Научно-исследовательская работа "Кипячение хлормагниевого раствора в вакуум-выпарном аппарате"

МАОУ лицей № 180 «Полифорум»

Кипячение хлормагниевого раствора

 в вакуум-выпарном аппарате

научно-исследовательская работа

Автор: учитель физики Токарев Сергей Михайлович

Екатеринбург 2020

Содержание

	Введение …………………………………………………………………………...	3
1.	Аналитический обзор ……………………..………………………………………	4
1.1.	Состав хлормагниевого раствора…………………………………………………	4
1.2.	Экспериментальная установка ……………………………………………………	4
2.	Исследования ………………………………………………………………………	5
2.1.	Порядок проведения исследования ………………………………………………	5
2.2.	Результаты исследования …………………………………………………………	5
	Заключение ………………………………………………………………………...	6
	Список использованных источников …………………………………………….	6

Введение

Процесс кипячения (выпарка) хлормагниевого раствора (получен при соляно-кислотном выщелачивании серпентинита) весьма важный технологический процесс. Он является одной из основных стадий получения металлического магния и карналлита.

Объектом исследования является хлормагниевый раствор, а предметом – закономерности кипячения.

Целью исследования является анализ результатов ряда исследований кипячения растворов, проведенных в СвердНИИхиммаше.

Задачи исследования состоят в: изучении процесса кипячения (выпарки); подбора параметров выпарки хлормагниевого раствора.

Практическая значимость работы состоит в том, что результаты работы позволят проектировать большие выпарные установки.

1. Аналитический обзор

1.1. Состав хлормагниевого раствора

Исходный хлормагниевый раствор представляет собой выщелоченный соляной кислотой серпентинит. В его состав входят следующие компоненты, % (масс.): MgCl₂ – 20,06; CaCl₂ – 0,42; NaCl₂ – 1,2; KCl – 1,39.

Состав концентрированного раствора (после кипячения), % (масс.): MgCl₂ – 34,5; CaCl₂ – 0,72; NaCl₂ – 2,08; KCl – 2,4.

Опыт промышленной эксплуатации вакуум-выпарных установок показывает, что в реальных производственных условиях возможны довольно широкие отклонения составов перерабатываемых растворов от регламентных значений, что приводит к переупариванию растворов,  образованию накипи и инкурстаций на теплопередающих поверхностях.

Что уменьшает коэффициент теплопередачи и, соответственно, снижает производительность. 

1.2. Экспериментальная установка

            Для определения режимных параметров была разработана экспериментальная  кипятильная (выпарная) установка. Она включала однотрубный выпарной аппарат с падающей пленкой, конденсатор, парогенератор, градирню, насосы, баки исходные, рабочие и буферные.

2. Исследования

2.1. Порядок проведения исследования

            Исследования проводились на опытной площадке СвердНИИхиммаша. Сначала определяли параметры расчетного режима, затем исследовали режимы получения раствора при повышенных конечных концентрациях.

Во время испытаний фиксировали значения технологических параметров (температура греющего пара и конденсата; раствора, на различных участках; плотность раствора)  и отбирали пробы раствора для последующего химического анализа.

2.2. Результаты исследования

            Во время испытаний температуру греющего пара изменяли от 133 до 156 ⁰С. При этом изменялись: коэффициент теплопередачи, от 0,68 до 1,43 кВт∙м^-2∙град^-1; удельная плотность теплового потока от 16,4 до 31,4 кВт∙м^-2; полезная разность температур от 17 до 24 ⁰С.

            При испытаниях была экспериментально подтверждена высокая коррозионная агрессивность хлормагниевых растворов по отношению к нержавеющей стали, что делает невозможным её использование в оборудовании хлормагниевого производства.

            Показано, что при охлаждении горячего раствора может происходить его массовая кристаллизация внутри оборудовании. И, как следствие, повреждение элементов конструкции. Для снижения вредных последствий нерегламентного охлаждения раствора применяются системы парового обогрева, теплоизоляции и средств контроля.

Заключение

На основании проведенного исследования, можно сделать следующие выводы:

1.        Кипячение хлормагниевого раствора в вакуум-выпарной установке позволяет концентрировать исходный раствор до требуемых значений.

2.        Определен технологический режим выпаривания раствора, который можно применять для проектирования крупнотоннажных вакуум-выпарных установок.

3.        Температура греющего пара должна быть выше 133 ⁰С и ниже 156 ⁰С.

4.        Хлормагниевые растворы обладают высокой коррозионной агрессивностью по отношению к нержавеющей стали, что делает невозможным её использование в оборудовании хлормагниевого производства.

5.        При охлаждении горячего хлормагниевого раствора может происходить его нежелательная массовая кристаллизация внутри оборудовании.

.

Список использованных источников

1. Д.С.Третьяков, Ю.В.Картовский, С.М.Токарев и др. Концентрирование хлормагниевого раствора в экспериментальном аппарате с падающей пленкой //Химическое и нефтегазовое машиностроение. №8. 2011.
2. С.С.Кутателадзе, В.М.Боришанский. Справочник по теплопередаче. М., 1959.
3. Л.Д.Берман. Экспериментальное исследование конденсации пара в присутствии газов // Теплоэнергетика. №4. 1956.
4. В.И.Левераш. Экспериментальное исследование теплопередачи к жидкости в выпарных аппаратах с падающей пленкой применительно к условиям работы дистилляционных опреснительных установок. Автореферат дисс. канд. техн. наук. М., 1969.