Инертные газы - Фастовский В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Если необходима очень тонкая очистка от кислорода, то следует вести поглощение примеси на свежем поглотителе при весьма небольших объемных скоростях (10—50 ч-1). На рис. 4.1 кривая 2 показывает ход удаления кислорода активной медью,
полученной восстановлением аммиачного раствора углекислой меди на инфузорной земле. В течение первых двух суток парциальное давление кислорода было не выше 10~9 мм рт. ст., что со-ответствует его содержанию А в очищаемом газе 10-70/о, на шестые сутки оно поднялось: до 10_4% и только через \ 200 ч после начала работы установилась постоянная глубина очистки на уровне \ около 10_3% Ог. В результате регенерации такого по- 1 глотителя наиболее активные участки поверхности, по-види- ; мому, не восстанавливаются, и при повторном его использовании < наблюдается несколько более худшая степень очистки (кри- : вая 3). I
При небольшом содержании кислорода, с которым обычно | инертные газы направляются в аппаратуру очистки, реакторы I рассчитываются на длительный рабочий цикл между двумя 1 регенерациями (месяц или более). При таком режиме работы поглотительную массу заменяют свежей не чаще одного раза в два года.
Кальций. Реакции кислорода и азота с кальцием протекают по уравнениям
2Са +02-*2СаО, 3Ca+N2-*Ca3N2,
т. е. 1 кг кальция при полном превращении связывает 280 л кислорода, 187 л азота или 205 л воздуха.
Кислород связывается кальцием достаточно быстро уже при 140° С. До температур порядка 450—500°С скорость окисления кальция возрастает по линейному закону и не падает с увеличением толщины пленки окислов. Выше 550° С кислород связывается с кальцием мгновенно с воспламенением.
Время, ч
1
3
>*
1_ У -і
і__=^ --I
Рис. 4.1. Поглощение кислорода активной медью, полученной восстановлением аммиачного раствора углекислотой меди
на инфузорной земле: /-исходный газ: 2 -свежий поглотитель-3- повторно использованный после регенерации поглотитель.
230
Поглощение азота кальцием протекает значительно медленнее и при более высоких температурах. С приемлемой для практических целей скоростью азот начинает связываться при 550° С, однако обычно очистку от азота проводят при 650—750° С. Дальнейшее повышение температуры связано со значительным уносом паров кальция. При поглощении азота кальцием образуется слой нитридов, толщина которого может достигать 1 мм [8]. Затем этот слой самопроизвольно разрушается, и обрабатываемый газ получает доступ к свежей поверхности кальция. Это обеспечивает эффективное поглощение азота и достаточно полное использование поглотителя.
Скорость связывания азота возрастает, когда частицы кальция покрыты слоем окислов. Отмечено также, что поглощение азота ускоряется при наличии в кальции других активных металлов, например калия или натрия, поэтому нет необходимости использовать для очистки газов реактивный кальций.
Обычно технический кальций поставляется в виде болванок цилиндрической формы в герметичных металлических барабанах и перед использованием в аппаратуре очистки должен быть измельчен. С уменьшением размера частиц увеличивается удельная поверхность поглотительной массы и возрастают скорость поглощения примесей и глубина очистки. Поскольку кальций измельчают обычно в атмосфере воздуха, этот процесс сопровождается интенсивным окислением стружки, т. е. непроизводительной потерей металла. Измельчение кальция следует проводить возможно быстрее, а полученную стружку немедленно изолировать от воздуха и хранить в герметизированных сосудах.
Применение поглотительной массы с очень малыми частицами в больших производственных реакторах связано также со значительными потерями давления циркулирующего газа, что может вызвать затруднения при выборе циркуляционных газодувок. Обычно используют кальций в виде спиралек, полученных обточкой болванки на токарном станке; толщина стружки 1,0—1,5 мм, длина спиральки 12 мм. Такая поглотительная масса имеет удельную поверхность 15 см2/г, плотность 250—320 кг/м3, свободный объем около 80% и при скорости аргона 0,1 м./сек создает падение давления газа 450— 700 мм вод. ст. на 1 пог. м слоя.
Поглощение азота происходит с выделением тепла и сопровождается саморазогревом кальция, температура которого должна непрерывно контролироваться и поддерживаться в среднем на уровне 700—750° С. Следует иметь в виду, что даже при средней температуре массы примерно 700° С может происходить локальный разогрев и частичное оплавление отдельных наиболее тонких частиц. Поэтому на входных участках больших производственных реакторов рекомендуется поддерживать температуру около 680° С.
231
При очистке аргона, содержащего до 0,03% азота и кислорода, для получения газа с остаточным содержанием этих примесей не выше 0,005% объемная скорость его не должна превышать 600 ч-1.
Скорость поглощения примесей на стружке из технического кальция значительно уменьшается со временем, особенно в первые часы его работы. На рис. 4.2 показано изменение скорости поглощения воздуха кальцием. Опыты проводились [9] с арго-
