Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по разным специальностям
20 Основное содержание диссертации изложено в работах На правах рукописи
1. В.Е.Щербаков, Н.Г.Емелина, Н.Н.Толкачев, Ю.В.Картовский, Д.С.Третьяков.
абораторные исследования по упариванию хлормагниевого раствора с примесями хлоридов натрия и калия. //Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2011 г. №3. -С. 14-15.
2. Д.С.Третьяков, Ю.В.Картовский, С.М.Токарев и др. Концентрирование хлормагниевого раствора в экспериментальном аппарате с падающей пленкой.
//Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2011 г. №8. -С. 12-15.
ТРЕТЬЯКОВ ДМИТРИЙ СЕРГЕЕВИЧ 3. Д.С.Третьяков, В.А.Рябков, В.А.Труфанов, В.А.Чемезов и др. Вакуумкристаллизационные установки для производства магния из серпентинита.
//Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2011 г. №4. -С. 29-31.
(
4. Патент РФ на полезную модель №99988 Вакуум-кристаллизатор. Приоритет от 28.06.2010 г. Авторы: Рябков В.А., Труфанов В.А., Чемезов В.А., Третьяков Д.С. и др.
ПРОЦЕССЫ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ХЛОРМАГНИЕВОГО РАСТВОРА И 5. Ю.В.Картовский, В.Б.Чернозубов, К.В.Глушко, В.А.Чемезов, Д.С.Третьяков и др. Промышленная вакуум-выпарная установка для концентрирования КРИСТАЛЛИЗАЦИИ СОЛЕЙ ХЛОРИДОВ В ВАКУУМНЫХ УСТАНОВКАХ хлормагниевого раствора. //Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2011 г. №5. -С. 8-10.
(
6. Егоров А.П., Глушко К.В., Третьяков Д.С., Бондаренко Н.Б. Опыт ОАО СвердНИИхиммаш в части применения титана ВТ1-0 в опреснении и химическом машиностроении. Доклад на международной научно-практической 05.17.08 - Процессы и аппараты химических технологий конференции по титану, посвященной 50-летию промышленного производства титана на ВСМПО. 14.03.2007 г. -4 с.
7. Третьяков Д.С., Глушко К.В., Чемезов В.А. Опыт ОАО СвердНИИхиммаш в части применения титана ВТ1-0 в атомной промышленности, опреснении и химическом машиностроении. Доклад на отраслевой конференции Титан в атомной промышленности. ЛОК ДО Колонтаево. 29-30.10.2008. -6 с.
АВТОРЕФЕРАТ
8. А.С.Дербышев, Д.С.Третьяков, А.Н.Ефимов, А.А.Щелконогов, В.А.Киселев, диссертации на соискание ученой степени А.И.Потеха. Выбор конструкционных материалов для оборудования и трубопроводов вакуум-кристаллизационной установки производства кандидата технических наук
хлористого калия. //Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2011 г. №6.
-С. 34-39. (
9. Третьяков Д.С. Инвентаризация результатов интеллектуальной деятельности ОАО СвердНИИхиммаш в части ноу-хау с целью их коммерциализации.
//Новые промышленные технологии, №2, 2009. С. 37-39.
Казань - 20 Анализ и обоснование выбора числа корпусов установок, конструкций аппаратов
Работа выполнена в Свердловском научно-исследовательском институте химического ВВУ хлормагниевого раствора машиностроения Государственной корпорации по атомной энергии Росатом Для прямоточного выпаривания раствора с кристаллизацией солей необходимо применение выпарных аппаратов с принудительной циркуляцией суспензии.
Научный руководитель Чемезов Владимир Александрович, Для противоточного концентрирования исследуемых растворов наиболее рациональными и эффективными из современных типов выпарной техники являются кандидат химических наук, старший АПП.
научный сотрудник, референт На основании выполненных нами оценочных расчетов приведенных годовых затрат по эксплуатационным расходам (пар, вода, электроэнергия) и амортизации Генерального директора по науке оборудования для вариантов двух и трехкорпусных ВВУ, оснащенных аппаратами с Официальные оппоненты Ермаков Сергей Анатольевич, доктор падающей пленкой, предпочтительным оказался вариант противоточной трехкорпусной ВВУ.
технических наук, профессор, заведующий ВКУ синтетического карналлита кафедрой Процессы и аппараты На основании исходных данных и проведенных экспериментов (глава 2), по методике СвердНИИхиммаша рассчитана шестикорпусная ВКУ, оснащенная химической технологии ФГАОУ ВПО двухконтурными кристаллизаторами, которые разработаны в и применяются в УрФУ имени первого Президента России производстве различных минеральных солей, в том числе хлористого калия и хлористого натрия в ОАО Уралкалий и в составе многокорпусных ВКУ для получения карналлита Б.Н.Ельцина (г.Екатеринбург) в ПО Хлорвинил.
Халитов Рифкат Абдрахманович, доктор ВКУ отработанного электролита Аналогично установке получения синтетического карналлита разработана технических наук, профессор, профессор четырехкорпусная ВКУ, оснащенная двухконтурными кристаллизаторами.
кафедры ОХЗ ФГБОУ ВПО КНИТУ Все три технических проекта приняты заказчиком.
(г.Казань) ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Ведущая организация ЗАО ВНИИ Галургии, (г. С-Петербург) 1. Экспериментально подтверждена пригодность использования в промышленной ВВУ аппаратов с падающей пленкой для концентрирования хлормагниевого раствора в проектном температурно-солевом режиме.
2. Показано, что при повышении массовой доли кристаллов в суспензии до 18% доля снятого пересыщения 80% достигается за 60 с. Определены теплофизические и
Защита состоится л25 мая 2012 г. в 14.00 часов на заседании Диссертационного физико-химические свойства раствора, параметры контроля и управления установками.
Совета Д 212.080.06 при Казанском национальном исследовательском технологическом 3. Экспериментально доказано, что наилучшим основным конструкционным материалом для корпусов выпарных аппаратов и кристаллизаторов является сплав ВТ1университете по адресу: г. Казань, ул. Карла Маркса, д.68, ауд. А-330.
С диссертацией 0. Для оборудования, эксплуатируемого при атмосферном давлении, возможно можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Казанского национального применение неметаллических материалов или углеродистой стали с покрытием.
4. Выполнены технологические расчеты; проведена сравнительная оценка исследовательского технологического университета.
расходных, массогабаритных и стоимостных показателей ВВУ. Доказано, что наиболее предпочтительным вариантом является выпаривание в режиме противотока трехкорпусной установки.
Автореферат разослан л19 апреля 2012 г.
5. Разработан технический проект ВВУ, где впервые для упаривания хлормагниевого раствора используются аппараты с падающей пленкой.
6. На основании результатов лабораторных исследований, экспериментов и опытов, исходных данных ВНИИГалургии разработаны технические проекты ВКУ
Ученый секретарь синтетического карналлита и отработанного электролита, оснащенные оригинальными двухконтурными кристаллизаторами.
диссертационного совета Д 212.080.7. Технические проекты ВВУ и ВКУ приняты заказчиком. Выданы исходные д.т.н., профессор С.И. Поникаров данные для разработки эскизных проектов систем контроля и управления тремя установками.
18 Таблица 11 - Исходные данные и результаты расчета материальных потоков
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Массовый Массовая доля компонентов в растворе, % № Наименование потока расход Актуальность темы п/п MgCl2 CaCl2 KCl NaCl CaSO4 H2O потока, т/ч Производственная деятельность ГОК Ураласбест привела к образованию в вх. вх. вх.
II вх. вх.
отвалах 4 млрд. т серпентинита, действующее производство увеличивает эти запасы на aH Раствор, поступающий из Sвх. aMgCl aCaCl aKCl aNaCl aCaSO вх.O 1 2 2 30 млн. т ежегодно. Серпентинит содержит 20-22% магния. В связи с возрастающей Iго во IIой корпус ВВУ 186,6 8,29 2,03 64,22,35 3,23 0,0потребностью в производстве магния и для ликвидации отвалов в г.Асбесте реализуется II вых. вых.
вых вых.
aCaSO aH O Упаренный раствор aMgCl aCaCl aKCl. aNaCl вых. вых.
Sвых. проект строительства магниевого завода. При этом решаются следующие задачи:
4 2 2 после IIго корпуса ВВУ 8,20 2,17 0,02 62,12 Х малоотходная переработка отвалов серпентинита с получением 174,0 24,03 3,дешевого магния в количестве 30 тыс.т/год и сопутствующих Выпаренная вода во IIом WII - - - - - 1продуктов;
корпусе ВВУ 11,Х организация порядка 1500 рабочих мест.
Кристаллы хлористого II Gкр.KCl - - - - - - Важнейшие процессы при получении металлического магния - 4 калия, выделившиеся во концентрирование хлормагниевого раствора и кристаллизация синтетического 1,IIом корпусе ВВУ карналлита KClMgCl26H2O. В рамках разработки оборудования для обеспечения этого III aMgCl вх.III вх.III вх.III вх.III вх.III Раствор, поступающий из Sвх. вх.III aCaCl aKCl aNaCl aCaSO aH O процесса нами были выполнены исследования и расчеты.
2 1 4 IIго в IIIй корпус ВВУ 174,0 24.03 8,2 2,3,46 0,02 64,10 Цель исследования - теоретическое и экспериментальное обоснование новых Кристаллы хлористого II технологических и технических решений в производстве синтетического карналлита;
Gкр.KCl 2 калия из IIго в IIIий корпус - - - - - - выбор конструкционных материалов и разработка оборудования трех установок.
1,ВВУ Научные задачи:
вsх.III вsх.III III вых.
- исследование на лабораторной установке поведения хлормагниевого раствора aMgCl aCaClIII aKCl.III aNaClIII aCaSO aH O Упаренный раствор после Sвых. вых.III вых. вых 2 2 3 IIIго корпуса ВВУ при различных степенях концентрирования и нахождение предельной степени, 5,90 2,154.8 26,20 3,89 61,50,0обеспечивающей безкристаллизационный режим концентрирования; определение Выпаренная вода во IIIем WIII - - - - - 14 теплофизических и физико-химических свойств раствора, параметров контроля и корпусе ВВУ 11,управления установками;
Кристаллы карналлита в III - получение экспериментальных данных на выпарном аппарате опытного стенда Gкр.карн.
5 суспензии после IIIго - - - - - - при концентрировании в нём хлормагниевого раствора, проведение стендовых 3,корпуса ВВУ испытаний по отработке узлов аппаратов;
Кристаллы хлористого III Gкр.KCl - - - - - - - исследование кинетики процесса кристаллизации синтетического карналлита;
6 калия в суспензии после - проведение коррозионных исследований с целью выбора конструкционных IIIго корпуса ВВУ 5,материалов для оборудования.
Таблица 12 - Материальные потоки и концентрации компонентов в упаренном Научная новизна растворе по корпусам противоточной ВВУ 1. На лабораторной установке и опытном стенде получены данные по физикоМассовый расход потока, т/ч Массовые доли компонентов, % химическим и теплофизическим свойствам при упаривании хлормагниевого раствора с Раствора Выпаре Наименование потока нной На примесями.
На входе воды в выходе из MgCl2 CaCl2 KCl NaCl H2O 2. Экспериментально подтверждена пригодность использования в промышленной в корпус корпусе корпуса вакуум-выпарной установке аппаратов с падающей пленкой для концентрирования Двухкорпусная хлормагниевого раствора.
Исходный раствор на 68,9 - - 19,96 0,42 1,39 1,20 77,выпаривание 3. Впервые для карналлитового раствора исследуемого состава определено время Раствор во втором снятия 80% пересыщения при массовой доле кристаллов до 18%.
68,9 54,55 14,35 25,21 0,53 1,76 1,52 70,корпусе 4. Проведены коррозионные исследования различных металлических сплавов, Раствор в первом 54,55 40,20 14,35 34,21 0,72 2,38 2,06 60,неметаллических материалов и покрытий в условиях работы установки кристаллизации корпусе отработанного электролита. Доказана возможность применения неметаллических Трехкорпусная Раствор в третьем материалов или углеродистой стали с покрытием для оборудования, эксплуатируемого 68,9 59,3 9,6 23,18 0,54 1,62 1,30 73,корпусе при атмосферном давлении.
Раствор во втором 59,3 49,7 9,6 27,67 0,58 1,92 1,66 68,17 Практическая значимость корпусе На основании результатов выполненных исследований, проведенных НИОКР по Раствор в первом 49,7 40,2 9,5 34,21 0,72 2,38 2,06 60,корпусе процессам выпарки и кристаллизации, разработаны технические проекты оборудования 4 цеха производства синтетического карналлита в г.Асбесте, что позволит перерабатывать 1. Титан показывает высокую надежность его применения для изготовления отвалы серпентинита, по малоотходной технологии получать магний и ряд оборудования проектируемой ВКУ.
сопутствующих продуктов. В 2010 году получен патент РФ на полезную модель 2. Коррозионностойкие стали не допустимо применять в условиях эксплуатации кристаллизатора. проектируемой ВКУ.
На защиту выносятся: 3. В условиях эксплуатации под вакуумом при температуре 850С (330 ч) многие - результаты лабораторных исследований по упариванию и кристаллизации, защитные покрытия отслаиваются и не обеспечивают предотвращение коррозии экспериментальных исследований процессов на стенде, коррозионных углеродистой стали.
исследований; 4. Для изготовления емкостного оборудования, эксплуатируемого при - установки промышленного назначения. атмосферном давлении, возможно применения неметаллических материалов или Публикации углеродистой стали с покрытием.
Основное содержание диссертации опубликовано в девяти статьях, пять из которых - согласно Перечня российских рецензируемых научных журналов, в которых В третьей главе приведены результаты расчетов установок промышленного должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание назначения ученых степеней доктора и кандидата наук, доложено на международной научно- Важное значение имеет выбор варианта технологической схемы и температурного практической конференции по титану, посвященной 50-летию промышленного режима выпарной установки для обеспечения минимального потребления производства титана на ВСМПО (В-Салда, 14-16.03.07 г.), а также на отраслевой энергоносителей (пара, воды, электроэнергии) и снижения металлоемкости конференции Титан в атомной промышленности (Колонтаево, 29-30.10.08 г.). Кроме оборудования, поскольку требуется изготовление его из дорогостоящих того, четыре статьи переведены и опубликованы в журнале Chemical and Petroleum коррозионностойких конструкционных материалов.
Engineering. Для концентрирования хлормагниевого раствора (процесса выпаривания) на Вклад автора в разработку основе полученных экспериментальных данных были выполнены технологические Автору принадлежит формулировка и обоснование цели исследования, расчеты по методике СвердНИИхиммаша для прямоточного и противоточного режимов руководство выполнением экспериментальных исследований, участие в обсуждении, двух- и трехкорпусной ВВУ.
обработке и анализе результатов. Разработка технических проектов установок На основании результатов этих расчетов и проведенных опытов проводилась под непосредственным руководством автора. предпочтительный оказался вариант противоточной трехкорпусной ВВУ. Для нее Объем работы выполнена принципиальная аппаратурная схема, определена техническая Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов и девяти характеристика оборудования и дана оценка его стоимости.
приложений. Работа изложена на 156 страницах, включая 140 основного текста, в том Последующей технологической стадией после выпаривания хлормагниевого числе 60 рисунков и 17 таблиц. раствора является синтез и кристаллизация карналлита. При разработке Представленные в диссертации и публикациях результаты исследований кристаллизаторов для определения их рабочего объема и расхода циркулирующей получены под руководством автора и при его непосредственном участии. суспензии необходимо иметь данные по кинетике протекания процесса. Поэтому в предыдущем разделе приведены результаты выполненного нами экспериментального СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
исследования кинетики снятия пересыщения раствора при кристаллизации карналлита в Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, зависимости от условий проведения процесса.
сформулированы ее цель, научные задачи, указаны научная новизна и практическая Сравнение прямоточного и противоточного процессов значимость.
Прямоточная трехкорпусная ВВУ В главе 1 аналитически исследованы по литературным источникам:
Первый корпус ВВУ. При температуре в первом корпусе 113-1150С упаренный гетерофазные процессы в системе твердое-жидкое; массо-теплообмен в аппаратах при раствор указанного состава является ненасыщенным по всем солям, поэтому процесс выпаривании и кристаллизации; конструкции промышленных кристаллизаторов;
выпаривания протекает без выделения твердой фазы. Исходные данные и результаты изобретения по группам кристаллизаторов; экспериментальные методы исследования расчетов материальных потоков второго и третьего корпусов ВВУ приведены в табл.11.
процесса кристаллизации веществ из растворов.
По результатам анализа научно-технической и патентной литературы выявлено:
Противоточный режим выпаривания хлормагниевого раствора Х выпарные аппараты с падающей пленкой (АПП) предпочтительней аппаратов с Сравнение результатов расчета солевого состава и упаренного раствора с принудительной циркуляцией по коэффициентам теплопередачи, металлоемкости диаграммой растворимости в системе MgCl2-KCl-H2O показывает, что при выпаривании и времени пуска-останова.
как в режиме двухкорпусной, так и в режиме трехкорпусной ВВУ при заданных Х нет надежных опытных данных о поведении хлормагниевого раствора с температурных условиях раствор во всех корпусах не достигает насыщения по хлоридам примесями солей хлоридов при концентрировании в АПП.
калия и магния, табл.12 (номер корпуса указан по ходу греющего пара). Поэтому Х в промышленности предпочтительней использовать ступенчатые процесс концентрирования раствора не сопровождается выделением твердой фазы.
кристаллизаторы с раздельным отбором продукционной суспензии и маточного 16 Анализ и рекомендации по результатам исследования раствора.
В табл.9 приведены результаты коррозионных испытаний металлических Х только изучение предкристаллизационного состояния пересыщенных растворов, материалов в статических условиях в имитатах растворов и при температурах, которые кинетики зародышеобразования и роста кристаллов может дать представление о будут соответствовать составам и температурам растворов в корпусах проектируемой процессе кристаллизации, что позволит рассчитать установку.
ВКУ при ее эксплуатации.
Таблица 9 - Коррозия сварных образцов - колец исследуемых материалов в Вторая глава посвящена экспериментальным исследованиям процессов в имитатах растворов ВКУ при разных температурах лабораторных условиях и на стенде:
Скорость проникновения коррозии, мм/год 2.1 Упаривание хлормагниевого раствора с примесями Материалы 350С 550С 850С Лабораторные исследования проводили при атмосферном давлении. Решались следующие научные задачи:
12Х18Н10Т 0,003 (0,1) 0,007 П (0,1Ц0,3) 0,009 П (0,2Ц0,5) -определение теплофизических свойств раствора (плотность, температура 10Х17Н13М3Т 0,003 П (0,5Ц0,8) 0,002 П (0,1Ц0,3) 0,010 П (0,2Ц0,4) кипения) при различном содержании основного компонента - MgCl2;
08Х22Н6Т 0,003 П (0,1) 0,005 П (0,1Ц0,2) 0,015 П (0,1Ц0,3);
-изучение поведения раствора при различной степени концентрирования без Псш (0,6Ц0,8) добавок KCl+NaCl и с этими добавками;
08Х21Н6М2Т 0,002 П (0,4Ц0,6) 0,002 П (0,1Ц0,3) 0,005 Л; П (0,1Ц0,3) -определение степени концентрирования, при которой в растворе происходит 06Х28МДТ 0,003 П (0,2Ц0,3) 0,007 (0,2) 0,016 Л; П (до 0,8) кристаллизация солей.
Титан ВТ 1Ц0 0,000 0,000 0,0Методика проведения исследований Примечания. П (0,1) - питтинг глубиной 0,1 мм; К - сплошная коррозия На основе анализа методов исследования процесса кристаллизации, поверхности образцов; Псш (0,6-0,8) - питтинг металла сварного шва глубиной 0,6поставленных целей и технической возможности, была собрана лабораторная установка, 0,8 мм; Л - локальное активирование поверхности образцов.
представленная на рис.1. На установке определяли физико-химические свойства Из табл.9 следует, что образцы всех исследованных сталей и сплава 06ХН28МДТ упариваемого хлормагниевого раствора, результаты которых использованы в теплопри температурах 35, 55 и 850С имели достаточно низкую сплошную коррозию, однако технических и гидравлических расчетах оборудования.
на всех образцах, за исключением образцов титана ВТ1-0, наблюдалась местная Раствор выпаривали в коррозия.
круглодонной колбе типа КГУИнтенсивность коррозии исследуемых образцов при кипении под вакуумом 2 с двумя горловинами, насыщенных растворов с твердой фазой при температурах 35 и 850С значительно выше.
расположенными под углом.
Результаты исследования химической стойкости неметаллических материалов и Пары выпаренной воды покрытий при кипении насыщенного хлоридного раствора с твердой фазой при конденсировали в температуре 350С и разрежении 0,90 кгс/см2, показали, что образцы всех исследованных холодильнике шарикового типа материалов и покрытий не изменили цвета, твердости, линейных размеров, однако при ХШ, полученный конденсат кипении под вакуумом (0,65 кгс/см2) при 850С на всех образцах наблюдались различные измеряли мерным цилиндром изменения. Данные приведены в табл.10.
вместимостью 100 см3. В Таблица 10 - Стойкость неметаллических материалов в имитате насыщенного качестве источника тепловой раствора с твердой фазой на установке при кипении под вакуумом Рис.1. Схема лабораторной вакуум-выпарной установки:
энергии использовали Состояние поверхности образца и цвет после испытаний 1- электронагреватель; 2- колба с кипящим раствором; 3- электрическую плитку.
Материал емкость для подпитки исходным раствором; 4- ртутный при 350С при 850С Измерения проводили термометр; 5- холодильник; 6- сборник выпаренного Dion 9400 компании Reichhold Без изменений Изменение массы аттестованными приборами.
конденсата.
Asplit Dupount Без изменений Изменение массы Плотность раствора определяли с помощью набора ареометров по ГОСТ 18481Изменение цвета, твердости, Резина ГХ 1626 Без изменений растрескивание 84. Полученные результаты приводили к нормальному давлению 760 мм рт.ст.
Изменение цвета, твердости, Резина ГХ 2566 Без изменений Концентрации в растворе суммы солей MgCl2+CaCl2% определяли, используя методику растрескивание Определение MgCl2 и CaCl2 в растворах соляной кислоты, а также Эбонит ГХ1751 Без изменений Изменение цвета Комплексонометрический метод определения магния в присутствии кальция Мастика на основе винилового Без изменений Изменение цвета, растрескивание (ГОСТ 26449.1-85).
эфира МСЦ1ЦВ каждом эксперименте проводили по 5-6 опытов. Погрешность эксперимента Покрытие Steelpaint Без изменений Изменение цвета, образование пузырей составила 6,3% при доверительной вероятности 0,95.
Фаолит Без изменений Изменение массы Результаты проведенных исследований и их анализ Исследовали реальный хлормагниевый раствор, состав которого приведен в В результате проведенных коррозионных исследований сделаны выводы:
табл.1.
6 Таблица 1 - Химический состав исходного раствора раствор №3 и раствор без твердой фазы.
Компоненты KCl NaCl CaCl2 МgCl2 CaSO4 H2O Испытания образцов материалов в паровой фазе и в имитатах Массовая доля, % 0,00 0,62 0,35 26,60 0,00 72,технологических растворов, кипящих под При объемном коэффициенте концентрирования раствора nоб=1,04-1,5 получили вакуумом, проводили на установке, рис.10, опытные данные по температуре кипения исходного раствора, температурной депрессии которая имитировала условия работы относительно кипящей при 1000С воды, плотности раствора, определили концентрацию проектируемых вакуумЦкристаллизаторов.
примеси солей MgCl2+CaCl2 для указанного диапазона изменения степени Продолжительность испытаний концентрирования, табл.2. Объемную степень концентрирования вычисляли по составила 80 ч при температуре 350С и выражению, где S - объем пробы, см3; w - объем выпаренной из пробы ч при температуре 850С.
воды, см3. Исследования неметаллических На основании полученных данных сделали вывод, что концентрация исходного материалов (покрытий). Применительно к раствора до величины в nоб=1,4 при содержании МgCl2 до 38,04% не приведет к условиям эксплуатации проектируемого отложению солей на теплообменных поверхностях аппаратов вакуум-выпарной оборудования и трубопроводов ВКУ в установки (ВВУ). данной работе исследована коррозионная и При степени nоб=1,5 образование кристаллической фазы начинается при химическая стойкость образцов некоторых температуре 830С. Добавка хлорида натрия в количестве 9,9 г/дм3 приводит к началу неметаллических материалов (покрытий).
образования кристаллической фазы при температуре 1160С и степени nоб=1,4. Для испытаний использовали образцы При добавках NaCl и КСl допустимая степень концентрирования, при которой не двух типов. В качестве образцов первого Рис.9. Схема установки для коррозионных должно происходить кристаллизации на поверхности, понизилась с nоб=1,5 до nоб=1,3. типа - образцы из углеродистой стали испытаний в потоке раствора Таблица 2 - Поведение хлормагниевого раствора при охлаждении Ст.3 сп. размером 40202 мм, на которые покрытие наносилось с соблюдением ОбъемКон- Температура Плотность требований технологии подготовки поверхности и технологии его нанесения. В качестве ная стецентра- кипения при Депрес , г/см3 второго типа использовали образцы из металлической сетки, на которую наносили пень ция атмосферном сия при тем- Внешний вид раствора покрытие для исследований его стойкости под вакуумом.
конценMgCl2 давлении пературе триро1000С г/дм3 С вания nоб Раствор прозрачный, без 1,04 1,225 333,2 110,20 10,94 осадка при охлаждении до 200С При охлаждении до темпе1,20 1,289 447,4 116,30 17,07 ратуры 200С не изменил цвет, осадка нет Раствор, охлажденный до 1,40 1,316 509,3 122,24 22,380С, начал мутнеть.
Раствор, охлажденный до Рис.10. Схема установки для коррозионных испытаний при кипении раствора под 830С, начал мутнеть. При 1,50 1,339 - 125,74 25,вакуумом:
700С происходит массовая 1- образцы; 2- автоклав; 3- вакуумметр; 4- обратный холодильник; 5, 7- ловушка с кристаллизация.
насадкой; 6, 9- ловушка; 8- вакуумный насос.
Раствор начал мутнеть, при 1,40 с тепературе116,50С. При Химическую стойкость покрытий исследовали в насыщенном растворе №3 при навеской 1,321 - 124,91 24,91 охлаждении до 104,50С проразрежении 0,65 кгс/см2 (330 ч) и в растворе №1 при разрежении 0,9 кгс/см2 (170 ч).
NaCl=9,исходит массовая кристаХимическую стойкость определяли в соответствии с ГОСТ 12020Ц72 Методы г/дмлизация раствора.
определения стойкости к действию химических сред, а образцов резин - в соответствии с ГОСТ 9.030Ц74 Методы испытаний резин на стойкость в ненапряженном состоянии к Подтвержденное лабораторными исследованиями существенное влияние солей воздействию жидких агрессивных сред. Оценку стойкости неметаллических образцов к NaCl и КСl на поведение системы MgCl2-NaCl-KCl-H2O при концентрировании приводит к воздействию технологического раствора проводили по изменению их массы.
необходимости обеспечения непрерывного автоматического приборного контроля за 14 прохождения раствора через зону кристаллизации, равной 60 с (снятие 80% пересыщения). содержанием солей NaCl и KCl при эксплуатации ВВУ.
Проведенные исследования подтвердили возможность использования АПП в 2.4 Выбор конструкционных материалов проектируемой ВВУ в условиях требуемых температурных режимов и диапазоне Наибольшей коррозионной стойкостью в подобных исследуемым средам при концентраций.
температурах до 2000С обладает титан. В целях снижения стоимости изготовления При кипении в колбе лабораторной установки не моделируются гидродинамические основного оборудования вакуум-кристаллизационной установки (ВКУ) для условия пленочного движения потока в теплообменных трубках выпарного аппарата и сам кристаллизации хлорида калия была проведена работа по исследованию коррозионной режим кипения, поэтому приняли решение о проведении экспериментов по упариванию стойкости различных материалов. В требуемых интервалах температур и давления, реальных растворов на полноразмерном опытном выпарном аппарате с падающей пленкой составов растворов данные в доступной справочной литературе не обнаружены. (стенде).
Выбор конкретного полимерного материала для оборудования, трубопроводов и арматуры проектируемой установки возможен только на основании экспериментального 2.2 Проведение экспериментов на аппарате с падающей пленкой исследования применительно к условиям работы установки. Основной целью испытаний являлось получение экспериментальных данных о Аналитически рассмотрены и в лабораторных условиях исследованы работе первого корпуса ВВУ, оснащенной аппаратами с падающей пленкой, в проектном коррозионностойкие металлы и неметаллические материалы (покрытия). расчетном температурно-солевом режиме, где достигается максимальная концентрация Методика проведения исследований хлормагниевого раствора. Необходимо было экспериментально подтвердить отсутствие В каждом опыте испытывали не менее трех образцов, которые изолировали друг кристаллизации солей на теплообменной поверхности.
от друга фторопластовыми прокладками. Подготовку образцов проводили в В объем решаемых задач входило:
соответствии с требованиями ГОСТ 9.905-2007. Х выбор распределительного устройства;
Измерения проводили аттестованными приборами. Погрешность опытов Х получение экспериментальных данных на выпарном аппарате опытного составила 2,4% при доверительной вероятности 0,95. Скорость коррозии оценивали стенда при концентрировании в нем хлормагниевого раствора;
гравиметрическим методом - по изменению массы образца в процессе испытаний, Х анализ полученных данных, выявление закономерностей, их научное которое относили к площади его поверхности и продолжительности испытаний, и объяснение и выдача технических рекомендаций.
M рассчитывали по формуле: - M1 г, где Мо и М1 - массы образцов до и после 0 Для проведения исследований был смонтирован экспериментальный стенд, K = S м2 час представленный на рис.2.
испытаний, г; S - площадь активной (соприкасающейся с раствором) поверхности образцов, см2; - продолжительность испытаний в растворе, час.
Скорость проникновения коррозии рассчитывали по формуле: K мм П = 8,76 , d год где: d - плотность материала образца, г/см3.
Состояние поверхности образцов до и после испытаний контролировали визуально и при помощи микроскопа марки МБС-9 с увеличением 8х.
Металлические материалы. Лабораторные испытания в статических условиях были проведены в течение 1000 ч в растворах, содержащих 25% твердой фазы (кристаллов солей). Эксперименты проводили в герметичных фторопластовых стаканах, установленных в термостатируемые водяные бани. В табл.8 показаны составы растворов, которые имитировали возможные технологические среды.
Таблица 8 - Состав исследуемых растворов, г/дмраствор №1, раствор №2, раствор №3, раствор без Соль 350С 550С 850С твердой фазы KCl 234,25 260,85 277,75 129,NaCl 119,00 120,75 135,00 88,MgCl26H2O 240,22 225,75 205,00 273,Испытания коррозионной стойкости материалов в потоке раствора с твердой фазой проводили на специально созданной установке, позволяющей в широком диапазоне температур и составов растворов метрологически строго оценивать результаты, с вращающимися образцами в виде труб. Схема установки приведена на Рис.2. Принципиальная схема опытного стенда рис.9. Методика работы Испытания проводили при температуре 850С в течение 24 ч в растворах двух типов: В опытах на водопроводной воде проводились оценочные испытания трех типов 8 распределительных устройств: винтового, пластинчатого, струйного с целью выбора Таблица 7 - Результаты опытов по кинетике кристаллизации синтетического наиболее эффективного из них для аппаратов ВВУ, рис.2. При предварительных карналлита испытаниях устройств на воде и растворе практически равноценными оказались Продолжительность снятия Температура,0С Массовая пересыщения , с пластинчатое и струйное. Винтовое устройство проявило склонность к закупорке каналов Начальное концентрация механическими загрязнениями, присутствующими в растворе, поэтому применение его в переохлажден твердой фазы , 90% от 80% от промышленных аппаратах представляется нецелесообразным. ие, град.
t % начального начального Далее провели опыты по упариванию реального 1 37,9 37,9 3,0 15,0 140 1хлормагниевого раствора, состав 2 34,7 34,9 4,9 13,0 160 13 39,1 38,3 5,0 8,0 330 2которого приведен в табл.1.
4 44,4 41,2 5,1 22,0 140 Испытания проводились как при 5 30,9 29,8 5,3 18,0 150 периодической (по 8 ч), так и 6 45,5 44,2 9,0 21,0 160 непрерывной работе стенда (в 7 37,0 34,1 10,0 0,0 240 1а б течение рабочей недели).
14Экспериментально измеряли:
расход раствора и конденсата 3вторичного пара, температуру, 3плотность и химический состав исходного и упаренного 2S = 1E-074 - 0,00013 + 0,02472 - = -0,12083 + 7,00322 - 135,13 + 1015,раствора, температуру греющего в 2,4172+ 94,6пара, давление в конденсаторе и 2Рис.3. Распределительные устройства (а- винтовое, б- греющей камере.
пластинчатое, в- струйное) 140 Расчетным путем определяли расход раствора, объемную плотность орошения, температуру кипения, полезную разность температур, недогрев раствора, 1производительность по вторичному пару, плотность теплового потока, коэффициент = -0,12143 + 6,49672 - 120,1 + 835,теплопередачи, коэффициент упаривания. Полученные данные впоследствии использовали в тепло-технических и 5 10 15 20 гидравлических расчетах оборудования.
0 100 200 3Для определения концентраций солей, при которых происходит кристаллизация Массовая доля твердой фазы , % Время , с на поверхности теплообменной трубы, исследовали более концентрированные по Рис.8. Зависимость продолжительности снятия Рис.7. Изменение остаточного пересыщения пересыщения (, c), соответствующего переохлаждению в примесям растворы. Химический состав исследованных хлормагниевых растворов S (%) во времени , с.
50С, от массовой доли твердой фазы в суспензии , %:
приведен в табл.3. Состав растворов, обозначенных как Р1, Р2, Р3, готовили добавлением 1- доля снятого пересыщения 90% от начального в полученный от заказчика раствор Р0 сухих солей NaCl и KCl с увеличением их пересыщения; 2- доля снятого пересыщения 80% от содержания для определения критической концентрации солей KCl+NaCl, при которой начального пересыщения.
высаливающее воздействие MgCl2 приведет к выделению в растворе кристаллов KCl и Остаточное пересыщение определяли для каждого времени измерения как NaCl. Как видно из табл.3, содержание NaCl было доведено до 4,57%, т.е. увеличено в отношение разности текущего и конечного показателя к разности начального и 2,2 раза по сравнению с заданным в техническом задании (2,08%). Солесодержание КСl конечного. В конце опыта изменение показателя составляло 0,05-0,1 деления за 5-10 мин, увеличено в 2,1 раза. Что касается содержания MgCl2, то эту соль не добавляли в т.е. находилось в пределах погрешности отсчетов по рефрактометру. В связи с этим исходный раствор, поэтому ее содержание снизилось до 24,19%. зафиксировать четко конец снятия пересыщения практически не представлялось Таблица 3 - Составы исследованных хлормагниевых растворов возможным.
Поэтому для сопоставления результатов опытов были выбраны Концентрация, % Обозначение продолжительности снятия 90 и 80% начального пересыщения, когда уменьшение nД раствора MgCl2 KCl NaCl CaClбыло более существенным по сравнению с концом опыта. Так, в опыте, приведенном в Р0 26,60 0,00 0,62 0,качестве примера (табл.7, рис.8), продолжительность снятия 90% пересыщения (10% Р1 25,90 1,83 1,51 0,остаточного) равна 160, а 80% - 60 с.
Р2 25,17 3,15 2,78 0,35 В результате установлено, что для расчета рабочей зоны аппарата во избежание Р3 24,19 5,04 4,57 0,35 сильного увеличения его габаритов следует принимать продолжительность одного цикла ая ая № опыта Конечн Начальн Время , с Изменение остаточного пересыщения S, % 12 Режим работы выпарного аппарата приведен в табл.4, а полученные составы упаренных растворов - в табл.5.
Таблица 4 - Режимы работы выпарного аппарата при концентрировании хлормагниевых растворов 32 1 Р0 1332 0,200,02 155 175 210,2 1,590,2 23,1 1,2 Р0 1381 0,250,02 134 235 220,5 1,590,2 23,7 1,3 Р1 1381 0,250,02 171 223 250,3 1,590,2 27,4 1,38 40 42 44 46 Температура t, 0C 4 Р2 1381 0,250,02 134 223 300,3 1,590,2 31,4 1,Рис.6. Ход изменения показателя nД (деления шкалы рефрактометра) от 5 Р3 1381 0,250,02 10 24 15 1,590,2 16,4 0,температуры в процессе создания и снятия пересыщения:
6 Р0 1562 0,480,02 - - 16 1,590,2 17,3 - точка 1- ввод затравочных кристаллов; точка 5- достижение равновесного состояния.
Во время опытов по показаниям приборов фиксировали значения Кристаллизация синтетического карналлита, как и других солей, характеризуется технологических параметров работы стенда и отбирали пробы раствора для относительно высокой скоростью в начале процесса и низкой в конце опыта. В табл.6 и последующего химического анализа. По окончании каждого опыта проводили на рис.7 показано характерное изменение показания рефрактометра nД и остаточного визуальный осмотр состояния теплообменной поверхности выпарного аппарата.
пересыщения по времени одного из опытов.
Таблица 5 - Составы упаренных хлормагниевых растворов Для всех опытов строили кривые изменения остаточного пересыщения и по ним определяли продолжительность снятия 90 и 80% начального пересыщения. Условное Концентрация, % Таблица 6 - Изменение величины nД и Раствор: обозначение остаточного пересыщения во времени раствора MgCl2 KCl NaCl CaCl2 Н2О поставленный При проведении Р0 35,411,68 0,00 0,760,04 0,530,09 63,Время от Показатель Остаточное Заказчиком кристаллизации без ввода затравки начала рефрактометра пересыщение с однократной опыта , с nД, дел. шкалы S, % (опыт №7), но с высоким начальным Р1 30,710,44 1,770,30 1,500,33 0,420,05 65,добавкой соли 0 37,10 100,0 пересыщением продолжительность с двукратной 15 35,30 51,снятия 90% начального пересыщения Р2 30,81,20 3,90 3,40 0,40 61,добавкой соли 30 34,60 32,составила 240 с, а 80% - 170 с.
с трехкратной 45 34,50 30,Учитывая, что кристаллизация Р3 27,10 5,60 5,10 0,40 61,60 34,30 20,3 добавкой соли карналлита в непрерывно 75 34,10 18,Давление в верхней растворной камере при всех проведенных испытаниях было действующем циркуляционном 90 33,90 13,атмосферное. Как видно из табл.4, аппарат нормально работал в режимах с первого по аппарате будет всегда проходить в 120 33,90 13,четвертый. При указанных тепловых нагрузках аппарат работал в режиме присутствии твердой фазы, а ее 150 33,85 12,поверхностного испарения (пузырьковое кипение наступает при тепловом потоке не массовая доля в суспензии будет 180 33,85 12,менее 52 кВтм-2).
составлять более 15%, 210 33,80 10,Визуальным осмотром внутренней поверхности теплообменной трубы (верхняя и продолжительность одного цикла 240 33,50 2,нижняя растворные камеры сняты) было установлено, что при работе аппарата в прохождения раствора через зону 300 33,50 2,режимах 1 и 2 (табл.4) с упариванием раствора до концентрации по MgCl2 35,4-37,1% и кристаллизации должна быть для 90%360 33,50 2,концентрации NaCl 0,8% - кристаллизации солей на поверхности теплообменной трубы ного снятия пересыщения 150 с, а для 480 33,50 2,не происходит. Аналогично в режимах 3 и 4. Быстротечная массовая кристаллизация 600 33,50 2,7 80%- ного - 60 с.
солей происходила при работе аппарата в режимах 5 и 6 (табл.4). При этом в режиме 900 33,40 0,температура греющего пара достигала 1580С и содержание магния в кристаллах 1500 33,40 0,составило 42,7%. Следует отметить, что в режиме 6 в аппарат поступал раствор состава Д ------С МПа кгч кВтм раствора кВтм К № режима Плотность Температура Коэффициент температур, С теплопередачи, теплого потока, греющего пара, С Полезная разность пара (избыточное), Недогрев раствора, Давление греющего Удельная плотность Производительность по вторичному пару, Обозначение состава орошения, м пм ч Показания рефрактометра n, дел.
10 Р0, т.е. без соли KCl. В лабораторных условиях для оценки продолжительности снятия пересыщения в Полученные данные подтверждают возможность применения в ВВУ аппаратов с присутствии твердой фазы следует насыщенный при определенной температуре раствор падающей пленкой в качестве первого корпуса, а также второго и третьего, при условии, переохладить и, введя в него твердую фазу, контролировать по времени изменение что при проектном содержании в упаренном растворе, выходящем из первого корпуса, концентрации кристаллизующегося вещества в растворе до момента установления 34,5% МgCl2 концентрация в нем NaCl и КСl не будет превышать соответственно 3,4 и равновесного состояния.
3,9%. Полученные данные подтверждаются и лабораторными исследованиями. Предварительные опыты показали, что в случае кристаллизации карналлитового В результате исследований установлено следующее: раствора процесс идет довольно быстро, и снять кинетику кристаллизации отбором проб 1. В качестве эксплуатационно-надежного для АПП рекомендуется раствора и его химического анализа не представляется возможным. Можно распределительное устройство струйного типа. воспользоваться лишь инструментальным способом.
2. Подтверждена пригодность АПП в промышленной ВВУ для концентрирования Методика проведения опытов хлормагниевого раствора проектного состава в проектном температурно-солевом режиме. Эксперименты проводили на аттестованной рефрактометрической установке, 3. Безкристаллизационный режим выпаривания обеспечивается при условии рис.5. Для проведения эксперимента насыщенный карналлитовый раствор готовили работы первого по пару корпуса в следующем режиме: следующим образом. Раствор выдерживали при заданной температуре насыщения в - концентрация упаренного раствора по солям, не более, %: течение часа. Выделившиеся кристаллы отделяли на воронке Бюхнера, подогретой на MgCl2 - 35,0; NaCl - 3,4; КСl - 3,9; 50С выше температуры насыщения раствора. Осветленный раствор (1,5 л) заливали - объемная плотность орошения 1,2-1,8 м3/(мч); вновь в сосуд 8 и нагревали на 100С выше температуры насыщения. Затем раствор - температура кипения раствора в первом корпусе до 1240С. медленно в течение 1,5-2,0 ч охлаждали до заданного пересыщения.
4. Установлено, что приближение к началу кристаллизации солей NaCl и KCl Одновременно в отдельном стакане при этой же температуре термостатировали сопровождается помутнением упариваемого раствора. Поэтому необходимо обеспечить затравочные кристаллы, полученные при конверсии и охлаждении карналлитовой непрерывный контроль данного параметра. суспензии. Устанавливали необходимую частоту вращения мешалки в сосуде 8, через специальное приспособление в пересыщенный раствор вводили термостатированные 2.3 Исследование закономерностей кристаллизации из раствора затравочные кристаллы и фиксировали секундомером начало опыта. Затем через Диаграмма растворимостей хлоридов натрия и калия в системе KCl-NaCl-MgCl2- определенные промежутки времени одновременно снимали показания термометра и H2O, рис.4, не полностью отражает действительный более сложный состав подлежащего рефрактометра nД и по ним с помощью пересчета определяли текущее пересыщение.
кристаллизации карналлитового раствора из-за сложного состава выщелачиваемого серпентинита и добавки хлористого калия. Поэтому необходимо провести ряд экспериментов.
112MgCl2, г /1000г H2O 2Рис.5. Схема рефрактометрической установки:
31- термостат УТ-15; 2- трансформатор 229/8 В; 3- электролампа; 4- гибкий т в. фаза KCl световод; 5- термометр ТР-4; 6- рефрактометрическое устройство; 7- мешалка; 8- термостатированный реактор; 9- электродвигатель ПЛ-062; 10- ЛАТР.
В 343370 В каждом эксперименте проводили по 5 опытов. Погрешность эксперимента В 374 4 4MgCl2 (нас.) составила 4,2% при доверительной вероятности 0,95.
Поле карналлит а 0 На рис.6 представлена диаграмма изменения показателя nД при переходе раствора 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 2из ненасыщенного состояния в пересыщенное и изменение значений величины nД после Концентрация KCl, г/1000г H2O ввода затравочных кристаллов. Тангенс угла наклона этой линии составил 0,45.
Рис.4. Диаграмма растворимости NaCl и KCl в системе KCl-NaCl-MgCl2-H2O.
Для расчета величины рабочего объема кристаллизатора необходимо знать продолжительность снятия пересыщения (время одного цикла прохождения суспензии через зону кристаллизации) кристаллизуемого вещества при различных условиях.
Концентрация NaCl, г/1000г H O
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по разным специальностям