автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.01, диссертация на тему:Технология экструзионного формования энергосберегающих ванадиевых сернокислотных катализаторов для насыпных слоев контактных аппаратов

> \

Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева

На правах рукописи

ЧАРИКОВА ОКСАНА ГЕННАДЬЕВНА

ТЕХНОЛОГИЙ ЭКСТРУЗЙ0НН0Г0 ФОРМОВАНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ВАНАДИЕВЫХ СЕРНОКИСЛОТНЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ ДЛЯ НАСЫПНЫХ СЛОЕВ КОНТАКТНЫХ АППАРАТОВ

05.17.01 — Технология неорганических веществ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

|У\осква — 1993

Работа выполнена на кафедре технологии неорганических веществ Российского химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева,

Научные руководители — чл.-корр. АТН России, доктор химических наук, профессор А. И. Ми-хайличенко; кандидат технических наук, доцент Ю. М. Мосин.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Ю. Г. Широков; кандидат технических наук, доцент Г. М. Семенов.

Ведущая организация — Институт катализа СО РАН.

Защита диссертации состоится 9иЛ-й^иХ_

1993 г. в -/С~час, в аудЯМЬ^а заседании специализированного совета Д 053.34.10 в Российском химико-технологическом университете им. Д. И, Менделеева по адресу: 125190, Москва, А-190, Миусская пл., дом 9.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-информационном центре РХТУ им. Д. И. Менделеева.

Автореферат разослан У М.0^ 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета

И. Я. К А МЕН ЧУ К

- 1 -

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы Одним из условий повышения эффективности промышленного гетерогешю-каталитического процесса, в том числе окисления; диоксида сери, является интенсификация массо- и теплообмена мекду потоком и зерном катализатора за счет увеличения степени использования объема зерна. ЭДОектдошм способом решения этой задачи является применение зерен катализаторов различных геометрических форм и размеров - трубчатых, ребристых, сотовых, блочных и т.д., обеспечивающих снижение гидравлического сопротивления слоя катализатора при увеличении его активности, т.е. энергосберегающих. Кроме того, повышенная порозность слоя таких катализаторов кожет обеспечивать повышение его устойчивости к действии различных примесей ц ядов в реакционной скеси,

Вэяушо зарубокнна фирмы производят я применяют катализаторы широкого ассортимента, отличающиеся от обычно используемых в отечественной проиншлсСПоста цилиндрических и кольцеобразных, в частг-ности, ребристые. Однако, технология катализаторов таких форм предъявляет специфические требования к составу формовочной массы, формующей оснастке, режимам формования и термообработки.

Цилиндрические зерна /гранулы/ ванадиевых сернокислотных катализаторов /ВСК/ изготавливают экструзией пластичных масс. Такие массы, подобно иератическим, являются дисперсными системами с коагуляциокшлл характером структурообразоваиил. Применение методов физако-лвдчоской механик:!, используемых при разработке пластического формования керамических изделий, целесообразно для совершенствования свойств формовочных катализаторных масс.

Помимо этого при создании промышленной технологии катализаторов сложных форм, в частности ребриЬтой, необходима разработка формующей оснастки, включая подбор конструкционного материала фильер, обеспечивающих эффективное формование зерен при высоких показателях качества катализатора /каталитической активности, пористости, удельной поверхности, прочности и т.д./. Также необходимы исследования по по'дбору оптимальных режимов термообработки зерен.

Цель работы Разработка технологии ребристых зерен ВСК на основании изучения структуросоразовзяяя и струхтуряо-кехпничсскит

свойств формовочных масс пч основе различных носителей в широком литэрвяле влчузостзй " Еснгонтгмпй водных растворов временных

технологических 'связок /ВТС/; подбор оптимальных влажностей. Оценка влияния конструкционного материала фильер) и качества их механической обработки на зкструзионное формование катализаторных касс, а также режима термообработки на качество катализаторов.

Научная новизна Методами физико-химической механики изучено влияние природы и-дисперсности носителя - диатомита, белой сажи, сюшкагеля, вила к концентрации ВТС - карбоксимегилцеллюлози /КМЦ/'. полиатилетжсияа /Г!?0/, октилфсиолэтоксилата /011-7/ и влажности на реологические свойства масс. Определены оптимальные формовочные влажности для масс различных составов.

Впервые при выборе материала фильер предложено использовать отношение коэффициентов внутреннего и внешнего трения }/ум , характеризующих когезионное взаимодействие в массе / j / и адгезион- „ ное взаимодействие в паре "конструкционный материал - катализа-торная масса" //и/.

Установлено, что в интервале температур сушки 30 - 125°С для всех изученных составов криш;е потери платности массы /IV/ во времени /г/ могут быть описаны уравнением вида 1л/=а-тг'п+В. Покачано, что прочность гранул катализаторов, высушенных при температуре ниже 9С°С, снижается в 3 - 0 раз. Прочность готового катализатора пропорциональна прочности воздушно-сухого полуфабриката, а пористость и удельная поверхность не зависят от температуры сушки.

Практическая ценность Рекомендована технологические режимы подготовки -катализаторных гасс к формованию в зависимости от природы носителя и ВТС. Найдены оптимальные значения концентраций ВТС и влатности масс различного состава для формования зерен ВСК. Предложено для формования катализаторов ребристоР формы использовать фильеры из композит-полимерного материала, а сушку и прока-ливаяие катализаторов такой форами проводить в еайном аппарата, совмещающем эти стадии.

На Кяровградскпм медеплавильном комбинате /КУК/ наработаны опытно-промышленные и промалоннне партии катализатора СВД-1'Р /ребристая пятилучевая звезда диаметром 8 щ/ общей массой 32 тонны, С июля 1992 года катализатор СВЛ-ГР эксплуатируется в контактном аппарате КА-2 на К;Л(.

Апробация работы Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на Всесоюзной конференции по химической технологии неорганических векеств /Казань, 1391 г./, на научко-произ-

водствзнн'ой конференции "Новые технологические процессы с прнмане-нием мэталлнанесанных и металлцеолитних катализаторов" /Новокуй-бышевск, 1992/.

Публикации По теме диссертации опубликовано 2 статьи и те-зисн, подано 2 заявки из патенты 15 930009547/04 и }% 93009542/05.

Структура и объем работы Диссертация состоит из■введения, 7 глав, выводов, списка использованной литературы, включающего 141 наименование, и 4 приложения. Работа изложена на lgy страницах машинописного текста, содержит 39 рисунков и 19 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ

Вэ введении обосновывается актуальность темы диссертации и определяются цели исследования.

Глава 1 содержит обзор литературы по технологии ВСК. Провален анализ влияния различных геометрических форм зорна катализатора на каталитическую активность .и гидравлическое сопротивление слоя в контактном ¡Лиарате. Сведения о технологии таких зорен практически отсутствуют.■

Рассмотрены физико-химические основу пластического формования и термообработки ВСК. Организация процасеа возможна на основании учета реологических свойств формовочных масс. Структурно-мехаиотосготе параметры последних рассчитывают по уравнению Маке-валла-Шведова-Кельвина. Опткмалыша условия формования и сохранения сплошности полуфабриката обеспечивается преимущественным развитием в массе замедленных обратимых зафордаций /эластических/ или равномерны?.! развитием всех видов деформаций /упругой Е^, эластической &g, пластической £3/. Кромз того, деформация массы в формующем мундштуке фильеры опрзделяатся соотношением сил внешнего механического возцествия /внешнее трение з паре "масса ~ материал фильеры"/ и сил взаимодействия между дисперсными частицам массы /внутреннее трение/. На качество готового катализатора, прежде всего на предел прочности при раздавливании, влияют как свойства формовочной массы, в тем числа сцепление и внутреннее трение, так и внешное трение о поверхность рабочих органов.

В литературе отсутствуют сведения о конструктивных решениях по формованию зерен энергосберегающих форм и гежпмгм термообработки. Йз литературного обзора вытекают цели и направления проведения исследования.

В главе 2 описанч методы исследования полуфабрикатов и ката-

лнзаторов: определение методом БЭТ удельной поверхности / $уД>/ на газометре ГХ-1, предел прочности на раздавливание /б/, пористости /П/, кажущейся плотности /ркаж / « усадки /¿1/1/ по стандартным методикам; каталитической активности зорен на проточно-циркуляционной установке; а также методы исследования параметров катализа-торных масс: структурно-механияеских на пластометре с параллельно смещашейся пластиной к коническом пластометре? коэффициентов внутреннего трения масс п внешнего трения в парах "конструкционный материал - масса" на приборе ПС—10, адгезионных свойств дисперсионной среды масс методами отрыва кольца и "сидячей" капли. Зерна катализаторов формовали на лабораторных экструдерах ГОШ-30 й 1Ш1-50. Дополнительно использовали термографический анализ и , метод ртутной порометрии.

Глава 3. Рассматривается структурообразованиэ пластичных масс в системе "носитель - раствор ВТС" :т каталлэаторных масс /СЩ, СВБ, СЩК0М(1>, ИК-1-6/ с добавками различных ВТС /КОД, ИЗО, 013-7/. С этой пельй определяли изменение пластической прочности /Рт/ для свежеприготовленных формовочных масс с влажностью /W/ 30-40% в течение 4-5 часов и поело механической обработки в течений последующего четырехчасового хранения, а также после Повторной механической обработки масс, выдержанных в течение суток.

Установлено, что характер изменения пластической прочности масс на основе носителей и кататизаторных масс идентичен. Маосы на основе белой са*и, силикагеля и комбинированном носителе /80? диатомита и 2.0% белой cas®/, хатализаторные массы на этих носителях и масса СВД с добавкой КМЦ не меняют значения Рт после 24 ча-C0u хранения. Для масс СВД, солэргааших ОП-7 и ПЗО, значения пластической прочности увеличиваются с 200 кПа до 500 :11а на протяженна всего периода хранения, независимо от промежуточной механической обработки /рис.1/. Поэтому в зависимости от природы носителя и ВТС целесообразно применять различные схемы подготовки ка-тализаторных масс. В случае масс СББ, СВД^,^ , ИК-1-6 и СВД с добавкой КМЦ лучше предварительно выдерживать массы в течение суток, а массы СВД с добавками ОП-7 и ПЭО целесообразно формовать непосредственно после их приготовления.

По рассчитанным коэффициентам уравнения Acpm = а - 6W /1/ определены оптимальные формовочные влажности \лУф и интервалы пластического состояния ¿W масс ВСК /табл.1/. Наибольший ин-

Рис.1. Изменение пластической прочности катализаторных масс

в зависимости от времени хранения

а - КМЦ, б - ОП-7, в - ПЗО; 1 - СВД, 2 - СВБ, 3 - ИК-1-6

Таблица 1

Интервал пластического состояния и оптимальные формовочные влажности катализаторных мае с_

Носитель вте Парамет г-ы. уравнения /1/_ IV. ^граф.*-

таи К4

белая сажа кзд 3,83 5,1 0,99 27,3 30,4 31,1

_ и _ ОП-7 Э,22 18,6 0,94 7,5 37,8 33,0

II ПЭО 7,27 13,8 0,98 10,1 36,5 34,5

силикагель кщ 7,58 12,5 0,99 11,2 42,7 39,6

— " _ ОП-7 7,14 10,9 0,96 12,8 44,9 39,5

_ и ^ ПЭО 11,36 22,5 0,92 6,2 40,9 41,5

диатомит КЩ 8,69 17,2 0,98 Пзд 37,7 36,6

м ОП-7 8,58 20,7 0,99 6,8 28,5 30,3

Т1 — — ПЭО о от 21,2 0,98 6,6 30,8 30,1

К - коЕ']фшшонт коргслпши уравнения /1/ ^Цр^'*- огропелочнап графическим методом

тэрвал пластического состояния имеет масса на основе белой сата и КЩ при малой формовочной влажности /30,4?/. Для. других касс существенно у:?е и не превышает 13л, а значения оптимальной формовочной влажности находятся в интервале от 35,5 до 44,9$. Масса СЗД с добавкой ОП-7 имеет \?/ф=28,5%, а д>л/=6,0$. Сравнительный анализ полученных данных показывает, что с технологической точки арения предпочтительна для формования масса СББ, пластифицированная КЩ.

При влажностях, близких к V/ф, определены параметры сдвига, масс с неразрушенной структурой. Определены деформационные свойства масс для различных носителей, ВГС и влашюотей /рис.2/. Установлено, что увеличение влажности способствует преимущественному развитию эластических деформаций , за исключением массы СВБ с добавкой ОП-Т, для которой изменение влажности не меняет соотношения деформаций. Отмечено, что при оптимальных влажностях массы имеют хорошую формуемость, а полуфабрикат сохраняет форму посла экструзии.

Рекомендованы концентрации ВТС 0,5 и 1.53Й /в пересчете на сухую шихту/. Для массы СБЕ с добавкой ОП-7 изменение концентрации последней не меняет соотношения деформаций. Предпочтительной связкой для формования зерен катализатора СЗБ являются КЩ и ПЭО.

В главе 4 рассмотрено влияние природы конструкционного материала формующих мундштуков фильер на параметры формования и свойства катализаторов. Предварительные опыты показали, что формование зерен катализатора ребристой формы с помощью стальных фильер практически не позволяет получить качественный полуфабрикат: при формовании заготовки из масс с оптимальной влажностью ее не удается получить из-за повышенного трения между массой и г.лтериалом фильеры, увеличение влажности приводит к потере формы полуфабриката. Использование композит-полимерных мундштуков фильер позволяет эффективно формовать ребристые зерна катализаторов различных типоразмеров.

Измерение краевых углов смачивания конструкционного материала фильер дисперсионной средой катализаторной массы показало, что, например, в ряду материалов на композиционной основе фторопласта-полиэтилена - полиметилметакрилата - стали краевые утлы.уменьшаются, и увеличивается работа адгезии /рис.3/. Значения углов смачивания дисперсионной средой возрастают в ряду ОП-7 - ПЭО - КЩ -вода.

масса СВД

г

область наиболее благоприятных форювочннх свойств по С.П.Шчкпо-. реико

1 - КМЦ /32,4; 33,4; 34,3^/

2 - ОП-7/27,2; 30,4; 33,4??/

3 - ПЗО /24,5; 30,61 33,0,?/

масса ИК-1-6

Ь

1 - КМЦ /32,0; 38,3; 39,52/

2 - 011-7/36,3; 39,0; 40,0$/

3 - ПЭО /32,0; 33,6; 36,0:2/

масса СВДК0Мб#

/ ^ \

"Я

1 - КМЦ /33,7; 39,7; -:40,8$/ 1 - Ш.Ь/30,5; 31,7; 32,9$/

2 - ОП-7/37,2; 33,1; 41М/ 2 ~ ОП-7/27,9; 31,5; 32,5?У

3 - ПЭО /37,6; 38,4; А1\2%/ 3 - ПЗО /30,4; 32,5; 33,5%/

Гкс.2. Диаграммы, развития деформации в катализаторных массах с различны?«™ ВТС /числа в скобках - влажности, увеличивающиеся в направлении стрелок/ Адгеэивннсо взаимодействие формовочной массы с конструкционным- материалом йальер разной природы, а также чистота обработка

поверхности мундштука филЬерн определяют значения коэффициентов внешнего трения ^ между материалом в катализаторной массой. Коэффициенты ¡и в таких парах коррелируют с величинами краевых углов и работой адгезии и уменьшаются с увеличением влажности масса.

\л/а>

мДд/'м^ 100

80

60

12 3 4

12 3 4

I

12 3 4

1 2,3,4

Рис.3. Работа адгезии в парах "конструкционный материал -дисперсионная среда катализаторной массы"! а - вода б - КЫЦ в - ПсО г - ОП-7 Композиты на основе: 1 - фторопласта 2 - полиэтилена 3 - полиметнлметакрилата 4 - стали

Уменьшение влажности массы такяе снижает коэффициенты внутреннего трения § массы.

Рассчитаны отношения 3-Т /рис.4/. При влаяностях масс, близких к оптимальным формовочным для композит-фторопласта значения ТМ., а в некоторых случаях, например для массы СВБ, Т>1. Значения Т для стали и композит-полиэтилена лежат в интервале 0,5-0,6. Лдя изготовления мундштуков фильер с целью снижения внешнего трения целесообразно применять материалы, имеющие малое адгезионное взаимодействие с дисперсионной средой формовочной массы, т.е. при этом значение Т. близко или больше 1.

Изучено влияние природы материала фильеры на производительность /0/ и давление формования /Р/, которое оценивали по усилию, возникающему в головке пресса при,живом сечении фильеры 29,9^, а также некоторые свойства формуемых гранул катализаторов. При влаж-

Рис.4. Зависимость отношения коэффициентов внутреннего и внешнего трения /Т/ от влажности катализаториых масс. Композит: 1-фторопласт 2-полиметилметакрилат 3-полиэтилен 4-сталь

Таблица 2

Некоторые параметры процесса формования и готовых катализаторов

Катали- Материал Р, 0, б, .Ркач. • 4гд.'

затор мундштука кГс кг/ч МПа г/см5 сМ'Уг м/г

сад фторопл. 85 9,0 1,50 1,23 ' 0,371 2,4

полимет. 95 8,4 1,50 1,23 0,375 2.1

поляэтял. 125 7,4 1,38 1,22 0,381 2,1

сталь 110 8,0 1,4*/ 1,23 ' 0,380 2,1

Я-А1г03 фторопл. 115 8,9 0,75 1,06 0,624 290

полимет. 157 9,0 0,82 1,11 0,601 264

.полиэтил. 225 9,2 0,59 1,08 0,613 234

сталь 180 6,0 1,08 1,09 0,612 224

ностях, близка к оптимальным, ОВД /W=30%/, СВБ /\*/=ЗЕ>%/, ИК-1-6 /1д/=42$/ производительность возрастает, а давление формования убывает в ряду композиционных материалов фильер полиэтилен - сталь -полиметилметакрилат - фторопласт /табл.2/. При формовании на фильерах из двух последних материалов'дефектов заготовок нэ обнаружено.

Давление формования определяет свойства гранул. Его увеличение, т.е. рост механических напряжений в масса, находящейся в формующем узле, повышает плотность гранул. Однако, трещины в объеме и на поверхности полуфабриката, отформованного на композит-полиэтиленовой фильера, видимо, являются причиной более низкой /на 10-20$/ прочности гранул, хотя их плотности и усадки после термообработки шве, чем у гранул, отформованных на фильерах из других материалов. Формование с помощью композит-фторопластовой фильера обеспйчивает высокую производительность при малом давлении, что в свою очередь ведет к низкой плотности и максимальной удельной поверхности гранул.

Установленное влияние природы материала фильер на параметры процесса форловашш и свойства ВСК коррелируют с данными, полученными при формовании носителя и катализаторов из псевдобемитно-го гидроокснДа ал;,»«шйя /табл.2/.

Для йэгато&йения гранул с высокой Удельной поверхностью при высокой Ярдиэводихельяосги Пелэсва§?Ш1о применять фильоры с ТН. Повышений flbtJ4iiôGTii и плотности гложет быть достигнуто с

помоЩьй f'^Sëpj ебесйечивающйх î i,

р рЛ§Ш..§. МобЛвдовано влияние1 реж'иМов термообработки на свойства КаТШШйторов, Сушка зерен характеризуется трем периг .Mvffli Прогрева, постоянной к падающей скорости сушки. Трещины в ШМвлМ oôinm возникают в период прогрева и постоянной скорости

ерш,

lie Потере влажности в интервале температур 75-1Я5°С для гра-ЩА é б toi КЗ катализаторных масс СВД /W=30#/, СВБ /М-35%/, ЙК-1-б /\д/=38$/, а также массы ОВД на гидратированном пентаоксиде йайадйя /СВДгидр / установлено, что независимо от природы носите-M Й BÎ0 йзрйод постоянной скорости сушки выявляется при теыпера-•iypë lté Bùiuè 90°С. Выше 90°С фиксируется только участок падающей eKbJîtiCTH сушки.

Найдено, что на скорость сушки влкяет состав дисперсионной брёДЫ, а Природа носителя не оказывает заметного воздействия. Нал-

Таблица 3

Влияние температуры сушки на ее скорость и свойства заготовок сухого ж термо-обработанного катализатора СВД /& 6 ил/

Катализатор ■ зтс Температура ,°с и Усадка, % Прочность, МПа п, а Объем пор, см3/г Уд.повер м2/г

сухого термооб.

свд ОП-7 75 90 125 0,45 0,59 1,07 -2,0±0,9 0,0 0,7±0,2 0,1*0,0 0,5*0,1 0,3±0,0. и.о. 0,7±0,1 0,5*0,1 н.о. 0,531 0,537 н.о. 0,491 0,480 н.о. 1,Э±0,1 2,0*0,1

СВД пзо 75 90 „Л25 о 0,34 0,55 1,08 -4,2*0,7 1,1±0,2 0,9*0,3. 0,1±0,0 0,8±0,1 0,9*0Д н.о. 1,1±0,2 1,3*0,3 н.о. 0,534 0,523 н.о. 0,481 0,468 н.о. 2,0±0,2 2,1*0,1

свд кмц 75 90 .125 0,40 0,49 0,90 -0,1*0,4 2,6±0,3 2,8±0,4 0,2*0,0 1,5±С,2 1.8*0,1 и.о. 1,7±0,2 2,0*0,2 и.о. 0,467 0,458 н.о. 0,408 0,395 н.о. 1,8*0,1 1,8*0,1

меньшая начальная скорость сушки ДГ=3и//дГ/ наблюдается для полуфабриката, содержащего КМЦ, его сушка протекает наиболее длительно. Потери влажности при сушке в интервале температур Э0-125°С хорошо описываются уравнением Ы=А'"С 'П+В. Коэффициенты корреляции уравнения лежат в интервале 0,98-0,99, показатель П увеличивается от 1,5 до 4,5 с увеличением температуры сушка.

Полуфабрикаты ВСК, высушенные при низких температурах /табл.3/ имеют.минимальную усадку и малую прочность гранул. Это связано с уменьшением связующей способности к высаливанием полимера из раствора ВТС. Быстрое удаление воды при высоких температурах предотвращает высаливание. Рекомендована сушка в интервала 90-125°С.

Наибольшей усадкой и, соответственно, прочностью, обладает полуфабрикат из :.:аос, содержащих КЩ, в свою очередь прочность полуфабриката, отформованного с использованием ИЗО ниже в 1,5-2 раза, с ОП-7 в 2,6-3 раза. Независимо от марки катализатора и размера гранул прочность прокаленного катализатора пропорциональна прочности воздушно-сухого полуфабриката /рис.5/.

■ Показано, что изменение температуры сушки гранул катализаторов различных размеров /в интервале ¿6-10 мм/ мало влияет на значения удельной поверхности и объема пор. Значительно большее влияние условия сушки оказывают на механическую прочность гранул.

• - значения прочности зерен СВД ребристой формы

1,2 бсух-. МПа

Рис.5. Зависимость прочности термообработанного изделия от прочности воздушно-сухого полу(|ц';гиката: а - Ж-1-6 б - СВБ в - СВД

Значения усадки, пористости, удельной поверхности и кажущейся плотности рэбристнх зерен близки аналогичным значениям для гранул. Продел прочности па раздавливание составляет 1,2 - 1,5 МПа. Термообработку катализаторов проводили по трем режимам /рис.6/ • Т, . .

Бис. 6. Схемы режимов' термообработки ВСК

1, час

Анализ полученных результатов позволяет рекомендовать провес денпе термообработки катализаторов по режиму 3. При этом катализатор имеет достаточно высокую прочность независимо от природы носителя и ВТС. Установлено, что ребристые зерна, термообработанныэ по режиму 3 также имеют повышенную на '10% прочность, •.

Глава 6. Проведен сравнительный анализ констант скорости я других эксплуатационных характеристик зерен катализатора СВД ребристой формы /с диаметром опийанной окружйости 6 й 8 мм/ с обачны-ми цилиндрическими гранулами диаметром 5 юл. Массовая константа скорости реакции на ?Л% выше для зерен ¡(оп 6 мМ /табл.4/. Объем пор и механическая прочность зерна катализатора практически одинаковы независимо от размера и формы, но для ребристых зерен Вмм прочность выше на 25%. {

• Показано, что во всех случаях увеличение отношения длины к диаметру зерна снижает насыпную плотность, последняя увеличивается в ряду звезда £ 8 км - звезда 0 6г>мм - цилиндр ^ 5 мм от 0,53 до 0,65 кг/л. Отмечено, что для ребристых зерен это отношение должно быть не болео 2,5-3.

Глава 7. Описаны, результаты опытно-промышленной Наработки партии кататазатора ребристой форма /СВД-ГР/ диаметром 8 Мм на Кировградском медеплавильном комбинате с использованием фильеры, состоящей из матрицы и полимерных сменных форлующйх !яундптуков.

Таблица 4

Некоторые характеристики катализатора ОВД разной формы

Форма зерна катализатора} длина х даам. Прочность, Ш1а Объем нор, см3/г •Зуд.' (.Г/г "масс. ' нсмэ S0-, гтс J

Сплошные цилиндры; 5x12мм 1,2 0,425 1,90 1,70

8вездочки пятилучевыеj 6x11,6 m 1.2 0,419 1,90 2,11

Звездочки пятапучевые\ Вх13,3 1,6 0,422 1,95 1,71

В качестве носителя использована смесь диатомитов Киссатибского в Икзеиского месторождений. Термообработку веж по режимам, принятие из комбинате, для гранул & 5 ш. Опробованные фильеры обеспечивают производительность около 8 т/сутки е пересчете на готовый продукт. Наготовленные зерна имели каталитическую активность Х485о = 85J5, пошиэниу» механическую прочность на раздавливание ' 1,27 Шз при насшшой плот-кости на 12%ниже, чем у каталдшатора Цилиндрической формы. Величина общего ретура при производства СВД-ГР близка данному показателю в технологии гранул катализатора ОВД. Показано, что технология СВД-ГР полностью совместима с про-шшинцой технологией цилиндрических граиул СВД.

По экспертному заключению ИК СО РАН насыпная плотность зерен СВД-ГР на 18$ 1ШХ-.0, а порозность насыпного слон на 21% выше аналогичных параметров для гранул 0 5 мм. Использование катализатора СВД-ГР позволяет снизить гидравлическое сопротивление аппарата в 1,5-2 раза и энергозатраты контактной системы на 3-552.

Промышленная партия СВД-ГР /32 т/ была загружена в контактный аппарат й 2 /КА-2/ сернокислотного цеха КМК. В течение 5 месяцев эксплуатации гидравлическое сопротивление аппарата КА-2, в среднем, было на 25/Ь ниже, чем в аппарате,*загруженном цилиндрическими гра-• нулами СВД .при большей на 6$ газовой нагрузке и практически одинаковой каталитическбй активности.

выводы

1. По результатам комплексного исследования реологических, структурно-механических свойств формовочных масс, полуфабрикатов и катализаторов разработана технология ребристых зерен ванадиевых сернокислотных катализаторов.

2. Определены оптимальные формовочные влажности масс различного состава. Установлено,•что при формовании таких масс в них развиваются преимущественно эластические деформации G g.

З.При подборе конструкционного материала» по результатам измерения краевых углов смачивания, адгезионного взаимодействия и коэффициентов внешнего трения в паре "конструкционный материал фильеры - катализаторная масса", предложено использовать соотношение коэффициентов внутреннего и внешнего трения /Т/.

При Т>1 постигается наименьшее адгезионное взаимодействие в контактирующей паре и могут быть изготовлены катализаторы с достаточно высокими показателями качества при высокой производительности и малом давлении формования. Для изготовления зерен катализатора с высокой прочностью рекомендовано использовать материал, обеспечиваюкий соотношение Т менее 1.-Для формования ребристых зерчн предложен ксмшзит-полимерный материал.

4. Потери влажности в сушке описываются уравнением вида

VI- А'Т^+В. Рекомендовано сушить свежеотформованный полуфабрикаты в интервале температур 90 - 125°С, т.к. снижение температуры уменьшает прочность полуфабриката. Прочность тормообработанного изделия определяется прочностью воздушно-сухого полуфабрикат, зависит от природы ВТС и увеличивается в ряду ОП-7 - ПЗО - КМЦ. Пористость и удельная поверхность не зависят от резшма сушки, а определяются природой и дисперсностью носителя. '

5. На основании изучения структурообразования каталвзаторяых масс рекомендовано масса СВД с добавкой ОП-7 и I1S0 формовать непосредственно поело приготовления /смешивания/, а массы СВБ, Ж-1-S, С^д,^ , СВД с добавкой КМЦ формовать После суточного хранения. • .

6. Испытания зерен катализатора СВД разной форма и размера /ребристые с ¿ п 6 и В мм, цилиндрические -05 мм/ показала преи-■^ччгства ребристой формы катализатора: массовые константы скорости реакции катализаторов соотносятся 1,24:1:1 при отношении гид-пглкчосккх сопротивлений 0,75:0,60:1, соответственно, для ката-

лизаторов d S; 8; 5 км. Установлено, что миткальная насыпная плотность Слоя равная 0,55 - 0,60 может быть получана при отношении длины к диаметр/ зерна 2,5-3.

• 7. Наработана и испытана в контактном аппарата пробашенная партия катализатора СВД-ГР /р В им/. Гидравлическое сопротивление слоя аппарата нкасэ, Чем в случае цилиндрических гранул при практически одинаковой каталитической активности и меньшей на 12$ насып-, ной плотности. Организован промышленный выпуск катализатора СВД-ГР на Кировградском медеплавильном комбинате. '

Основной материал диссертации изложен в следующих публикациях:

1. Шпайхйр О.Г., Костюченко В.В., Косин ЮЛ1., Шгхайккчеико A,lu Определение оптимальной влакносга формовочных паст ванадиевых сернокислотных катализаторов /ВСК/ //ХУ Всесоюзная кокфореишш по химической технологии неорганических веществ. Тезисы докл. -Казань» 1991. - С.168-169.

2. Чарикова О.Г., Костюченко В,В., Мосин Ю.М., Шха&а:Чанко А.11. Еузияа C.B. Реологические свойства формовочных масс в технологии ванадиевых сернокислотных катализаторов //Стекло и керампка. -1993. fô 3. - С.25-2?.

3. Чарикова О.Г., Костюченко В.В., Мосин Ю.М., Иихайлячешсо А.И. Чембаева Т.Е. Вдиянйа условий сушки на некоторые свойства ванадио-внх сернокислотных катализаторов //Стекло и керамика. - 1993. К 5. - С.18-20.