Промышленные системы очистки и осушки атмосфер

 

Система глубокой осушки газа до точки росы -30...-40 °С включает две ступени:

1. удаление паров воды из газа в результате его охлаждения до температуры

-20..-4 °С;

2. адсорбция влаги пористыми кристаллическими веществами - адсорбентами до остаточного содержания < 0, 01% Н₂0.

Первичное охлаждение газа проводят в водяной рубашке или в трубчатом холодильнике с целью избежания непосредственного контакта газа с водой. Более глубокое охлаждение достигается с помощью фреонового холодильника - машины, работа которой основана на принципе испарения и после­дующего сжижения газа, служаще­го хладоагентом, который при ис­парении отбирает тепло от охлаж­даемого газа (см. гл. 3).

Рис. 6.17. Полная схема системы осушки контролируемых атмосфер

 

Полная схема установки для осушки, приведенная на рис. 6.17, состоит из трубчатого холодильни­ка 1, фреонового холодильника 2, распределительных устройств 5. колонок с адсорбентами 3, 4.

Узел глубокой осушки (рис. 6.18) состоит из двух колонок 1 и 2, работающих попеременно. Обе ко­лонки заполнены адсорбентом. Че­рез колонку 1 пропускается охлаж­денный до комнатной температуры влажный газ (снизу вверх), и про­исходит процесс поглощения влаги из газа. Так как процесс адсорбция идет с выделением тепла, то между стенками колонки подается вода для охлаждения адсорбента. В это же время адсорбент в колонке 2 очищается от поглощенной влаги путем пропускания горячего воздуха. После полной де­сорбции влаги через колонку 2 пропускают несколько минут влажную холод­ную атмосферу для очистки адсорбента от O₂, выпуская ее в свечу. При этом адсорбент охлаждается до комнатной температуры.

После насыщения адсорбента в колонке 1 влагой и появления на ее вы холе влажного газа производится с помощью четырехходовых кранов 5 переключе­ние, и первая колонка, работавшая на осушке газа, переводится на десорбцию (восстановление адсорбента), а вторая - на осушку газа. Для продувки колонки газом с целью предотвращения попадания воздуха в печь предусмотрен кран 4.

Для нагрева подаваемого воздуха до температуры 180...260 °С есть воздухонагреватель 3. В качестве адсорбентов используют такие пористые вещества как силикагель и алюмогель. Они энергично поглощают влагу из газа вследст­вие своей высокой пористости (удельная поверхность силикагеля 350...450 м²/г, алюмогеля - 250...270 м²/г). По мере накопления влаги в порах их осушающая способность снижается. Её восстановление осуществляется продувкой колонки нагретым воздухом.

Система влажной очистки газа от диоксида углерода растворами этаноламинов приведена на рис. 6.19. Этаноламины - соединения, имеющие следую­щие химические формулы: RNH₂ - моноэтаноламин, R₂NH - диэтаноламин, R₃N - триэтаноламин, где R=CH₂ CH₂ ОН.

Рис. 6.18. Узел глубокой осушки газа при помощи адсорбентов

 

Рис. 6.19. Система влажной очистки от СО₂

 

Очистка газа осуществляется его прогонкой через колонку с водным рас­твором этаноламина. Происходит поглощение таких вредных веществ как диок­сид углерода и серный ангидрид по реакциям:

 

2R₃N + H₂O + CO₂ ↔ [R₃NH]₂CO₃                          (6.26)

2R₃N + H₂S ↔ [R₃NH]₂S↓                                          (6.27)

 

 

Продукт реакции (6.26) растворим до 100 °C. При повышении температуры выше 100 °С реакция идет в обратном направлении - обеспечивается регенера­ция раствора. В реакции (6.27) такого эффекта не наблюдается в результате вы­падения продукта в осадок. Поэтому серу и ее соединения удаляют еще перед технологическим процессом получения атмосферы.

Система очистки от СО₂, представленная на рис. 6.19, имеет два основных узла. Узел очистки - колонка 2, защищенная железными кольцами, по которым сверху вниз стекает раствор этаноламина, а снизу подается очищаемая атмо­сфера. Узел регенерации раствора - восстановительная колонка 7, в которую подается раствор из нижней части колонки 2 с помощью насоса 1. Раствор на­гревается в подогревателе 4 до 110 °С и очищается в фильтре 5. Подогретый до такой же температуры воздух подается снизу. Стекая по кольцам колонки 7, на­гретый раствор восстанавливается (происходит десорбция углекислоты). Для выравнивания температуры по высоте колонки 7 предусмотрен электронагрева­тель 8. Из колонки 7 нагретый раствор насосом 9 подается через охлаждающий змеевик 10 и фильтр 3 в колонку 2. Воздух с углекислотой выпускается в атмо­сферу через каплеуловитель 6.

В данной установке обычно применяется 50% водный раствор триэтаноламина или диэтаноламина. Эти вещества способны уловить CO₂ даже при его незначительном содержа­нии в газе. Триэтаноламин позволяет довести содержа­ние С0₂ в газе до 0, 1%.

Системы комплексной очистки и осушки атмо­сфер от агрессивных газов молекулярными ситами в последнее время находят все большее применение Молекулярные сита - это мелкие пористые кристаллы минералов - цеолитов (искусственный минерал – полигидрид алюмосиликатов). Цеолиты отличает возможность очистки газов при повышенных давлении и температуре и стабильно высокая степень очистки.

Их можно использовать для одновременной очистки от паров воды, диоксида углерода, сернистых соединений. В структуре цеолита имеются поры, размер которых меньше, чем молекулы любых трех и более атомных газов (размер молекул газа 40…90 нм). Закупоренные сита восстанавливают путем продувки нагретого до 315 °С воздухом. С помощью молекулярных сит можно достичь высокой степени очистки (до 0, 05…0, 02%). Марки цеолитов: натриевый класс NaA и NaX, кальциевый класс CaA.

Агрегат для очистки атмосферы с помощью молекулярных сит, представленный на рис. 6.20, состоит из трех колонок 1…3 с цеолитами. Газ очищается в колонке 2, в колонке 3 происходит регенерация цеолитов нагретым воздухом, а в колонке 1 охлаждение и очистка от кислорода холодным очищенным защитным газом, подаваемым насосом 5 через конденсатор 4. Молекулярные сита перед очисткой газа охлаждают. Колонки 1…3 переключаются автоматически при помощи газоанализаторов в реле времени.

Рис. 6.20. Система комплексной очистки и осушки молекулярными ситами.

 

6.2.5. Применение контролируемых атмосфер

 

При выборе контролируемой атмосферы на производстве и в лабораторных условиях руководствуются следующими положениями:

1. Атмосфера выбирается с учетом взаимодействия газов, входящих в нее, с поверхностью обрабатываемого металла.

2. Выбор атмосферы обусловлен технологическим процессом. Конкретные атмосферы для определенных операция термической обработки приведены в таблице 6.4.

Также следует учитывать стоимость газа, его расход и наличие сырья для его приготовления. Примерная стоимость атмосфер в руб/м³ (в ценах 1997 г.): экэогаз - 100... 130, эндогаз - 200...250, ДА(ПСА) - 400..500, технический азот - 600...700, водород - 1000, аргон - 25000. Расход защитного газа на одну тонну обрабатываемого металла в печах непрерывного действия составляет 180...200 м³, в камерных печах - 80... 120 м³ [24].

 

 

Рекомендуемые контролируемые атмосферы для различных операция
Материал	Светлый отжиг	Нормализация	Закалка	Старение и низкий отпуск	Отпуск	Газовая цементация и нитроцементация	Пайка медью и серебряным припоем	Спекание металлов с восстановлением оксидов
Малоуглеродистые стали	ДА	ПСА-0.8	-	ПСО-0.9	ПСО-0.9	КГ-ВО с добавками СН4 и NH3	ПСА-0.8	ДА, Н2
	ПСА-0.8	ПСА-0.9		очищенный азот	очищенный азот		ПСО-0.9	КГ-ВО
	ПСО-0.9							ПСО-0.9
Средне- и высоколегированные стали	ПСО-0.6	ПСО-0.6	ПСО-0.6	ПСО-0.6	ПСО-0.9	-	ПСО-0.6	ПСО-0.6
	ПСО-0.9	ПСО-0.9	КГ-ВО	очищенный азот	очищенный азот		ПСО-0.9	ПСО-0.9
		КГ-ВО					КГ-ВО	КГ-
								ДА, Н2
Легированные стали	ПСО-0.6	ПСО-0.6	ПСО-0.6	ПСО-0.6	ПСО-0.6	КГ-ВО с добавками СН4 и NH3	ПСО-0.6	ПСО-0.6
	ПСО-0.9	ПСО-0.9	ПСО-0.9	очищенный азот	очищенный азот		ПСО-0.9	КГ-ВО
		КГ-ВО	КГ-ВО				КГ-ВО	ДА, Н2
Инструментальные и быстрорежущие стали	ПСО-0.6	ПСО-0.6	ПСО-0.6	ПСО-0.6	ПСО-0.6	-	ПСО-0.6	ПСО-0.6
	ПСО-0.9	ПСО-0.9	ПСО-0.9	очищенный азот	очищенный азот		ПСО-0.9	КГ-ВО
		КГ-ВО	КГ-ВО				КГ-ВО	ДА, Н2
Нержавеющие стали	ДА, Н2	ДА	ДА, Н2	ПСА-0.8	-	КГ-ВО с добавками СН4 и NH3	ДА, Н2	ДА, Н2
	ПСА-0.8	Н2	ПСА-0.8
	вакуум 10 Па	ПСА-0.8	вакуум 10 Па
Жаропрончые сплавы на основе никеля	-	-	вакуум 10 Па	вакуум 10 Па	-	-	-	-
			Очищенный Ar, He	Очищенный Ar, He
			ПСА-0.8
Электротехнические стали, трансформаторное железо	ДА, Н2	-	-	-	-	-	-	-
	ПСА-0.8
	вакуум 10 Па
Ковкий чугун	ПСО-0.6
	ПСО-0.9	-	-	-	-	-	-	-
	КГ-ВО
Сплавы на медной основе	ПСО-0.9
	ПС-0.9	-	-	-	-	-	-	-
	водяной пар
Сплавы на основе титана	вакуум 10…1 Па	-	вакуум 10…1 Па	вакуум 10…1 Па	-	-	-	-
	Очищенный Ar, He		Очищенный Ar, He	Очищенный Ar, He

 

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Соколов К.Н. Оборудование термических цехов: Уч. пос. — Киев — Донецк: Виша школа, 1984. — 328 с.

2. Рустем СЛ. Оборудование и проектирование термических цехов: Учебник. — М.: Машгиз, 1962. — 568 с.

3. Вишняков Д.Я., Ростовцев Г.Н., Неуструев А.А. Оборудование, механизация и автоматизация в термических цехах: Уч. пос. — М.: Металлургия, 1964.—467 с.

4. Петраш Л.B. Закалочные среды. — М.: Мащгиз, 1959. - 112 с.

5. Люты В. Закалочные среды: Справочник.— Челябинск: Металлургия.

1990 — 328 с.

6. Кобаско Н.И. Закалочные среды: в сб. " Металловедение и термическая обработка". Том 23 (Итоги науки и техники ВИНИТИ АН СССР). —М.: 1989. — с. 127…166.

8.  Приходько B.C. Охлаждающие среды для закалки —М.: Машино­строение, 1977. —32 с.

9. Будрин Д.В., Кондратов В.М. Применение призматических термозон­дов для изучения охлаждающей способности закалочных сред. " Известия ВУЗов, ЧМ", 1966, —с. 31...34.

10. Заваров А.С., Баскаков А.П., Грачев С.В. Термическая обработка в кипящем слое. —М.: Металлургия, 1981. — 84 с.

11. Электротермическое оборудование: Справочник / Под ред. А.П. Альтгаузена. — М.: Энергия, 1980. — 416 с.

12. Клименко A.П., Новиков Н.В., Смоленский Б.Л. и др. Холод в маши­ностроении. —М.: Машиностроение, 1977. —192 с.

13. Справочник по физико-техническим основам криогеники / Под ред. Малкова М.П. —М.: Энергия, 1973. —392 с.

14. Грачев А.Б., Калинин Н.В. Получение и использование низких темпе­ратур. —М.: Энергоиздат, 1981. —86 с.

15. Веркин В.И., Пустовалов В.В. Низкотемпературные исследования пластичности и прочности: Приборы, техника, методы. —М.. Энергоиздат, 1982. —192 с.

16. Мартынов А.В., Бродянский В.М. Что такое вихревая труба? —М.: Энергия, 1976.—152 с.

17. Андреев В.А. Теплообменные аппараты для вязких жидкостей. —Л.: Энергия, 1971. — 152 с.

18. Пермяков В.А., Левин Е.С., Дивова Г.В. Теплообменники вязких жид­костей, применяемых на электростанциях. —Л.: Энергоатомиздат, 1983. — 176 с.

19. Шехтман А.А., Болитер В.А. и др. А. с. 1456741, СССР. Заявл. 15.05.87, № 4245600. МКИ F 28 D 7/16.

20. Шубин Р.П., Приходько B.C. Технология и оборудование термическо­го цеха. — М.: Машиностроение, 1971. —280 с.

21.  Вакуумная техника: Справочник / Под. ред. Фролова Е.С. и Минайчевa B.E. —М.: Машиностроение, 1992. —480 с.

22. Королев Б. И., Пипко А.И., Плисковский В.Я. Основы вакуумной тех­ники: Учебник. —М.: Энергия, 1975. —416 с.

23. Эстрин Б.М. Производство и применение контролируемых атмосфер. —М.: Металлургия, 1973. —392 с.

24. Титов Н.А. Контролируемые атмосферы в термическом производстве. — Горький: изд. ГПИ им. А.А. Жданова, 1981. - 84 с.

25. Шмыков А.А. Мальцев Б.В. Контролируемые атмосферы. — М.: Машгиз, 1953. —370 с.

26. Леонидова М.Н., Шварцман Л.А., Шульц Д.А. Физико-химические основы взаимодействия металлов с контролируемыми атмосферами — М.: Металлурги*. 1980. — 264 с.

27. Маергойз И.И. Петрук А.П. Контролируемые атмосферы в электриче­ских печах. — М.: Энергия, 1971. —112 с.

28. Днепренко К.В. Выбор и улучшение качества защитных атмосфер для нагрева металла. — Киев: УкрНИИНТИ, 1969. — 46 с.

29. Петров Н.П., Трошкин И.Г., Веселев В.П. Термическая обработка стали в контролируемых атмосферах, — М.: Машиностроение, 1969. —151 с.

30. Линчевский Б.В. Техника металлургического эксперимента. —М.: Металлургия, 1979. —256 с.

 

ВВЕДЕНИЕ........................................................................................................................................ 3

1. ОХЛАЖДАЮЩИЕ СРЕДЫ........................................................................................................ 4

1.1. Роль процессов охлаждения в термической обработке......................................... 4

1.2. Классификация охлаждающих сред и требования к ним..................................... 5

1.3. Охлаждающая способность и методы ее оценки................................................. 13

1.3.1. Оценка по твердости и прокаливаемости........................................................ 14

1.3.2. Оценка по скорости охлаждения...................................................................... 15

1.3.3. Современные методы оценки охлаждающей способности сред................... 16

1.4. Среды первой группы и их характеристика.............................................................. 21

1.4.1. Воздух.................................................................................................................. 21

1.4.2. Газы...................................................................................................................... 22

1.4.3. Металлические плиты........................................................................................ 22

1.4.4. Охлаждение в расплавах.................................................................................... 22

1.4.5. Охлаждение в псевдоожиженном слое............................................................ 24

1.5 Охлаждение в средах второй группы......................................................................... 26

1.5.1. Вода как среда охлаждения................................................................................ 26

1.5.2. Роль примесей и добавок к воде....................................................................... 28

1.5.3. Закалочные масла................................................................................................ 32

1.5.4. Синтетические закалочные среды.................................................................... 35

1.5.5. Спрейные и капельные среды и способы их получения................................ 39

2. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЗАКАЛКИ И ОХЛАЖДЕНИЯ....................................................... 42

2.1 Классификация и индексация оборудования для охлаждения......................... 42

2.2. ЗАКАЛОЧНЫЕ БАКИ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ...................................... 43

2.3. ЗАКАЛОЧНЫЕ БАКИ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ........................................... 46

    2.4. ЗАКАЛОЧНЫЕ МАШИНЫ И ПРЕССЫ......................................................................50

2.5. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ УСКОРЕННОГО ОХЛАЖДЕНИЯ.....................................53

3. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ХОЛОДОМ...............................................................55

3.1. ОБРАБОТКА ХОЛОДОМ В ТЕРМИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ..........................55

3.2. ПРИМЕНЕНИЕ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ.....57

3.3. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ХЛАДОАГЕНТОВ И КРИОГЕНТОВ И ИХ ТРАНСПОРТИРОВКА..........................................................................................................58

3.4. ПОЛУЧЕНИЕ ХОЛОДА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ...........................................................................................................63

3.4.1. Физические принципы получения холода......................................................63

3.4.2. Установки, работающие на жидком хладоагенте...........................................63

3.4.3. Установки, работающие на твердой углекислоте...........................................64

3.4.4. Каскадные холодильные машины....................................................................64

3.4.5. Вихревые холодильные установки..................................................................66

3.4.6. Турбодетандерные установки...........................................................................67

3.6. ТЕПЛОВАЯ ИЗОЛЯЦИЯ УСТРОЙСТВ....................................................................67

3.6.1. Волокнистые изоляционные материалы.........................................................68

3.6.2. Зернистые (порошкообразные) изоляционные материалы...........................69

3.6.3. Ячеистые изоляционные материалы...............................................................69

4. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ И ОЧИСТКИ ЗАКАЛОЧНЫХ СРЕД............72

4.1. СПОСОБЫ И СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ И ОЧИСТКИ ЗАКАЛОЧНЫХ СРЕД.......................................................................................................................................72

4.2. ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ.............................................................................74

4.2.1. Теплотехнические аспекты работы теплообменников..................................74

4.2.2. Влияние отложений на работу теплообменников.........................................74

4.2.3. Конструкции теплообменников.......................................................................77

4.2.3.1. Погружные теплообменники................................................................77

4.2.3.2. Кожухотрубные теплообменники........................................................77

4.2.3.3. Теплообменники типа «труба в трубе»................................................79

4.2.3.4. Пластинчатые и спиральные теплообменники...................................79

4.2.3.5. Скоростные винтовые кожухотрубные теплообменники.................80

4.2.4. Способы очистки теплообменников................................................................81

5. ПРИМЕНЕНИЕ ВАКУУМА В ТЕРМИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ..................................82

5.1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ВАКУУМЕ....................................................................82

5.1.1. Общее понятие о вакууме..................................................................................82

5.1.2. Основные определения и понятия....................................................................82

5.2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВАКУУМА В МЕТАЛЛОВЕДЕНИИ И ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ...........................................................................................................................84

5.2.1. Промышленное применение..............................................................................84

5.2.2. Замена контролируемых атмосфер вакуумом..................................................86

5.2.3. Лабораторное применение вакуума..................................................................86

5.3. ВАКУУМНЫЕ СИСТЕМЫ............................................................................................87

5.3.1. Схема простой вакуумной системы..................................................................87

5.3.2. Основное уравнение вакуумной техники........................................................87

5.3.3. Схемы откачки вакуумных систем....................................................................88

5.3.4. Описание вакуумных систем.............................................................................88

5.3.4.1. Промышленные вакуумные системы...................................................90

5.3.4.2. Лабораторные вакуумные системы.......................................................90

5.4. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ................................91

5.4.1. Вакуумные насосы..............................................................................................91

5.4.1.1. Классификация и характеристика вакуумных насосов.......................91

5.4.1.2. Механические вакуумные насосы.........................................................93

5.4.1.3. Турбомолекулярные насосы..................................................................98

5.4.1.4. Пароструйные насосы...........................................................................100

5.4.1.5. Электрофизические и сорбционные средства откачки.....................103

5.4.2. Вакуумпроводы и их соединения....................................................................106

5.4.3. Ловушки.............................................................................................................107

5.4.4. Коммутационная аппаратура...........................................................................109

5.4.5. Механические и электрические вводы...........................................................110

5.4.6. Вакуумные окна................................................................................................111

6. КОНТРОЛИРУЕМЫЕ АТМОСФЕРЫ....................................................................................112

6.1. ПЕЧНЫЕ АТМОСФЕРЫ И ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ............112

6.1.1. Классификация сред нагрева...........................................................................114

6.1.2. Окисление и восстановление сплавов и сталей............................................114

6.1.3. Науглероживание и обезуглероживание сталей...........................................117

6.1.4. Нагрев в вакууме..............................................................................................118

6.1.5. Взаимодействие сталей и сплавов с контролируемыми атмосферами......121

6.2. УСТАНОВКИ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОНТРОЛИРУЕМЫХ АТМОСФЕР..121

6.2.1. Состав контролируемых атмосфер, применяемых в термической обработке......................................................................................................................121

6.2.2. Способы получения контролируемых атмосфер............................................123

6.2.3. Установки для получения контролируемых атмосфер..................................125

6.2.3.1. Экзотермические атмосферы...............................................................127

6.2.3.2. Эндотермические атмосферы..............................................................128

6.2.3.3. Азотно-водородные атмосферы..........................................................128

6.2.3.4. Азотные атмосферы.............................................................................129

6.2.3.5. Аргоно-водородная атмосфера...........................................................130

6.2.4. Конструкция отдельных узлов установок для получения контролируемых атмосфер.......................................................................................................................130

6.2.4.1. Генераторы............................................................................................130

6.2.4.2. Лабораторная очистка сжатых защитных газов................................132

6.2.4.3. Промышленные системы очистки и осушки атмосфер.....................133

6.2.5. Применение контролируемых атмосфер.........................................................136

ЛИТЕРАТУРА................................................................................................................................139

 

 

⇐ Предыдущая29303132333435363738

Поделиться: