исследования нагрева жидкости с помощью термотрансформаторов в СВЧ-поле могут служить для разработки Масса испарившейся жидкости, кг энергосберегающего и экологически безопасного способа подготовки паровой фазы. На рисунке 5 представлена принципиальная схема лабораторной установки по подготовке паровой фазы.

I V I II Рисунок 5 - Принципиальная схема лабораторной установки по подготовке паровой фазы Показана принципиальная возможность протекания процесса подготовки паровой фазы с температурой более 3000С при атмосферном давлении и определены оптимальные условия ведения процесса, получены данные, характеризующие зависимость температуры пара от высоты слоя термотрансформатора, загружаемого в испаритель.

Кроме простого испарения исследованы гетерогенно-каталитические превращения - дегидрирование бутенов в бутадиен (рисунок 6) - под действием СВЧ- излучения в электромагнитном поле с использованием катализатора К-16У (таблица). Процесс исследовался как характерный, традиционно использующий реактор с теплоносителем-разбавителем водяным паром с целью возможной замены на электродинамический реактор.

Выход целевого продукта - бутадиена - соответствует промышленному уровню при использовании в качестве разбавителя азота вместо водяного пара.

Как это следует из расчета равновесных глубин дегидрирования, оптимальным является разбавление бутенов азотом в соотношении 1:10. Последнее позволяет предложить конструкцию изотермического электродинамического реактора, со значительно меньшим теплоуносом, без необходимости отделения от влаги превращенного сырья.

Рисунок 6 - Схема лабораторной СВЧ-установки дегидрирования Дегидрирование бутенов на катализаторе К-16У Раз- Объ- Состав контактного газа, % мас.

Тем- бавле емная пера- CO2 H2 CH4 C2H4 C3H6 C4H8 C4H8 C4H8 C4H-ние, скодиок- водо- метан эти- про- бутен транс- цис- бутамоль рость, тура, лен пилен + бутен бутен диен ч-1 сид род углеC рода 600 1:5,9 200 7,08 0,78 0,5 2,72 1,04 23,11 31,00 17,53 16,1:5,3 600 6,73 1,01 0,3 1,88 0,93 22,67 29,44 18,86 18,1:5,5 800 6,52 1,12 0,27 1,34 0,67 20,21 29,34 19,82 20,1:10,7 200 6,81 0,97 0,4 1,51 0,75 23,19 31,63 17,42 17,1:9,8 600 6,34 1,18 0,3 1,23 2,01 21,36 27,14 18,47 21,1:10,2 800 6,28 1,20 0,25 2,06 1,15 20,79 26,96 17,93 23,1:19,9 200 6,74 0,90 0,31 1,99 0,59 23,65 30,33 18,47 17,1:20,4 600 6,12 1,19 0,29 1,72 1,13 23,49 37,23 16,59 22,1:20,2 800 6,15 1,29 0,30 1,81 0,40 21,16 27,70 16,54 24,Исследован нагрев расходуемой в химико-технологическом процессе среды, одновременно преобразующей энергию СВЧ-поля в тепловую на примере процесса обжига известняка.

Результаты опытов приведены в виде зависимости конверсии сырья от температуры и времени, конверсия карбоната кальция (CaCO3) при осуществлении процесса в электромагнитном поле составила 92% (при 950С) против 75% при традиционном способе, когда температура составляла 1000-1100С.

Схема лабораторной СВЧ установки обжига известняка приведена на рисунке 7.

Рисунок 7– Лабораторная установка по разложению карбоната кальция В нефтеперерабатывающей промышленности для производства высококачественных пластичных смазок, одного из самых массовых видов продукции, требуются кальциевые мыла, качество которых, в свою очередь, в значительной степени зависит от применяемой окиси кальция. Будучи в основном продуктом крупнотоннажных известково - цементных производств, зачастую окись кальция по качеству не удовлетворяет запросам нефтепереработчиков.

Предлагаемая конструкция аппарата для получения окиси кальция позволяет наладить малотоннажные, миниатюрные, малоэнергоемкие, безопасные узлы по получению окиси кальция для кальциевых мыл непосредственно на производствах пластичных смазок, тем самым снизить их себестоимость и повысить качество.

Определялась важнейшая электрофизическая характеристика - глубина проникновения СВЧ-излучения в исследуемые среды, приведены методика и результаты экспериментов по ее определению.

Получены исходные данные для разработки методик расчета массообменных аппаратов исследованных технологических процессов под действием СВЧ-излучения.

В третьей главе приведен метод расчета конструктивных параметров СВЧ-реакторов для процессов разложения извести, дегидрирования бутенов и нагрева жидких сред. Метод заключается в расчете количества теплоты, которое необходимо передать в единицу времени объему вещества в реакторе, установлении корреляционных значений мощности поля и высоты реактора из эмпирически найденных характеристик поглощения СВЧ - излучения в обрабатываемом твердом веществе.

Так же предложена методика согласования основных параметров аппарата и физических свойств термотрансформирующего энергию вещества с вводимым в рабочую зону электромагнитным излучением фиксированной частоты. Расчет корпуса аппарата производится как резонатора электромагнитного излучения. Для этого используется понятие критической длины волны СВЧ-излучения кр, определяемой диаметром аппарата, которая должна значительно превышать длину волны, генерируемую источником электромагнитного излучения. Для цилиндрических аппаратов кр 1705 D. (1), Следовательно, диаметр должен выбираться из условия:

< кр, D (2) >.

, Высоту рабочей зоны следует выбирать в зависимости от высоты слоя среды, трансформирующей основное необходимое для проведения процесса количество электромагнитной энергии в тепловую.

При проведении гетерогенно - каталитических процессов в роли термотрансформатора выступает катализатор, высота слоя которого определяется глубиной проникновения электромагнитных волн в вещество катализатора:

, (3) 2 '( 1+ tg2 -1) где Е - расстояние, на котором амплитуда вектора напряженности электрического поля электромагнитной волны уменьшается в е раз (е 2,7 - основание натурального логарифма);

’ - действительная часть относительной диэлектрической проницаемости вещества катализатора;

tg - тангенс угла потерь.

Слой катализатора должен максимально полно поглотить СВЧ-энергию, обеспечивая высокую эффективность процесса. Это учитывается в расчете следующим образом.

Представим высоту слоя катализатора в виде выражения h = zЕ, тогда амплитуда колебаний вектора E на выходе из слоя катализатора будет равна EE =, (4) ez где E0 - амплитуда вектора E на входе.

Принимая, что E/Е0 < 0,01, получим Z > ln 100 = 4,6. Таким образом, для полного использования энергии СВЧ-излучения высота слоя катализатора должна удовлетворять неравенству h 4,6 Е. (5) Мощность СВЧ-генератора выбирается исходя из затрат энергии на эндотермическую термокаталитическую реакцию.

Данная методика предлагается для расчета основных технологических параметров (диаметр, высота рабочей зоны) аппаратов с использованием СВЧ - излучения.

Четвертая глава посвящена разработке конструкций аппаратов с использованием СВЧ - излучения.

Разработаны конструкции электромагнитных сверхвысокочастотных устройств для проведения гетерофазной реакции дегидрирования углеводородов, обжига известняка, испарения жидких сред и пароподготовки. Приведено сравнение эффективности традиционных и разрабатываемых аппаратов.

На рисунке 8 показан СВЧ-реактор для проведения эндотермической гетерогенно-каталитической реакции дегидрирования бутенов в бутадиен.

В узел ввода электромагнитного излучения устанавливается мембрана, герметизирующая реакционную зону, проницаемая СВЧ-излучением. Для изготовления мембраны могут быть использованы различные диэлектрические материалы: фторопласт, кварцевое стекло, керамика и др.

Узел ввода сырья снабжается четырьмя штуцерами для тангенциального ввода сырья в реакционную зону максимально приближенно к мембране с целью охлаждения мембраны до допускаемой рабочей температуры материала мембраны и, что очень важно, для предотвращения металлизации мембраны возможной возгонкой металла из материала катализатора.

Направление распространения СВЧ-излучения по линии волновода Рисунок 8 - Реактор для проведения эндотермических процессов Реакционный узел -это цилиндр с распределительными решетками, заполненный катализатором. Данный узел, как и реактор в целом, проектировался с учетом возможности использования элементов, широко применяемых в промышленных аппаратах. Например, блоки, из которых состоит реакционный узел, соединены между собой посредством фланцевого соединения, в качестве уплотнения используются алюминиевые прокладки. Установка металлических прокладок между соединительными элементами реактора обязательна, т.к. это условие локализации электромагнитного излучения в полости реактора.

Распределительные решетки, на которые засыпается катализатор, предлагается изготавливать из жаропрочной керамики, достаточно проницаемой электромагнитным излучением.

Узел вывода состоит из двух частей, соединенных между собой косым фланцем, угол наклона к горизонтали 370. Верхняя часть служит для отвода из реактора контактного газа через штуцер 6, а также позволяет осуществлять сбор и выгрузку просыпавшихся из реакционной зоны частиц катализатора. Сбору частиц в штуцере 1 способствует поток контактного газа и наклонная поверхность согласующей камеры, предназначенной для поглощения остаточного электромагнитного излучения. В косом фланце параллельно его поверхности соединения устанавливается крышка согласующей камеры, проницаемой воздействию СВЧ-излучения. Крышка изготавливается из такого же материала, как и мембрана.

В качестве согласующей нагрузки используется заполняющая камеру вода.

Ввод и вывод воды производится через штуцеры 2, 3, 4 и 5. Остаточное электромагнитное излучение, в случае неполного поглощения электромагнитной энергии веществом катализатора, проникает сквозь мембрану согласующей камеры и поглощается в массе воды.

Материал для изготовления СВЧ-реактора наряду с традиционными должен удовлетворять и дополнительному требованию - обладать достаточной электропроводностью, что обеспечивает малые потери электромагнитной энергии при ее распространении по высоте реактора.

В частности, требуемую электропроводность обеспечивает легированная сталь 08X18Н10Т с малым содержанием углерода. Данная сталь имеет широкий температурный диапазон применения (от -263 до +6100С), устойчива к воздействию агрессивных сред.

Разработано также реакционное устройство для проведения некаталитических химических процессов - сверхвысокочастотная известково– обжигательная печь (рисунок 9), которая представляет собой вертикальный цилиндрический металлический сосуд, состоящий из трех камер: верхней, средней и нижней.

I-известняк; II-газ межконусного пространства; III-печной газ;

IV-горячий воздух; V-известь; VI-воздух холодный; 1-загрузочный механизм;

2-камера подогрева; 3-камера обжига; 4-камера охлаждения; 5-волновод для электромагнитной энергии; 6-валковый питатель; 7-улита печи Рисунок 9 – СВЧ-реактор для обжига известняка Верхняя камера предназначена для предварительного нагрева известняка (высота камеры 4 м и диаметр 3 м), средняя-служит для дальнейшего нагрева известняка и его диссоциации. Высота этой части 3 м, диаметр реакционного пространства 4,5 м, полезный объем 47,7 м3. Нижняя часть с высотой 5м также имеет диаметр 4,5 м и предназначена для охлаждения извести, выгружаемой из реакционной зоны.

В реакторе используется СВЧ - генератор с мощностью, достаточной для нагрева сырья до температуры 950°С. Резонатором для электромагнитной энергии является корпус реактора, футерованный снаружи шамотным кирпичом для снижения теплопотерь. Для охлаждения самого СВЧ - генератора используется вода.

Кусковой материал, двигаясь с верха реактора вниз, проходит последовательно камеру предварительного нагрева, камеру обжига и охлаждения.

Разложение (обжиг) известняка происходит при температуре около 950°С, в камере охлаждения происходит теплообмен между раскаленными кусками извести и движущимся навстречу воздухом. Загрузка сырья в реактор и выгрузка продукта в камеру охлаждения осуществляется валковыми питателями.

Разработано устройство для испарения жидких сред в СВЧ - поле в присутствии термотрансформатора.

Устройство для испарения жидких сред в СВЧ - поле разрабатывалось с учетом возможности применения его в ректификации смесей нефтепродуктов в качестве выносного(а) или встроенного (б) кипятильника-испарителя (рисунок10).

Ввод СВЧ - излучения а) б) 1 - колонна; 2 - устройство СВЧ - испарения Рисунок 10 - Варианты применения устройства для испарения жидких сред в СВЧ - поле в схемах нефтепереработки На рисунке 11 представлена схема СВЧ-испарителя. В цилиндрической рабочей камере 1 устройства для испарения жидких сред располагается вещество, преобразующее энергию электромагнитного поля в тепловую - 2. Штуцер предназначен для непрерывной подачи технологической среды 4. В конической крышке 5 рабочей камеры монтируются: люк 6 для загрузки и выгрузки вещества, преобразующего энергию электромагнитного поля в тепловую; волноводы 7 для подвода СВЧ – энергии под углом, обеспечивающим перекрытие поверхности нагрева; штуцер 8 в конической вершине крышки.

7 6 8 5 3 2 4 Рисунок 11 - Устройство для испарения жидких сред нефтеперерабатывающей промышленности Усовершенствование конструкции испарителя, рассмотренного выше, позволило создать СВЧ – установку для получения перегретого пара при атмосферном давлении. Разработанная установка (рисунок 12) состоит из трёх основных частей: генератора электромагнитного излучения 5, волновода 8, направляющего это излучение, и парогенератора 1.

Генератор СВЧ – излучения состоит из магнетрона 6 и блока питания 7.

Волновод представляет собой трубу диаметром 300 мм, изготавливаемую из меди, крепится к штуцеру 14 фланцевым соединением. Волновод закрыт фторопластовой мембраной 11, проницаемой электромагнитному излучению и препятствующей попаданию паровой фазы в СВЧ – генератор.

Парогенератор представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, изготавливаемый из двухслойной стали марки 20К+Х18Н10Т, заполненный термотрансформатором 10 (отработанным катализатором К-24И, К-16У), загружаемым на распределительную решётку 4. Парогенератор снабжён штуцерами для ввода воды 12, вывода паровой фазы 13, ввода электромагнитного излучения 14, штуцером для слива осадка 15 и штуцером ввода инертного газа 16.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»