книги из ГПНТБ / Эстрин, Б. М. Производство и применение контролируемых атмосфер (при термической обработке стали)

схемам. Первая схема содержит промежуточную фрео­ новую охладительную камеру, во второй такой камеры нет: газ непосредственно после охлаждения водой пода­ ется в адсорбер.

Использование первой схемы позволяет при больших нагрузках (больших пронзводителыюстях) по влаге ог­ раничиться относительно небольшими объемами адсор­ бента.

Применение второй схемы рационально при малых производительностях (практически до 100 м3 /ч). Этим же вариантом пользуются при любых производительнос­ тях, если предварительное охлаждение газа водой велось при повышенном давлении.

В качестве адсорбентов применяют активную окись алюминия, снлнкагель пли цеолит.

Хладагентом в холодильных машинах, используемых в производстве контролируемых атмосфер, служит фре­ он 12 (CF2 C12 )*.

СХЕМЫ РЕГЕНЕРАЦИИ ТВЕРДОГО АДСОРБЕНТА

Блок осушки состоит из двух адсорберов, работаю­ щих поочередно. Регенерация адсорбента осуществляет­ ся горячим воздухом или защитным газом. Во время работы адсорбера тепло адсорбции отбирается проточ­ ной водой, подаваемой в систему охлаждения, находя­ щуюся в слое адсорбента.

После регенерации адсорбент охлаждают п продува­ ют защитным газом, если регенерацию вели воздухом. Подготовленный таким образом адсорбер можно исполь­ зовать в производстве.

Регенерацию адсорбента чаще всего осуществляют воздухом по проточной схеме. Воздух, забираемый рота­ ционной воздуходувкой из атмосферы, через фильтр (же­ лательно делать это вне помещения) подается в воздухо­ подогреватель. Горячий воздух направляется через сис­ тему клиновых задвижек в регенерируемый адсорбер, где отдает тепло адсорбенту, испаряя и вытесняя из него влагу. После адсорбера воздух удаляется через свечу.

В зарубежной практике применяют удобную систему переключения адсорберов, основанную на использовании четырехходовых кранов.

* ГОСТ 8501—57.

212

Перспективным в этом направлении является приме­ нение оболочек из фторопласта (политетрафторэтилен), не требующих смазки, не вызывающих заедания и обес­

котором на керамических фасонных кирпичах размеще­ ны нагревательные элементы из нихрома. Воздух прохо­ дит по узкому кольцевому сечению, образуемому нагре­ вательным элементом и внутренней футеровкой цилинд­ ра. Благодаря большим скоростям его движения п высо­ кой удельной мощности электрообогрева достигается интенсивный съем тепла при сравнительно небольшой длине прохода. При этом температура на нагреватель­ ных элементах умеренная и стойкость их высокая (для сплава Х20Н80ТЗ — около 2 лет).

Схема регенерации адсорбента защитным газом, цир­ кулирующим в данном случае по замкнутому кругу, при­

ме и необходимостью частичного его обновления. Нагретый газ подается в адсорбер, где он испаряет

и вытесняет влагу из адсорбента, насыщаясь ею сам, затем в трубчатом холодильнике газ охлаждается, из­ быточная влага из него конденсируется и отводится в канализацию, а газ, вновь забираемый газодувкой, пода­ ется в газоподогреватель и оттуда снова поступает в ад­ сорбер.

Такая система регенерации позволяет полностью или частично исключить продувку адсорбента защитным га-

213

зом. В общем времени регенерации доля, приходящаяся на продувку, весьма мала и существенного сокращения времени этот способ регенерации не дает.

Оригинальная схема регенерации газом показана на рис. 68 [55].

Технический —х-азот

н

Миссоциированный

аммиак

1—1ХЗ>

Влатшй газ

214

Она отличается от описанной выше тем, что в состав ее не входит циркуляционная газодувка, благодаря чему снижается уровень шума.

Как видно из схемы, защитный газ до осушки (не­ посредственно после охлаждения водой в трубчатом хо­ лодильнике) направляется в газоподогреватель и отту­ да:— в регенерируемый адсорбер. Далее газ охлаждается во втором трубчатом холодильнике, проходит фреоновую холодильную камеру, п поступает на осушку.

На основе исследований различных режимов регене­ рации цеолита, обеспечивающих глубокую осушку газа, Центроэиергочерметом разработано соответствующее оборудование (рис. 69).

Из рисунка видно, что газ направляется на осушку в один из адсорберов. Одновременно цеолит во втором ад­ сорбере подвергается регенерации. Прогрев его осущест­ вляется воздухом, подаваемым воздуходувками через два параллельно работающих электровоздухоподогрева­ теля.

Горячий воздух сначала попадает в кольцевое прост­ ранство кожуха, затем в трубчатку, размещенную в слое цеолита, а оттуда в атмосферу. Во время прогрева цео­ лита в адсорбер поступает противотоком небольшое (~10%) количество осушенного газа для отдува.

Последний до поступления в слой сорбента прогрева­ ется в трубе из нихрома, к которой подводится напряже­ ние от понижающего трансформатора. Это предотвра­ щает подстуживание хвостовой (формирующей влаж­ ность газа при адсорбции) части цеолита.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМА АДСОРБЕНТА

Адсорберы, используемые для осушки газа, представ­ ляют собой вертикальные сосуды, защищенные снаружи тепловой изоляцией, в которых на решетках размещен слой зернистого адсорбента. Внутри слоя находится сис­ тема охлаждения (в случае использования силикагеля или активной окиси алюминия) или нагрева (в случае применения цеолита).

Отношение высоты к диаметру в адсорберах должно быть достаточно большим — это улучшает условия массообмена. В промышленных адсорберах оно составля­ ет 2—5. Скорость газа, отнесенная к свободному сечению, равна 1—1,2 л/(мин-см2 ).

215

Как отмечалось выше, равновесная насыщенность ад­ сорбента зависит при данной температуре от парциаль­ ного давления паров воды в осушаемом газе. По дости­ жении равновесной насыщенности в данном слое наблю­ даются проскоки влаги сквозь него.

Если мысленно разделить слой адсорбента па несколь­ ко частей, то наибольшая нагрузка придется на лобовой слой, так как величина равновесной насыщенности в этом слое будет максимальной. Чем выше расположен слой, тем меньше парциальное давление паров воды на входе в него п тем, следовательно, меньше равновесная насыщенность.

По мере работы адсорбента зона наибольшей равно­ весной насыщенности передвигается вверх по слою, пока влажность газа на выходе из адсорбера не начнет воз­ растать. К этому моменту второй адсорбер должен быть полностью отрегепернроваи и подготовлен для переклю­ чения.

Хорошие результаты регенерации сплпкагеля дости­ гаются при температуре теплоносителя 200°С п расходе его 0,5—1,0 м3 /ч на каждый килограмм адсорбента (для малых адсорберов 1,0 и для больших 0,5 м3 /ч). Опыты показали, что регенерация без подачи воздуха, экви­ валентная регенерации при указанных выше услови­ ях, достигается лишь при длительном прокаливании ад­ сорбента до 500—600° С. Устойчивые результаты осушки активной окисью алюминия обеспечиваются при темпе­ ратуре теплоносителя 300—350° С.

Регенерация считается законченной, когда темпера­ тура теплоносителя на выходе будет на 50 град ниже

скую емкость, представляющую собой насыщение ад­ сорбента влагой, соответствующее проскоковой концен­ трации, для активной окиси алюминия (рис. 70), цеоли­ та (рис. 71) и силикагеля (рис. 72).

Опыт показывает, что наиболее стабильными показа­ телями динамической емкости обладает активная окись алюминия.

Силикагель иногда проявляет феноменальную дина-

216

Мическую емкость, достигающую 17% при л\>и, соответ­ ствующем т.т.р., равной 0°С.

В процессе работы, однако, емкость существенно по­ нижается (см. рис. 72).

Рис. 70. Влажность защитного газа, вы­ раженная через т. т. р. в зависимости от насыщения н начальной влажности газа для активной окиси алюминия:

Падение емкости вызвано низкой термической устой­ чивостью силикагеля, что обусловливает изменение структуры пор (их укрупнение).

Работа одного адсорбера должна быть рассчитана не менее чем на 12 ч. Более частые переключения адсорбе-

2 1 7

-10

к3 0

с выделением тепла. Глубина осушки (степень осушки) тем выше, чем ниже температура адсорбента.

218

Отвод тепла из адсорбента осуществляется водой, циркулирующей по системе труб.

П р и м е р. Используя сделанные выводы, приведем пример оп­ ределения количества адсорбента при следующих условиях: коли­

активной окиси алюминия, согласно приведенным выше данным, при­ нимаем равной 3,0% ее массы.

Тогда необходимое количество адсорбента С составит

„19,0-100

219

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Конечный эффект применения защитного газа зави­ сит от состава среды, непосредственно контактирующей с металлом печи. Состав газа может подвергаться суще­ ственным изменениям в самой печи вследствие взаимо­ действия его с поверхностью обрабатываемого металла, кладкой печи, окружающим воздухом (во время откры­ вания дверец), продуктами, образующимися от сгорания газовой завесы, а также в результате протекания неко­ торых химических реакций между отдельными газовыми составляющими среды.

Эти изменения проявляются глубоко индивидуально для печи каждого вида. Поэтому эффективное использо­

впламенных печах безокислительного нагрева).

Всвязи с этим применение защитного газа ограни­ чивается:

а) в электрических печах сопротивления с металли­ ческими и неметаллическими нагревателями;

б) в газовых печах с радиантными нагревателями (газовыми или электрическими);

в) в печах с муфелированным рабочим объемом (га­ зовые или электрические);

г) в газовых печах, где сжигание ведут в рабочем объеме печи при а—0,5-=-0,6.

2. Необходима герметичность рабочего объема. Для печей с открытой кладкой это достигается устройством

2 2 1