Инертные газы - Фастовский В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
241
Эффективное контактирование обеспечивается барботирова-нием небольших пузырей газа через слой жидкости. Схема барботажного реактора показана на рис. 4.7, а. В нижней части цилиндрического корпуса /, нагреваемого электрической печью 2, размещен стакан с поглотителем 3. В поглотитель опущена барботажная трубка 4 для подачи очищенного газа. Чистый газ отводится по трубке 5 и уносимые им пары поглотителя конденсируются на поверхности змеевика 6, охлаждаемого водой.
При прекращении потока газа и охлаждении реактора по-
74
Рис. 4.7. Реакторы для жидкого лития: а —с неподвижной барботажной трубкой; б—с подъемной барботажной
трубкой.
глотитель затвердевает в трубке 4 и возникают значительные трудности при повторном пуске реактора. Кроме того, в системе очистки неизбежны небольшие колебания давления при пуске, особенно при прекращении потока газа. Так как используемые в жидком виде литий и другие щелочные металлы весьма легкие (при 200° С плотность лития 507 кг/м3), то даже при небольшом повышении давления на стороне отходящего чистого газа происходит подъем и затвердевание поглотителя в трубке 4. После этого для восстановления потока газа требуется демонтаж реактора и близлежащей коммуникации.
242
На рис. 4.7, б показан реактор с подвижной барботажной трубкой, которая монтируется на крышке корпуса с помощью сильфона или гофрированного резинового тубуса 7 и соединяется с коммуникацией гибким шлангом 8.
При остановке системы очистки перед прекращением пропускания очищаемого газа поднимают трубку 4 так, чтобы ее конец вышел из жидкости, а затем продувают током газа. При пуске установки очистки в работу трубку опускают в поглотитель только после расплавления его и установления нормального тока газа.
Переброс лития и закупорку реактора можно также предотвратить, сконструировав его с равными объемами камер, подающих и отводящих очищаемый газ. При этом в случае внезапных противодавлений расплавленный литий не поднимается выше нагретой зоны, и закупорки не происходит [23].
Конструкционные материалы. При изготовлении реакторов для работы с кальцием или другими щелочными и щелочноземельными металлами должны применяться коррози-онноустойчивые и хорошо свариваемые материалы.
Хромоникелевая нержавеющая сталь 1Х18Н9Т хорошо противостоит действию кислорода воздуха даже при весьма высоких температурах, однако она сравнительно быстро корродирует в контакте с нагретым кальцием, который, взаимодействуя с никелем, удаляет его из аустенитных сплавов и разрушает структуру стали. По этой причине сталь 1Х18Н9Т успешно используется только для изготовления корпусов и внешних деталей реакторов, а корзины для загрузки кальция свариваются из хромистой или обычной малоуглеродистой стали. Действие паров кальция или пленки кальция, сконденсировавшейся на холодных поверхностях корпуса, незначительно.
В небольших реакторах без специальных корзин активные металлы загружают непосредственно в корпус. В этом случае предусматривают повышенную толщину стенок корпуса из хро-моникелевой нержавеющей стали или снабжают корпус вставкой из малоуглеродистой стали.
Физико-химические методы очистки
Адсорбция. Адсорбционные методы — основные методы осушки газов, удаления паров органических растворителей и других парообразных примесей в инертных газах. В технологии получения неона и гелия и при работе с ними адсорбционные методы широко используются для очистки газов от других газообразных примесей.
Количество сорбата, поглощенного сорбентом к моменту достижения равновесия с газом, увеличивается с повышением парциального давления (или концентрации) сорбата и с понижением температуры процесса.
243
Зависимость количества ' равновесно поглощенного сорбата а, см?/г (или его концентрация в сорбенте х, г/г), от парциального давления в массе газа р, мм рт. ст., выражается изотермой адсорбции. Адсорбция газов отображается линейной изотермой Генри, а также изотермами Ленгмюра и Фрейндлиха. Адсорбция паров также отображается изотермой Фрейндлиха, но чаще Э-образной изотермой (рис. 4.8). При небольших концентрациях сорбата в очищаемом газе величина адсорбции растет линейно с возрастанием парциального давления (область Генри). При дальнейшем увеличении давления приращение величины адсорбции отстает от темпа возрастания давления, и изотерма становится выпуклой относительно оси давлений.
Этот участок изотермы описывается уравнениями Ленгмюра или Фрейндлиха. В области еще более высоких давлений, приближающихся к давлению насыщения при данной температуре, создаются благоприятные условия для конденсации паров в микропорах сорбента. При этих условиях возрастание величины адсорбции опережает рост парциального давления,
„ . „ и изотерма становится вогнутой по от-
Рис. 4.8. Изотерма ад- г ¦'
сорбции! ношению к оси давлении.
В практике использования адсорбции для очистки инертных сред обычно имеют дело с весьма небольшими концентрациями сорбата, т. е. с той частью изотермы, которая не выходит за пределы выпуклого участка.
Поглощение примеси из инертной среды может быть осуществлено размещением в ней некоторого количества сорбента. По мере поглощения сорбата возникает диффузионный поток его молекул к поверхности поглотителя. При наличии в камере с инертной средой температурных градиентов или аппаратуры, способствующей перемешиванию газа, перенос молекул сорбата к сорбенту усиливается, концентрация сорбируемых примесей уменьшается и выравнивается по объему камеры. Подобный метод очистки газа находит ограниченное применение, главным образом в процессах осушки и только в системах с камерами относительно небольшого объема, работающих без циркуляции инертной среды через внешнюю систему очистки. В камерах среднего и большого объема примеси поглощаются при пропускании газа через слой адсорбента, размещенный в системе циркуляции и очистки газа.
