Меню Рубрики

Установки для получения контролируемых а

УСТАНОВКИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОНТРОЛИРУЕМЫХ АТМОСФЕР ИЗ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ

КЛАССИФИКАЦИЯ КОНТРОЛИРУЕМЫХ АТМОСФЕР

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОНТРОЛИРУЕМЫХ АТМОСФЕР

ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКИХ ЦЕХОВ

Контролируемой атмосферой называют газообраз­ную среду, состоящую из одного или нескольких газов, которая оказывает направленное контролируемое воздействие на поверх­ностный слой металлов и сплавов в процессе их термической обработки.

Контролируемые атмосферы классифицируют по следующим признакам:

по характеру взаимодействия с обрабатываемыми металлами и сплавами атмосферы на нейтральные, восстановительные, окис­лительные, науглероживающие, обезуглероживающие, специаль­ные (для азотирования, хромирования, борирования и пр.);

по исходному сырью, из которого приготовляют контролируе­мую атмосферу, на водородные, аммиачные, древесно-угольные, углеводородные и пр.;

по тепловому эффекту реакций, протекающих при получении контролируемой атмосферы, на эндотермические и экзотермиче­ские.

Контролируемые атмосферы, получаемые на отечественных установках, изготовляемых заводами Министерства электротех­нической промышленности, подразделяют на следующие типы: ДА — атмосфера, полученная из аммиака посредством его дис­социации; ДА-С — атмосфера, полученная из аммиака посредством его диссоциации, частичного сжигания продуктов диссоциации и их осушкой; ЭН — атмосфера, полученная путем сжигания природного (углеводородного) газа при коэффициенте расхода воздуха, равном 0,25—0,33; ЭК — атмосфера, полученная при сжигании природного (углеводородного) газа при коэффициенте расхода воздуха, равном 0,6—0,95; ВО — атмосфера, полученная из технического водорода; A3 — атмосфера, полученная из тех­нического азота.

Условное обозначение газоприготовительной установки со­стоит из букв и цифр. Первые две буквы обозначают назначение (получаемую атмосфер у):

ЭН — эндогаз; ЭК — экзогаз; ДА — диссоциированный аммиак, ВО — очистка водорода от кислорода, A3 — очистка азота, ИО — очистка инертных газов.

После букв через тире даются цифры, показывающие произво­дительность (м 8 /ч). Буква после цифр показывает особенности: Г — газовый обогрев; О — очистка от двуокиси углерода и глу­бокая степень осушки; С — частичное сжигание и осушка.

УСТАНОВКИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОНТРОЛИРУЕМЫХ АТМОСФЕР ИЗ АММИАКАДля получения контролируемой атмосферы типа ДА системы Нг—N2 проводят расщепление аммиака (NH3) на азот и водород. Аммиак поступает в баллонах или при больших рас­ходах контролируемой атмосферы в цистернах.

Процесс получения контролируемой атмосферы типа ДА со­стоит из нескольких этапов. Вначале жидкий аммиак из баллонов поступает в испаритель, где газифицируется. При испарении 1 кг жидкого аммиака получается 1,32 м 3 газообразного аммиака. Так как процесс испарения проходит с поглощением теплоты, требуется непрерывно подводить теплоту в испаритель. При пуске установки необходимая теплота подводится от электриче­ских нагревателей, вмонтированных в испаритель, а затем, когда из диссоциатора начинают выходить горячие продукты диссоциа­ции аммиака, то используется уже их теплота.

Из испарителя газообразный аммиак поступает в реторту диссоциатора, где при температуре 700—950 °С протекает реак­ция 2NH3 = N2 4- ЗН2, т. е. из одного объема газообразного аммиака образуется два объема газа, содержащего 25 % Na и 75 % Н2. Таким образом, из 1 кг жидкого аммиака образуется 2,64 м 3 газообразных продуктов его диссоциации.

Из диссоциатора продукты диссоциации аммиака выходят с температурой около 900 °С. Их охлаждение происходит в двух последовательно расположенных по ходу газа теплообменниках. Первый из этих теплообменников находится в испарителе уста­новки, что позволяет использовать теплоту горячего газа для подогрева жидкого аммиака. Второй теплообменник предназначен для охлаждения газа до температуры 20 °С.

Схема установки для диссоциации аммиака показана на рис.1. Из баллонов 1 жидкий аммиак через уровнемер 2 по­ступает в испаритель 3. Предохранительный клапан 4 предохра­няет испаритель от чрезмерного давления. Необходимую теплоту для испарения аммиака в испаритель отдает при пуске установки электрический нагреватель 9 и во время работы установки тепло­обменник 5. Газообразный аммиак из испарителя поступает в диссоциа-тор 7 с электрическим нагревом. Проходя через реторту 6 диссоциатора, аммиак нагревается до температуры, превышающей 600 °С, и распадается на водород и азот. Реторта заполнена ка­тализатором, ускоряющим протекание реакции диссоциации ам­миака. Точка росы газа, выходящего из охладителя 8, находится в интервале температур —40ч- —50 °С.

Контролируемая атмосфера ДА из-за высокого содержания водорода взрывоопасна.

Для снижения стоимости контролируемой атмосферы и умень­шения ее взрывоопасности в ряде случаев из аммиака получают не атмосферу ДА, а атмосферу ДА-С. В этом случае продукты диссоциации аммиака подвергаются частичному сжиганию с воз­духом. В зависимости от величины коэффициента расхода воздуха в получаемой атмосфере содержание водорода изменяется от 4 до 20 %. Такая атмосфера используется при отжиге и нормали­зации стали с невысоким содержанием углерода, спекании ме­таллокерамики, пайке медью и ее сплавами.

Процесс получения из аммиака контролируемой атмосферы с низким содержанием водорода заключается в диссоциации аммиака, последующего частичного дожигания водорода и очистки продуктов горения от воды. В зависимости от содержания водорода в контролируемой атмосфере из 1 кг жидкого аммиака полу­чается 3,7—4,2 м 3 атмосферы типа ДА-С.

Рис. 1. Схема установки для получения контролируемой атмосферы из аммиака

Углеводородные газы (метан, бутан, пропан и их смеси) широко применяют в качестве сырья для получения кон­тролируемых атмосфер. Наиболее широкое распространение в ма­шиностроении нашел метод получения за­щитных атмосфер из природного газа. При­родный газ состоит в основном из метана. При горении метана с недостатком воздуха образуются продукты неполного его горения, в состав которых входят водород и окись углерода Чем больше недостаток воздуха, т. е. чем меньше коэффициент расхода воздуха, тем больше в про­дуктах неполного горения метана будет водорода и окиси угле­рода. Минимальное количество воздуха для неполного горения метана определяется из реакции

т. е. для горения 1 м 3 СН4 подается 0,5 м 3 О2 и при этом образуется 1 м 3 СО и 2 м 3 Н2. Горение метана с еще меньшим количеством воздуха (n 3 ) практически не пригоден для термической обработки.

В охладителе 6 газ охлаждается до 20—30 °С. Сконденсировав­шаяся влага удаляется через конденсатоотводчикв. После охлади­теля 6 в экзогазе содержится 30 г/м 8 влаги. Для более полной осушки экзогаза его пропускают через установку 7, в которой используют фреон. Дополнительное охлаждение экзогаза до 3—5 °С снижает содержание влаги в экзогазе до 5—6 г/м 3 . Окон­чательный состав экзогаза, направляемого в печь, следующий: 5 % СО2, 1 % НаО, 14 % СО, 18 % Н2, остальное N..

Исходный природный газ подается через расходомер 1 и регу­лятор давления 2, а воздух, засасываемый из атмосферы, прохо­дит через фильтр 11 и расходомер 3.

Дата добавления: 2014-01-04 ; Просмотров: 2887 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

источник

КОНТРОЛИРУЕМЫЕ АТМОСФЕРЫ И УСТАНОВКИ ДЛЯ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ 1 страница

МАСЛООХЛАДИТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКИХ ЦЕХОВ

Для охлаждения закалочной жидкости в немеханизированных закалочных баках применяют змеевики с холодной проточной водой, баки с двойными стенками и с мешалками и т. д.

В случае необходимости более быстрого охлаждения при боль­шом количестве закалочных баков целесообразно применять масло­охладители. В промышленности применяют маслоохладители двух

Рис. 126. Маслоохладитель труба в трубе

типов,; барабанного (колончатого) и так называемого «труба в трубе». Маслоохладитель типа «труба в трубе» (рис. 126) пред­ставляет собой двойной змеевик с расположением труб одной в другой. По внутренней трубе пропускается охлаждающая вода, а по наружной — охлаждаемое масло. Вода и масло двигаются в противоположных направлениях.

Наиболее распространенной конструкцией маслоохладителей (холодильников) являются цилиндрические барабаны (колонки) с двойными днищами и с продольными или поперечными пере­городками. Вдоль барабанов в отверстия внутренних днищ встав­лены латунные или медные тонкостенные трубки диаметром 10— 15 мм для масла и стальные для раствора каустической соды. В этих маслоохладителях холодная вода и горячее масло цирку-

Читайте также:  Установка плиты с трубами сэндвич

Лируют также по принципу про­тивотока, причем вода напра­вляется прямолинейно внутрь трубок, а масло движется криволинейно, обходя попереч­ные перегородки между труб­ками с водой. Концы латун­ных трубок развальцованы в отверстиях днищ, и для чистки коллектор трубок с внутренними днищами может быть выдвинут из корпуса маслоохладителя после съема одной из крайних коробок (головок).

Коллекторы маслоохладите­лей чистят при их загрязнении. Загрязнение коллекторов мас­лоохладителей ухудшает тепло­обмен между горячим маслом и трубами, охлаждаемыми во­дой, поэтому коллекторы масло­охладителей при загрязнении чистят. Для этого головку масло­охладителя снимают, коллектор вынимают и промывают в жид­костях типа толуола. Так как толуол является взрывоопасной жидкостью, промывку ведут за пределами цеха, на значитель­ном расстоянии от заводских сооружений. Меннее эффектив­ными средствами для очистки коллектора являются острый пар, воздух давлением 5—6 am или раствор каустической соды. Существует несколько типов колончато-трубчатых охлади­телей (рис. 127), имеющих индекс ТЛВ: ТЛВ-8, ТЛВ-15, ТЛВ-21, ТЛВ-37 и ТЛВ-65 (Т — теплообменник, Л •— ко­лончатый, В — вертикальный, цифра — поверхность охлажде­ния в квадратных метрах). Ра­бочее давление масла и воды 3,3 кГ1см г . Наибольшая допус­каемая температура для воды 20° С и для масла 55° С. Ма-

Рис. 127. Вертикальный колончато-трубчатый маслоохладитель типа ТЛВ

слоохладители дают перепад температур 10—15° С, т. е. если подается горячее масло с температурой 60° С, то после прохожде­ния через маслоохладитель масло будет иметь 45—50° С. Для облегчения чистки коллекторов маслоохладителей на некоторых заводах масло пропускают по трубкам, а воду — по межтруб­ному пространству. При таком способе прямолинейные трубки загрязняются только изнутри и их легче очистить, чем всю на-

Рис. 128. Схема пластинчатого теплообменника

ружную поверхность плотно установленных трубок коллектора. В этом случае масло охлаждается хуже и перепад температур между горячим и охлажденным маслом меньше, так как коэф­фициент теплопередачи масла к стенке трубы меньше, чем коэф­фициент теплопередачи воды. При охлаждении в холодильнике раствора каустической соды перепад температур равен также 10—15° С.

Для маслоохлаждения можно также использовать пластин­чатые теплообменники. Эти теплообменники изготовляют раз­борными на консольной раме или на двух опорах. Пластины тол­щиной 1—1,2 мм и размеров 1370×500 или 960×315 мм изго­товляют двух видов со штампованными гофрами «в елку» и гори­зонтальными гофрами. Материалом пластин может быть сталь 08КП или нержавеющая, а также железо, алюминий, медь и латунь. Пластины собирают, между ними по периметру и вокруг отверстий укладывают резиновую прокладку, после чего они стя-

гиваются в пакет. По образованным между пластинами щеле-видным каналам движутся противотоком из соответствующих кол­лекторов жидкости. По одну сторону пластины находится горя­чее масло, а по другую — вода или другой охладитель (рис. 128). Гофрированная форма пластин способствует усиленной турбу-лизации жидкости. Это обеспечивает высокий коэффициент тепло­передачи при сравнительно малом гидравлическом сопротивлении. Пластинчатые теплообменники требуют меньшей площади, легко и быстро разбираются для чистки. Поверхность теплообменников составляет от 3 до 160 ж 2 .

Маслоохладители из­готовляют заводы хими­ческого машинострое­ния.

Рис. 129. Фильтр для очистки масла

В централизованную маслоохладительную си­стему кроме маслоох­ладителя входят сбор­ная цистерна для масла, фильтры, насосы и тру­бопроводы. Размеры сборной цистерны под­бираются таким обра­зом, чтобы во время ра­боты установки после заполнения всей систе­мы (закалочные баки и трубопроводы) в цистер­не находилось масло, занимающее г /3 ее объ­ема. Цистерна должна’ иметь объем, обеспечивающий аварийный спуск в нее всего масла из системы (например, в случае пожара). Объем сливной цистерны должен быть больше объема масла в системе на 30—40%. Обычно для удобства работы маслоохлади-тельной установки сборную цистерну разделяют на два-три отсека, из которых в работе находится один отсек, а другие — на чистке. Путем переключения вентилей масло может быть направлено из одного отсека в другой или сразу поступать в два-три отсека. Сборную цистерну помещают в подвале под цехом или углубляют в землю вблизи цеха. Грязь и окалина из отсеков сборной цистерны периодически удаляют при чистке.

Фильтры устанавливают между сливной цистерной и насосом и служат для очистки масла от частиц окалины и грязи. Фильтр представляет собой два цилиндра, объединенных в одном корпусе (рис. 129). В цилиндрах расположены латунные сетки. Из масла, проходящего через сетку фильтра, выделяются и осаждаются не­растворимые частицы окалины и грязи. В работе всегда находится один цилиндр, а другой подвергается чистке.

Для чистки фильтра снимают крышку цилиндра и вынимают латунную сетку с осевшей в ней грязью и окалиной, а дно ци­линдра очищают через люк сбоку. Затем в цилиндр устанавливают запасную или очищенную и промытую сетку, закрывают крышку и люк, после этого фильтр может быть вновь включен в работу.

Рис. 130. Централизованная маслоохладительная установка в подвале

/ — маслоохладитель; 2 — насосы с электродвигателем; 3 — фильтры; 4 — сбор­ная цистерна

Расположение централизованной маслоохладительной уста­новки в подвале термического цеха показано на рис. 130.

В настоящее время в агрегатах термической и химико-терми­ческой обработки устанавливают индивидуальные маслоохла­дители, способствующие получению лучшего качества обрабаты­ваемых деталей.

Для расчета производительности маслоохладительной уста­новки определяется общий вес деталей, проходящих охлаждение в масле при закалке и после отпуска. Количество тепла, которое передается от металла маслу (и от масла — воде), определяется по формуле

где с —теплоемкость стали в ккал/(кг-град);

А — среднее количество охлаждаемого металла в кг/ч; tH — температура (нагретого) погружаемого в масло металла; tK — температура (охлажденного) извлекаемого из масла металла. Количество масла, необходимое для охлаждения металла, определяется по формуле

где с — теплоемкость масла, равная 0,45 ккал/(кг-град);

где р — плотность масла, или

t1==50° С — температура масла, поступающего в маслоохла­дитель; t2=39 0 С — температура масла, выходящего из маслоохла­дителя. Зная плотность масла, получим объем его:

Эта величина характеризует производительность маслоохла-дительной установки, по которой можно рассчитывать диаметры трубопроводов.

Окисление металла.При нагреве металлов в печах происходит окисление. Интенсивность окисления будет тем больше, чем выше температура нагрева. Процесс окисления состоит в химическом взаимодействии металла с окислительными газами, находящимися в печной атмосфере.

Ход реакций окисления железа водяным паром и углекислым газом можно проследить по диаграмме, показанной на рис. 131. Если при температуре 1000° С отношение количества водяных паров к водороду будет 6 : 10, то смещение равновесия реакции FeO + H2^l!lFe + Н20 пойдет вправо, т. е. с восстановлением’ железа. Но уже при температуре ниже 900° С железо будет оки­сляться. Из этой же диаграммы аналогично можно определить, как влияют С02 и СО на железо и его окисел. При температуре 1000° С и СO2/CO=6/10 в реакции Fe + CO2 = FeO + СО же­лезо будет окисляться, а при температуре ниже 750° С — вос­станавливаться.

Если же в печи присутствуют все четыре газа, то происходит реакция: СО + Н2О = СО2 + Н? и соотношение компонентов

смеси, а также окислительная способность газовой смеси изме­нятся. Продуктом окисления стали является окалина, состоящая из окислов:
FeO, Fe4O4 и Fe24

Окислы Fe34 и Fe23 устойчивы в большом диапазоне тем­ператур (от 20 до 1538—1565° С), а окисел FeO устойчив только при температуре выше 570° С до точки его плавления (1377° С). Окисление металла следует рассматривать как процесс двусторон­ней диффузии окисляющих газов с поверхности внутрь металла через слой окалины [2]. Металл в виде ионов тоже диффундирует

Рис. 131. Диаграмма равновесия С02— СО и Н20—Н2 с железом

через пленку окислов. Когда ионы металла достигают внеш­ней поверхности, они реагируют с газом и вследствие избытка кислорода образуют окисел Fe23. Кислородные же атомы, проникая внутрь и соединяясь с неокисленным металлом, обра­зуют окисел FeO вследствие из­бытка металла. Следовательно, можно считать, что снаружи имеется слой Fe23, затем Fe34, FeO и чистое железо, т.е. окислы располагаются по убы­вающим степеням окисления. При температурах ниже 570° С окисел FeO не образуется и оки­сленный слой состоит из Fe23 и Fe34, но при температурах выше 570° С структура окалины состоит из Fe23, Fe34 и FeO, причем толщина их примерно соответствует отношению 1 :10 : 100. Кроме окислительных газов, атмосфера печей содержит восста­новительные газы Н2, СО, СН4 и нейтральный газ N2. Техни­ческий азот вследствие постоянного в нем присутствия влаги и до 4% кислорода вызывает окисление стали. При нагреве металла в нейтральной или восстановительной атмосфере окисления не происходит.

Обезуглероживание металла.В процессе нагрева наряду с окис­лением металла может происходить обезуглероживание поверх­ностного слоя металла, т. е. уменьшение содержания углерода в поверхностном слое.

Обезуглероживание вызывает изменение механических свойств деталей или заготовок. Кроме того, деталь с обезуглероженнои поверхностью склонна к закалочным трещинам, короблению, обладает малой сопротивляемостью статическим нагрузкам и низ­ким пределом усталости. При изготовлении рессор, например, особенно внимательно следят за обезуглероживанием поверхности рессорных листов, так как с обезуглероженным слоем листы имеют низкий предел усталости и рессоры намного быстрее выхо-

дят из строя. При определении обезуглероженного слоя нужно учитывать не только его глубину, но и содержание углерода в нем.

Обезуглероживанию способствуют: Н20, С02, 02 и Н2. Сущ­ность процесса обезуглероживания заключается во встречной диффузии обезуглероживающего газа и углерода или карбида железа и реакции между ними. Процесс обезуглероживания может происходить по следующим реакциям:

Наиболее обезуглероживающей средой является Н20, С02 и Н2. Но, кроме этого, на процесс обезуглероживания влияет температура нагрева и содержание углерода в стали. Из элемен­тов, способствующих обезуглероживанию, нужно назвать алюми­ний, кобальт и вольфрам-. Хром и марганец задерживают обезугле­роживание, а кремний, никель и ванадий не оказывают существен­ного влияния на обезуглероживание.

Окисление и обезуглероживание происходит в поверхностном слое металла. Обычно обезуглероживание предшествует окисле­нию. Поэтому, если образовалась окалина, то металл защищается от обезуглероживания. Обезуглероживание не является опасным явлением, если детали после термической обработки подвергаются механической обработке со снятием стружки или шлифованию, и обезуглероженный слой полностью снимается. Таким образом, печные газы в рабочем объеме влияют на изменение химического состава и свойств поверхностных слоев стали. Для того чтобы предохранить металл от отрицательного влияния печных газов, в рабочее пространство печи искусственно вводят защитную газо­вую среду такого состава, который не окисляет и не обезуглеро­живает металл. Можно также искусственно создать такую атмо­сферу, которая будет науглероживать металл, как это делается при газовой цементации. Эти газовые среды называются контро­лируемыми, так как их взаимодействие с металлом при нагреве регулируется в требуемом направлении.

Существует несколько групп контролируемых атмосфер [40]: аммиачная, древесноугольная, экзотермическая, эндотермическая, экзо- эндо-, водородная, аргоновая и гелиевая и паровая.

Аммиачная группа.Материалом для получения атмосфер аммиачной группы является безводный жидкий аммиак. Газ (усл. обозн. ДА), получаемый при диссоциации аммиака (2NH3—» ЗН2 + + N2), содержит до 75% водорода и является взрывоопасным.

Газ (усл. обозн. ПСА-08), получаемый из продуктов сжига­ния аммиака с коэффициентом избытка воздуха а = 0,7-4-0,9,

содержит 1 — 15%, остальное азот. Йтот газ не является^ взрыво­опасным и применяется при отжиге малоуглеродистой стали, а также при нагреве для пайки. Атмосфера аммиачной группы может быть окислительной при наличии ‘водяных паров, и по­этому газ перед пуском в печь сушат путем понижения темпера­туры газовой смеси. При этом происходит понижение равновес­ного содержания водяного пара, и влажность смеси уменьшается. Температура начала конденсации водяных паров из газовой смеси называется точкой росы. Чем ниже эта температура, тем меньше влаги содержится в газовой смеси. Допускаемая влажность газа при отжиге в 0,01% соответствует точке росы — 40° С.

заполненных силикагелем (гидратом кремневой кислоты). Процесс поглощения влаги силикагелем идет с выделением тепла, и по­этому работающая колонка охлаждается снаружи водой. В другой колонке в это время происходит восстановление силикагеля путем продувки нагретым до температуры 250—300° С воздухом в те­чение 2,5 ч. Воздух из воздуходувки 9 подается в камеру частичного сжигания 4 и в нагреватель адсорбера 8. При необ­ходимости газ можно выпускать в атмосферу через водяные за­творы 10.

Характеристика методов осушки газов приведена в табл. 11.

Характеристика различных методов осушки газа

Рис. 132. Схема приготовления контролируемой атмосферы ПСА-08

Газ ПСА-08 обезуглероживает средне- и высокоуглероди­стые стали. Обезуглероживающее действие этой системы газов вызывается избытком водорода и зависит от направления реакции. Процесс получения контролируемой атмосферы газа происходит по схеме, показанной на рис. 132. Жидкий аммиак из баллонов 1 направляется в испаритель 2, где переходит в газо­образное состояние. Отсюда газообразный аммиак поступает в диссоциатор 3 и распадается на водород и азот. Процесс проте­кает при температуре 600—850° С в присутствии катализатора— железных стружек. После диссоциации газ охлаждается в змее­вике испарителя, промывается в скруббере и вводится в камеру 4 частичного сжигания.

Процесс частичного сжигания ведется также в присутствии катализатора—шамотного кирпича с порошком никеля при тем­пературе 900° С. При сжигании соблюдается точное дозирование воздуха и газа. Затем следует охлаждение и сушка газа в скруб­бере 5, рефрижераторе 6 и адсорбере 7 с силикагелем, после чего газ направляется в печь. Влажность при охлаждении в скруб­берах до температуры точки росы (+20° С) составляет 2,3%. При последующем охлаждении в рефрижераторе до температуры +2° С содержание влаги уменьшается до 0,7%. Сушка газа в этом слу­чае происходит вследствие охлаждения газа и конденсации влаги. Окончательная сушка газа ведется в адсорбере с силикагелем. Адсорбер 7 состоит из двух попеременно работающих колонок,

На рис. 133 показана конструкция установки для изготовле­ния атмосферы из аммиака ДА-ЗОС (ОКБ-674), разработанная во ВНИИЭТО. Вся установка состоит из блоков: испарителя ам­миака с диссоциатором, сжигания, охлаждения газа и осушки. В блок испаритель-диссоциатор входят испаритель аммиака, диссоциатор и трубчатый холодильник. Испаритель представляет собой металлический сосуд высокого давления со сферическими днищами и предохранительным клапаном. Испаритель имеет змеевиковый и электрический подогреватели жидкого аммиака. Диссоциатор изготовляют в виде шахтной электропечи, футеро­ванной огнеупорным кирпичом с жароупорной ретортой, заполнен­ной катализатором. Температура контролируется и регули­руется автоматически.

Блок сжигания состоит из камеры сжигания, системы контроля и автоматического регулирования состава газа. В камере нахо­дится катализатор горения. Водяная рубашка служит для отвода избытка тепла от камеры.

Блок охлаждения газа состоит из трубчатого холодильника с гидравлическим затвором, камеры охлаждения с ребристыми охладителями и холодильных установок. Блок сушки состоит из двух силикагелевых осушителей и электрокалорифера для подогрева воздуха. Наружные стенки осушителя охлаждаются

водой. В электрокалорифере находится теплоизоляция и съемный электронагреватель. Ниже приведена техническая характеристика установки ДА-ЗОС

Рис. 133.Установка ДА-ЗОС (ОКБ-674)для приготовления атмосферы из

/ — испаритель; 2 — диссоциатор; 3 — камера сжигания; 4 — трубчатый холо­дильник; 5 — камера охлаждения; 6 — блок сушки; 7 — система регулирова­ния состава газа

Читайте также:  Установка гбо в бахмуте

Из отдельных блоков можно составлять установки; например, могут быть смонтированы следующие установки: с диссоциацией аммиака без последующего сжигания, с диссоциацией аммиака с частичным сжиганием, с сушкой или без нее, для очистки ‘техни­ческого азота, для частичного сжигания водорода с сушкой или без нее. Кроме того, эти блоки могут быть использованы и для монтажа установок других типов атмосфер.

Существует адсорбент — «молекулярные сита». Такое назва­ние адсорбент имеет потому, что размер его пор приближается к размеру молекул. Если размер молекул поглощаемого вещества превышает размер пор адсорбента, то они не проходят и не погло­щаются, если же меньше, то они проникают в адсорбент и погло­щаются им.

Этот адсорбент представляет собой кристаллическое вещество, сходное с искусственно приготовленными алюмосиликатами — цеолитами. Сушка газа с помощью «молекулярных сит» может быть доведена до точки росы —70н—80° С. Когда молекулярные сита насыщаются поглощенными веществами, их очищают путем реге­нерации при температуре 300—350° С.

Молекулярные сита могут быть использованы для избиратель­ного разделения веществ; например, можно отделить Н20 от Н2, С02 от N2 или остаточный аммиак от смеси N2 и Н2, полученных в результате диссоциации NH3.

При использовании молекулярных сит для сушки и разделе­ния веществ конструкции существующих установок с силикагелем или этаноламинами должны быть изменены, так как десорбция поглощенных молекулярными ситами веществ происходит при бо­лее высоких температурах, а также изменяются и другие усло­вия — нагрузка, давление, влажность и т. д.

Для приготовления контролируемой атмосферы аммиачной группы можно использовать другую схему. Обезвоженный ам­миак испаряется и смешивается с воздухом (1 часть аммиака и 3,6 части воздуха). Смесь пропускается над катализатором, и происходит следующая реакция: 4NH3 + 302 —> 2N2 + + 6Н20 + Q (тепло). После этого газ охлаждается и осушивается до точки росы —40° С и ниже. Атмосфера состоит из 99,5—60% N2 и 0,5—40% Н2. Эта атмосфера находит применение для нагрева

Таблица 12 Примерный состав атмосфер древесноугольной группы в%

высокоуглеродистой лезвийной стали, нержавеющей стали и цветных металлов.

Для получения аналогичных контролируемых атмосфер может быть использован также азот, находящийся в баллонах. Та­кой азот обычно содержит 3—5% кислорода. Азот смеши­вается с диссоциированным и охлажденным аммиаком, после чего смесь пропускается над катализатором, способствующим реакции кислорода с водородом при комнатной температуре или продувается через медную стружку и затем осушивается до требуемой точки росы. Можно также пропускать газ через реторту с раскаленным древесньгм углем. В этом случае в составе атмо­сферы будет приблизительно 5% CQ и остальное N2.

Аммиачная группа атмосфер имеет следующие преимущества: с жидким аммиаком легче обращаться, чем с баллонами газа, эта группа атмосфер почти не имеет посторонних примесей; нетрудно получить диссоциацию аммиака, и газ не требует дальнейшей очистки.

К недостаткам аммиачной группы можно отнести следующее: большие затраты по сравнению с затратами, произведенными для получения других атмосфер; эти атмосферы взрывоопасны в более широком интервале температур, чем другие атмосферы, за исклю­чением атмосфер с невысоким содержанием водорода (до 15%); при содержании в атмосфере незначительного количества недиссо-циированного аммиака происходит нежелательное азотирование стали.

Древесноугольная группа.Древесноугольная группа атмосфер представляет собой генераторные газы, получаемые при пропу­скании воздуха от вентилятора через нагретый уголь в генераторе. В нижней части камеры генератора уголь сгорает и образует газо­образную смесь, состоящую из азота, двуокиси углерода и водя­ных паров. Эта реакция вызывает сильный нагрев угля в верхней части камеры. Раскаленный уголь вступает в реакцию с двуокисью углерода и превращает его в окись углерода, а водяные пары — в водород. Горячие сухие газы выходят из генератора и направ­ляются через фильтр для очистки. Древесноугольная атмосфера образуется по реакции: 2С + 02 + 3,8N2 —> 2СО + 3,8N2.

Теоретически по этой реакции в газе должно быть 34% СО и 66% N2. В-действительности в результате наличия влаги, лету­чести древесного угля и неполного превращения двуокиси угле^ рода образуется газовая смесь, содержащая, кроме СО и N2 — С02, Н2, СН4, Н20 и даже 02 (табл. 12).

ГГ-С (генераторный газ сухой) — наиболее простой генератор^ ный газ, в который из топлива попадает сера в виде сероводорода, Очистка газа от сероводорода производится в установках с болот­ной рудой или в скрубберах с водным раствором моноэтано-ламина. Этот газ можно применять для отпуска сталей в широком интервале температур отпуска, для нормализации малоуглероди* стой стали и при получении ковкого ферритного чугуна.

ГГ (генераторный газ) можно использовать для отжига чугун­ных отливок на ковкий чугун.

ГГ-ВО (генераторный газ, полученный в генераторе с внешним обогревом) можно применять для нормализации и нагрева при за­калке углеродистой и легированной сталей без окисления и обез­углероживания и для отжига цветных металлов.

Безокислительный нагрев обеспечивается при минимальном содержании С02 (до 0,5%); тогда смещение равновесия реакции FeO + CO = Fe + CO2 пойдет слева направо. Для предупрежде­ния обезуглероживания необходимо очищать газ от С02 и затем его сушить. Такой очищенный газ обозначается ГГ-0 и приме­няется для нормализации и закалки среднеуглеродистой и леги­рованной стали. Очистка газа от С02 производится путем про­пускания его через абсорбер г (50%-ный водный раствор моноэта-ноламина), поглощающий С02, или через раскаленный уголь.

Раствор моноэтаноламина может быть в дальнейшем восста­новлен. Восстановление осуществляется путем нагрева раствора до температуры 98—102° С. При этом происходит обратное выде­ление (десорбция) С02, после чего раствор охлаждается и может быть опять использован для поглощения С02. Таким образом создается замкнутый круг поглощения и выделения углекислоты.

Влажность газа также отрицательно влияет на его свойства. Чем меньше содержания в газе влаги, тем выше может быть кон­центрация углерода в стали, для которой этот газ применяется. Освобождение газа от влаги (водяных паров) производится про­мывкой его и пропусканием через холодильник и специальный поглотитель адсорбер. В результате охлаждения конденсируются водяные пары и, таким образом, происходит осушение газа от влаги. Более глубокое осушение происходит при поступлении газа в одну из двух колонок адсорбера с силикагелем, который погло­щает влагу. В другой колонке в это время восстанавливается силикагель. Восстановление силикагеля производится путем на-

1 Абсорбция — поглощение объемом вещества (раствор этаноламинов и др.), адсорбция — поглощение поверхностью вещества (силикагель, уголь и др.).

грева его горячим воздухом, который на пути от воздуходувки проходит электронагреватель и нагревается до температуры 250—300° С.

Пары лития способствуют удалению из газа водяных паров. Металлический литий испаряется при относительно низких тем­пературах (около 370° С) и обладает способностью разлагать водя­ные пары на их составляющие — водород и кислород с поглоще­нием при этом кислорода. Реакция идет следующим образом:

Затем окись лития реагирует с окисью углерода и получается восстановленный литий и углекислый литий, который диссоци­ирует с образованием С02 и Li20:

Таким образом, в процессе реакций литий регенерируется, и его расход составляет 1 г на 1 м 3 газа. Практически это осуще­ствляется путем пропускания газа, прошедшего промывку и пред­варительное осушение, перед впуском в печь через литиевый испаритель. Реакции происходят при прохождении газа через испаритель, а затем продолжаются в печи.

Дата добавления: 2015-06-27 ; Просмотров: 1102 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

источник