автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Исследование и разработка магнитных и сегнетоэлектрических фильтров для очистки текучих сред химической технологии



РРГИЕВО^КИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИИ ИНСТИТУТ

2 3 ЛЕК 1033

На правах рукописи ДАХНЕНКО Валерий Леонидович

УДК.66.067.1:538

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МАГНИТНЫХ И СЕШЕТОЕЛЕКТРИЧЕСКИХ ФИЛЬТРОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ ТЕКУЧИХ СРЕД ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Специальность 05.17.08 - Процессы и аппараты химической

технологии

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

КИЕВ- 1993.

Работа выполнена в Украинском институте инженеров водного

хозяйства

Научный руководитель - кандидат технических наук, старший

научный сотрудник

ЯЦКОВ Н.В.

Официальные оппоненты: доктор технических наук.

профессор СТАТЮХА Г. А..

кандидат технических наук, старший научный сотрудник СЕРГЕЕВ Г. И.

Ведущее предприятие - Ровенское производственное

объединение "Азот"

Защита состоится "10" января 1994 г. в час. мин. на заседании специализированного ученого совета Д068.14.06 в Киевском политехническом институте по адресу: 252056, Киев.

проспект Перемоги, 37

с диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Автореферат разослан " " 1994 г.

Ученый секретарь специализированного ученого совета

КРУГЛИЦКАЯ В.Я.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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 (HAK), 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 сред9от 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 прогнозирования 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 нпяизна 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. Получе^е 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.

Реализация работы. Результаты исследований явились составной частью при разработке устройств о^тки 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.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приведена информация из литературных источников, касающаяся общих закономерностей и основного уравнения магнитофиль-трационной очистки, приведено обоснование возможности разработки электрофильтрационного осаждения дисперсных частиц в поляризуемых сегне-тоэлектрических (ферроэлектрических) гранулированных насадках, проведен краткий обзор существующих магнитных очистных устройств, предназначенных для очистки текучих сред от магнитовосприимчивых примесей.

Отмечается, что для тонкой магнитной очистки наиболее перспективными являются аппараты, использующие в качестве рабочих зон намагничиваемые гранулированные насадки. Работа этих устройств основана на принципе силового магнитного взаимодействия гранул насадки и частиц. В поровом пространстве намагниченных гранул формируется магнитное поле^ значительно превосходящее поле, создаваемое внешней намагничивающей системой, отличающееся высокой степенью его неоднородности.

Осаждение ферромагнитных частиц в намагниченной гранулированной насадке является процессом конкурентного взаимодействия магнитной силы захвата ^ и гидродинамической силы ее уноса Рс, поэтому для захвата

примесей должно выполняться условие:

РЦ>РС. /1/

Наиболее часто наблюдаемый вид уравнения магнитофильтрационной очистки, в основе которого лежит использование закона экспоненциального поглощающего экрана:

у|/=Х(1-ехр(-аЬ)), /2/

где ц/ - показатель (эффективность) очистки, экспериментально определяемый по относительному изменению (у=(С0-С)/С0) содержания (концентрации) примесей перед очисткой (С0) и после нее (С), X - доля активной (магнитовосприимчивой) фракции примесей.

Рассматривая условия магнитного осаждения с использованием зависимостей распределения поля в порах насадки и течения жидкости в окрестности точки контакта гранул, принимая во внимание вероятностные характеристики захвата частиц, а также учитывая роль плотности упаковки насадки у, с точностью до обобщенного коэффициента пропорциональности а„ уравнение (2) в развернутом виде:

аок52уН°'75 аок52уН0,75

у=Х(1-ехр(--Ь); £=--Ь, /3/

•рус!2 Г|УС12

здесь ^=-1п(1-у/Х) - логарифмический показатель очистки, а к, 5 - соответственно магнитная восприимчивость и размер (приведенный к диаметру) частиц, Н - напряженность внешнего намагничивающего поля; У - плотность упаковки гранул насадки; т], V- динамическая вязкость и скорость фильтруемой среды; б - диаметр (характерный размер) гранул насадки.

Уравнение (3) показывает вклад в эффективность очистки основных параметров фильтрования, однако следует отметить, что напряженность внешнего намагничивающего поля Н не может отражать истинного влияния магнитного поля на процесс осаждения, поскольку этот параметр характеризует значение поля намагничивающей системы в отсутствие ферромагнитной насадки и не учитывает непосредственного уровня намагничивания последней.

На рис.1 приведены кривые намагничивания образцов шариковой насадки при различных соотношениях длины образца Ь к его диаметру Б (намагничивание производилось вдоль длины образца), откуда наглядно видно, что средняя индукция образца насадки В (как квазисплошного магнетика) при 170=1 достигается лишь 50% уровня индукции насадки при 1/0=10, несмотря на то, что напряженность внешнего намагничивающего поля одинакова. Причиной тому - влияние размагничивающего фактора, зависящего от геометрических соотношений насадки, что совершенно не учитывается параметром Н, а следовательно и уравнением (3), и это обстоятельство к настоящему времени не принималось во внимание при разработке фильтров.

Более обьективно уровень намагничивания рабочей зоны фильтра и влияние магнитного поля на эффективность осаждения описывает средняя индукция насадки В. Поэтому необходим анализ связи геометрических соотношений узла очистки и средней индукции, а также влияние ее на процесс извлечения частиц.

В,

Ъ. 0,6

0,4

оа

0 О 20 40 60 80НлАл Рис.1. Кривые намагничивания образцов шариковой насадки, при отношениях длины образца к его диаметру: 1) - Ш=22.5: 14.3; 10.2: 2) --6,1; 3) -2; 4) - 1,02; (по [25]).

1

\2

Отмечая особенности магнитосорбционного метода очистки сделано предположение о возможности разработки его электрического аналога. Известны эксперименты по очистке суспензий с помощью диэлектрических волокон, помещенных в электрическое поле. Материалом волокон были обычные линейные диэлектрики. Малые значения диэлектрической проницаемости б не позволяют достичь высоких значений поля и его неоднородности в поровом пространстве насадки. Предлагается в качестве фильтрующего узла применять сегнетоэлектрические гранулированные материалы, которые характеризуются нелинейной зависимостью индукции Б от напряженности поля Е, высокими значениями диэлектрической проницаемости е, в сотни и тысячи раз превосходя обычные диэлектрические материалы. Внешне их поведение и характеристики в электрическом поле сходны со свойствами ферромагнетиков в магнитном поле, на использовании которых основан магнитофильтрационный метод очистки.

Существующие конструкции устройств магнитосорбционной очистки, можно разделить на аппараты бокового намагничивания, с подводом поля дополнительными магнитопроводами через боковую поверхность корпуса и аппараты соленоидного типа, в которых насадка, находящаяся в корпусе, охвачена соленодной катушкой. Узлом очистки устройств обеих типов является фильтрующая насадка.

Опыт эксплуатации фильтров показывает, что значительная часть энергии поля не используется.

Оценивая проведенные ранее исследования фильтров следует отметить, что они касались проблем распределения магнитного потока по объему насадки, определения уровней намагничивания различных ее зон. Но до настоящего времени оставался открытым вопрос о роли геометрических параметров (соотношений) узла очистки (гранулированной насадки), влияние зазоров, возникающих в зонах сопряжений насадки с полюсами намагничивающей системы. Этим вопросам обычно не уделялось должного внимания. Этот подход не учитывает влияния размагничивающего фактора (И), который зависит от геометрических размеров - относительной близости наведенных полюсов в магнетике-насадке.

Для фильтра с боковым намагничиванием протяженной насадки, размагничивающий фактор неизбежно проявляется в виду наличия между полюсами системы и собственно насадкой зазора. В этой связи актуален вопрос оценки роли таких геометрических параметров как длина намагничивания а, ширина Ь насадки в направлении намагничивания, определение их оптимальных соотноений (а/Ь); определение влияния зазора 8 между полюсами магнитной системы и собственно насадкой.

Аналогичным недостатком обладают и электромагнитные соленоидные фильтры, что является причиной их ограниченой производительности. Разработка соленоидных фильтров для о чистки повышеных и больших расходов обычно шла по пути увеличения расходного сечения узла очистки, что приводит к снижению отношения длины намагничивающей катушки L к ее диаметру D. Поэтому неизбежны потери поля, усиливающиеся при уменьшении L/D. Локальные и средние значения индукции поля в рабочем объеме уступают потенциальным значениям В, достигаемым в длинных соленоидах с эквивалентным числом ампер-витков на единицу длины. Во второй главе изложены результаты исследований геометрии узла очистки и разработка новых конструкций магнито-очистных устройств. Приведены результаты многочисленных экспериментов изучения условий намагничивания насадки при различных взаимных связях поперечного размера а и толщины слоя насадки Ь, ширины зазора 5 между насадкой и полюсом намагничивающей системы. Результаты свидетельствуют о недоиспользовании возможностей насадки в зависимости от ее относительного габарита а/b (рис.2) и относительно зазора 5/а (рис.3): это снижение может быть существенным - в 2-3 раза.

При боковом намагничивании гранулированной насадки высокий уровень намагничивания, приближающийся к предельному, достигается при соотношении ширины и толщины слоя а/Ь>4-6 (рис.2) и минимальном 5/а. Это соотношение может выступать базовым при расчете и проектировании фильтров. Однако следует иметь в виду, что b=L - длина фильтрующего слоя. Поэтому искусственное увеличение а/b за счет уменьения b не приведет к положительному результату. Не всегда возможно увеличение габарита а. Решением может быть послойное располо жение насадки с зазором д и соблюдением требуемого отношения а/Ь.

0 2 4 5 а/Ь Рис.2. Зависомость средней относительной индукции насадки от ее относительного габарита.

0.4

0.2

0 0.2 0.4 0.6«/а Рис.3. Влияние зазора между полюсами и насадкой на ее относительную индукцию. Н=30 кА/м; 1 -- а/Ь=1,1: 2-2.0:3-5.0. '

Экспериментально установлено, что они ведут себя практически независимо друг от друга, при А/Ь>2-3 (рис.4).

Проведенный анализ кривых намагничивания самых различных насадок магнитных фильтров показывает, чт5 в практически используемом диапазоне намагничивающего поля Н=30-100 кА/м эти кривые являются степенными, т.е. средняя индукция поля в насадке: В~н' с показателем степени для исследованых насадок £=0,75, тогда уравнение (3) будет иметь вид:

аок82у!> ц1=Ц1-ехр{--В))

Т1У{12

Из результатов обобщенной обработки многочисленных экспериментальных данных очистки жидких и газообразных сред прослеживается предлагаемая уравнением (4) связь к|.~В (рис.5). Параметр В предпочтителен по сравнению с Н. Он непосредственно характеризует уровень намагниченности насадки и легко поддается прямому измерению.

Эксперименты по очистке суспензии магнетита, проведенные в двух насадках: А-сплоной засыпки (Ь=32мм, а/Ь=1) и Б - сформированной из четырех слоев с адекватной первой насадке суммарной длиной (Ь=4*Ь, а/Ь=4 каждого из слоев, А/Ь=4), показали что по эффективности очистки послойный вариант насадки явно предпочтительнее на 25-30% (рис.6). При этом приращение эффективности очистки произошло именно за счет улучшенной геометрии насадки, давшей повышение среднего значения индукции, что соответствует (4), представленному ви^ом:

ч^МИИ^)]- 1 /5/

у

Применяемые фильтры соленоидного типа больои производительности характеризуются сравнительно низкими значениями ЕДЭ - отношением длины Ь соленоида и насадки к их диаметру Б. Поэтому его насадке присущи сравнительно большие значения размагничивающего фактора, из-за

Рис.4. Зависимость относительной индукции насадки от относительного зазора между слоями в трехслойном варианте; начало зависимости а/Ь=1,4 (слои соединены), далее: а/Ь=4,4 (слои отделены),н=30-Ю0кА/м, б/а=0,45

о

аокб уЬ

--В=ЦВ /4/

Т1Ус12

чего средняя индукция В насадки намного уступает индукции в таком же по количеству витков, но длинных насадке и соленоиде.

Исследования роли габарита узла очистки традиционного соленоидного фильтра показывают, что средняя относительная напряженность поля Н в обьеме "тонкого" соленоида составляет до 70% от потенциально достижимого значения из-за рассеяния поля коротким соленоидом в окружающую среду. "Укорачивание" фильтрующей насадки, помещенной в соленоид, превращает ее в короткий магнетик с высоким значением размагничивающего фактора. В результате потеря составляет до 50% от потенциального значения индукции этой насадки.

Суммарная зависимость показана на рис.7, а значение средней индукции от габарита насадки насадки описывается уравнением:

I 0.6

0.6

0.4

0.3

0.2

0.1 .ОБ

в •1/

1

/

{ 1

/

г £

«г Гп а1

А

V 0 л/ >

до' •/0 гОО

й 0 □ / > □ / о

4

О 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 В.Тл Рис.б.Зависимость приведеного логарифмического показателя от магнитной индукции насадки; °-ф - жидкий аммиак РПО "Азот", а - газообразный аммиак, х - аммиачная вода. А - пар производства аммиачной воды, е - вода энэргоблока ГРЕС, ® - производственный конденсат ТЕЦ, • - вода прокатного стана, V . конденсат ГРЕС, * -дренажный конденсат АЕС. 0 - водная суспензия примесей трансамиака, О -турбинный конденсат АЭС. + - турбинный конденсат химзавода.

Вс/в=(1-0,75 ехр{ 1-0,351Д)))-(1-0,83 ех^ЬД))).

/6/

При 1-Д}<1; Вс/В<0,4, т.е. средняя индукция в фильтрующей насадке составляет менее 40% от ее потенциального значения. Поэтому в фильтрах традиционного соленоидного типа следует использовать только компоновочную схему с относительно длинным соленоидом и насадкой, что при технологически фиксированной длине фильтрования резко ограничивает диаметр соленоида, а значит - производительность фильтра.

Предложено располагать насадку по броневой схеме, целиком окружая соленоид. При этом она становится дополнительными магнитопроводом и рабочей зоной фильтра.

Исследовано влияние на В относительного габарита соленоида 1Д>, а также поперечных сечений наружной Бн и внутренней Бд частей насадки. Оказалось, что по уровню намагниченности броневой тип фильтра имеет выигрыш с соленоидным в 1,9-1,5 раза для соотношений 1/13=0,5-1,0 (линии 1, 3 рис.8) Они не только более экономичны, но и более эффективны в работе.

Отношение индукций наружной и внутренней областей насадки В„/Вв от габаритных параметров описывает зависимость:

0.8

0.6 0.4

0 1 2 3 4 V, см/с Рис.6. Зависимость магнитофиль-трационной очистки от скорости в цельной (1) и послойной (2) насадке

X

В 0.6

0.4

0.2

0

0 0.5 1.0 1.6 2.0 Ш Рис.7. Относительные значения индукции от габарита насадки._

Ви/Вц=2,2- ех^-ОМШ + Б^)). /7/

Уравнение (7) позволяет расчи-тать основные конструктивные параметры фильтра, исходя из планируемых производительности и эффективности очистки, а также решать обратные задачи.

Оказалось целесообразным исключить малоэффективный центральный обьем, окружив насадкой лишь тело катушки. Изложены результаты исследований конструктивных особенностей этой схемы, в частности влияние возникающих воздушных или других немагнитных зазоров.

0.6 0.4 0.2 0

0 0.5 1.0 1.5 Ш Рис.8. Относительные значения индукции внутренней (о), наружной (•), зон насадки фильта броневого типа и соленоидного фильтра (□) от габарита катушки._

А X

> С. >— |

У

¥

0.6

0.4 0.2

0 £

0.1

\ \ к я

л

// 'А

//

2 1

В третьей главе изложены результаты исследований осаждения дисперсных частиц в поляризованной сегнетоэлектри-ческой насадке. Сходство свойств сегнетоэлектрических материалов в электрическом поле со свойствами ферромагнетиков в магнитном поле позволили предположить, что возможна разработка электрического аналога магнитофильтра-ционного метода очистки.

Проведены эксперименты по извлечению частиц фарфоровой пыли из фарфорокеро-синовой суспензии с помощью установки, заполненной гранулированной сегнетокерамичес-кой насадкой, сквозь которую пропускалась суспензия.

Результаты экспериментов иллюстрирует рис.9, подтверждая целесообразность применения закона экспоненциального поглощающего экрана, в качестве описания процесса осаждения дисперсных частиц в слое поляризованной сегнетоэлектрической насадки. На это указывают результаты обработки данных в координатах логарифмического показателя очистки ^ от длины Ь (рис.9б), которые дали прямую пропорциональную зависимость:

1= -1п(1-\|/Д) = аЦ /8/

где X - доля активной фракции частиц, а - коэффициент поглощения.

Поэтому общая зависимость электрофильтрационной очистки:

0

1

5

10 _!_

16 _1_

20 26 Ь.см

_]_I_I

0

1_

1

2 _1_

3 4ц СМ/С

1-1-1-!>

О 0.05 0.1 0.15 0.2 О.мКл/м

Рис.9. Зависимость эффэктивности (а) и логарифмического - показателя (б) электрофшп рационной очистки от: 1 -длины: 2 - скорости; 3 - индукции.

\у/Х=1-ехр(-аЬ).

/9/

Уравнение (9) указывает на аналогичность закономерностей очистки в слое поляризуемого. сегнетоэлектрика с магнитофильтрационной очисткой в слое намагничиваемого ферромагнетика. Естественно предположить, что коэффициент поглощения а, с точностью до

гадивидуального (для каждой среды) коэффициента а0, кроме длины фильтрования еще зависит от таких параметров, как скорость V фильтрования, средняя электрическая индукция Б.

Степень влияния каждого из параметров на эффективность очистки можно определить расскрывая частные зависимости сц, от V, а0 от Б, предполагая, что они имеют следующий характер: ау~Ут , а^рГУ1. На рис.9 (линия 2) приведена зависимость эффективности 4/ электрофильтрационной очистки от скорости фильтрования V. Соответствующий переход от у (рис.9.а) к удобным для линеаризации результатам 1/ау (рис.9.б) (данные приведены при установленном значении 0,7-0,8) дает прямую пропорциональную связь Л/Оу-У, следовательно сц~1/у, т.е. т=-1, а для электрической индукции - ац~Б (линия 3), т.е. п=1, которые аналогичны показателям соответствующих параметров магнитофильтрационной очистки.

Расширив аналогию на влияние динамической вязкости потока (ап~1/л) и средний размер гранул насадки: (сц-Ш^), до индивидуального коэффициента а0, расскрывая а (а=ао-а1^-сц,-а0-аТ1-а(1) получаем:

а = а0(ВЬ/(г|Ус12)). /10/

Таким образом, закономерности захвата дисперсных частиц поляризуемой сегнетоэлектрической насадкой могут быть описаны экспоненциальным законом, а уравнение электрофильтрационной очистки имеет вид:

у/л = 1-вфкпЧ(лус12)). /н/

Данные экспериментов, результатом которых явилось получение уравнения (11), позволяют сделать заключение, что осаждение в слое поляризуемого сегнетоэлектрика следует отнести к скоростным методам тонкой очистки (извлечения) дисперсных частиц из текучих сред.

Приведены эксперименты по определению зависимости эффективности очистки у и логарифмического показателя очистки Е, от времени т, которые показали, что временные зависимости ц/ и ^ имеют "плато" на протяжении определенного периода времени т=т0, свидетельствуя о начальном стационарном режиме. При т>т0, т.е. для нестационарного режима, когда ^ практически соответствует £,т, зависимость ^ от т подчиняется закономерности, близкой к экспоненциальной:

6, = 2-аЬехр(ктт), /12/

при значении временного коэффициента для данных условий 1^=0,052 с!.

Тогда для нестационарного режима (т>т0), с учетом того, что

4//X=l-exp(-^t), /13/

уравнение электрофильтрационной очистки (11) принимает вид:

yA=l-exp(-2aL{-kTt)). /14/

Эксперименты показали также, что определенная часть примесей труд-ноосаждаема в насадке даже при наиболее благоприятных условиях. В этой связи информация о доле частиц, склонных к электроосаждению к имеет также важное значение. Предложено определять X методом последовательного приближения, который заключается в линеаризации экспериментальных данных в координатах 1/% от v, используя данные при целенаправленном изучении скоростого режима фильтрования. В четвертой глава приведена информация о разработанной конструкции магнитного фильтра бокового намагничивания двухсекционного типа с единой магнитной системой, который внедрен на РПО "Азот" и предназначен для извлечения железосодержащих примесей из аммиака, поступающего на производство неконцентрированной азотной кислоты (HAK).

Основой расчета конструкций фильтра были результаты исследований, представленные в работе.

Решение о целесообразности применения магнитофильтрационного способа очистки, принято после оценки доли магнитовосприимчивых примесей X, в общем количестве примесей железа, присутствующих в аммиаке. Далее проведены исследования по изучению режимных параметров очистки. Следует учесть то обстоятельство, что проведение исследований (в условиях производства) для получения информации о режимных параметрах фильтрования может оказаться весьма сложной задачей, (касается это, прежде всего, производственных линий высокого давления, особеностями технологического процесса, а также соблюдением мер безопасности). В этом случае можно проводить экспериментальные исследования с использованием полумодельной суспензии.

Для этого через шариковую намагниченную насадку, при заведомо форсированных режимах очистки (больших значениях L,B и малых v ^предварительно пропускали аммиак для накопления примесных частиц. Накоплены!! таким образом осадок использовался в исследованиях свойств частиц (магнитной восприимчивости, дисперсности), а также для приготовления полумодельной водной суспензии, с использованием которой проводились эксперименты по изучению параметров фильтрования.

l(i

Такой подход показан на примере исследования параметров трансаммиака, которые существенно отличаются от режимных параметров очистки родственной среды - аммиака HAK, что объясняется улучшенными магнитными свойствами по сравнению с примесями аммиака производства азотной кислоты.

Последующие эксперименты с трансаммиаком с использованием опыт-нопромышленного фильтра позволили скорректировать режимы очистки и достичь эффективности очистки трансаммиака в среднем 55-70%

Для решения проблемы извлечения железосодержащих примесей из аммиака РПО "Азот" был разработан и внедрен магнитный фильтр бокового намагничивания двухсекционного типа (рис.10) с единой магнитной системой, выполненной в виде отдельных передвижных блоков. В отличие от аналогов, фильтр работает в непрерывном режиме за счет последовательного включения в очистку каждой из его секций.

При исходной концентрации примесей железа 2-3 мг/л и выше эффективность очистки внедренного на РПО "Азот" фильтра составляет от 70 до 87%, а при пиковых выбросах до 90%.

Магнитный фильтр (рис.10) состоит из следующих основных элементов: очистных секций 1 и секций интенсификации очистки 2, намагничивающей системы 3, выполненной из блоков постоянных магнитов, перемещаемых поочередно к очистным секциям механизмом 4, опорно-связующей конструкции 5, а также трубопроводов подвода, отвода очищаемой и реге-нерациональной сред, снабженных запорно-регулирующей арматурой

Была выпущена малая серия устройств аналогичной конструкции на Бердичевском заводе химического машиностроения. Один из фильтров поставлен Одесскому припортовому заводу для очистки аммиака, транспортируемого по аммиакопроводу.

Результаты представленных исследований и опыт разработки фильтров для очистки аммиака были использованы при реализации лицензионного соглашения с фирмой "F.S.".

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Исследовано влияние компоновочных параметров узла очистки на процесс магнитофильтрационного осаждения, в частности таких геометрических параметров как длина а, ширина Ь насадки в направлении намагничивания; получены графические зависимости и определены их оптимальные соотношения (а/Ь), а также влияние зазора б между полюсом магнитной системы и собственно насадкой. Когда соблюдение указанных параметров невозможно (а/Ь>4; 5/а—>0), насадку следует располагать послойно, соблюдая соотношения а/Ь каждого из слоев, удаляя их друг от друга на расстояние Д (Д/Ь>2), когда каждый из слоев намагничивается автономно.

2. Получено уравнение магнитосорбционной очистки, в котором используется средняя индукция насадки В, как параметр, объективно описывающий вклад магнитного поля в эффективность осаждения.

3. Предложен и исследован электромагнитный фильтр броневого типа. Получены графические и аналитические зависимости для его проектирования, описывающие зависимость индукции наружной (Вд) и внутренней (Вд) частей насадки от таких конструктивных параметров как отншение длины к диаметру соленоида (1Д>) и взаимному отношению площадей (Б^/Б,,) наружной и внутренней областей насадки фильтра.

4. Исследован процесс осаждения дисперсных частиц в поляризованной сегнетоэлектрической насадке - электрическом аналоге магнитофильтрационного способа очистки. Получен общий вид зависимости электрофильтрационного осаждения, а также исследовано влияние на эффективность очистки \|/ основных параметров: длины слоя насадки Ц средней индукции электрического поля насадки Ц скорости фильтрования V.

5. Результаты исследований были основой разработки магнитных фильтров, внедренных на предприятиях химической промышленности, а также при проектировании фильтра по лицензионному соглашению с фир>мои "Флоник Шлемберже" (Франция).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ:

1. Сандуляк А.В.,Дахненко В.Л.,Яцков Н.В.,Корхов О.Ю.,Лозин И.Б. Магнитная очистка аммиака, транспортируемого по аммиакопроводу. /Депон. в УкрНИИНТИ, N1325. Ук-85.

2. Сандуляк А.В.,Дахненко В.Л. Использование сегнетоэлектрических насадок для очистки от высокодисперсных примесей. /Химическая технология. 1986 г. N4.

3. Рационально-контурный магнитный фильтр для очистки жидких и газообразных сред "РКМФ-ТОР". /Корхов О.Ю., Дахненко В.Л.,Сандуляк A.B., Яцков Н.В., Сандуляк В.В. Положит, реш. на выдачу авторского свидетельства по з-ке N4603450/31-26 (156015) от 22.11.89 г.

4. AC.N1783669, МКИ ВОЗС 1/00. Сепаратор/Сандуляк AB.,Дахненко В.Л. Опубл. 22.08.1992

5. Сепаратор. /Сандуляк А В., Дахненко В.Л. Положит, реш. на выдачу авторского свидетельства по з-ке N4025188/31(028222) от 21.02.86.

6. А с. N1692041, МКИ В 03 С 1/00. Магнитный сепаратор /Сандуляк A.B., Дахненко В.Л.Сандуляк В.В.,Гаращенко В.И.,Яцков Н.В. Опубл. 15.07.1991

7. AC.N1700840, МКИ В 03 С 1/00. Магнитный сепаратор./Сандуляк A.B., Дахненко В'.Л.,Яцков Н.В.,Сандуляк В.В. от 22.08.91 г.

8. Магнитный сепаратор. /Сандуляк AB.,Дахненко В.Л.,Яцков Н.В., Сандуляк В.В. Положит, реш. на выдачу авторского свидетельства по з-ке N4395119/31(042129) от 21.03.88 г.

9. Сандуляк А.В.,Дахненко В.Л.,Яцков Н.В. Реализация режимов и аппаратов магнитофильтрационной очистки на химических производствах. /Тезисы доклада на VII Республиканской кон-ции "Повышение эффективности, совершенствование п&цессов и аппаратов химических производств", 20.09.88г. Львов.

10. Сандуляк AB.,Яцков Н.В.,Дахненко В.Л. Магнитная очистка аммиака, используемого для производства минеральных удобрений. /Тезисы доклада на IV Всесоюзной конференции "пВцессы и аппараты химической технологии", 27.09.88г. Чимкент.

11. Сандуляк A.B.,Дахненко В.Л.,Клепач Н.И.,Яцков Н.В. Параметры, влияющие на интенсивность электрофильтрационной очистки в поляризуемом диэлектрике./Инженерно-физический журнал.Т.57, N1,1989, с.157.

12. Сандуляк A.B.,Дахненко В.Л. Особенности магнитного осаждения фильтрованием. /Магнитная гидродинамика N2,1989r.,c.l23-127.

13. Сандуляк AB.,Дахненко В.Л.,Клепач Н.И. Совершенствование узла очистки в магнитных фильтрах. /Химическая технология N5,1989г.,с.40-45.

14. Сандуляк А.В.,Клепач Н.И.,Яцков Н.В.,Дахненко В.Л. Разделение в пористом поляризованном диэлектрике. /Тезисы доклада на II Всесоюзной конференции "П&цессы и аппараты микробиологических производств", 26.09.89г. Грозный.

• 15. A.c.N1530215, МКИ BOID 35/06. Сепаратор./Клепач Н.И.. Сандуляк AB., Дахненко В.Л. Опубл. 29.12.1989г.Б.И.Ж7.

16.A.c.N1664367, МКИ BOID 35/06. Магнитный сепаратор /Сандуляк A.B., Дахненко В.Л. Лозин И.Б., Вовк И.Е. Опубл. 23.07.1991г. B.H.N27.