CC BY
38
При сжатии без нагрева линза будет иметь множественные дефекты, что уменьшает коэффициент пропускания.
Рис. 5 - Полученное изделие, размеры линзы d = 12 мм и h = 3,6 мм Исследование физических свойств и анализ полученных данных
Визуальный анализ линзы показывает, что в объеме линзы отсутствуют пузыри, в центре имеется особо прозрачное пятно. «Излишек» материала образует ровный контур по диаметру полученного изделия, можно сказать, что под влиянием температуры материал изделия становится пластичным и податливым для процесса сжатия. Дополнительная обработка краев изделия зависит от положения линзы в оптической системе.
Следующим шагом, является проверка прогнозируемых свойств, полученной линзы. Проверка физических свойств линзы, а также процента пропускания, проводиться на стенде с СО2-лазером с длинной волны А=10,6 мкм и камерой Spiricon Pyrocam III. Результаты измерений сведены в табл. 1.
Таблица 1 - Результаты измерений физических свойств линзы
Фокусное расстояние, мм 4,8
Мощность на входе, мВт 550
Мощность на выходе, мВт 412
Коэффициент пропускания, % 75
По методике расчета фокусного расстояния, для полученной линзы F= 4,75 мм. Таким образом, относительная погрешность определения фокусного расстояния составила 1,04%, что не существенно в рамках данного опыта.
Вывод
Разработанная технология значительно упрощает процесс получения оптических изделий пластичных материалов, так как образцы материала, претерпевая процесс деформации, помещены в пространство с заданной геометрией, в результате чего получаемые изделия обладают высоким качеством поверхности и необходимыми геометрическими параметрами, т.е. потребность в дополнительной механической обработке, которая требует высокой точности и специальной подготовки, отпадает.
Литература
1. The structure modeling and experimental study of photonic crystal infrared fibers based on silver and thallium (I) halide crystals/ A.S. Korsakov, L.V. Zhukova, D.S. Vrublevsky// Recent research developments in materials science. 2012. V. 9. P. 231-233.
2. Modeling and experimental research of nano- and microstructurized IR fibers (2-40 ^m) based on defective crystals:Advanced Photonics Congress, Nonlinear Photonics Conference, OSA Technical Digest (online), Specialty Optical Fibers (SOF) 17-21 June 2012.Colorado Springs, Colorado, USA, 2012. Paper: STu3F.3.
3. Hochman A., Leviatan Y. Analysis of strictly bound modes in photonic fibers by use of a source-model technique// Opt. Soc. Am. A. 2004. V. 21. No. 6. P. 1073-1081.
4. Calculation of confinement losses in photonic crystal fibers by use of a source-model technique/ A. Hochman, Y. Leviatan // J. Opt. Soc. Am. B. 2005. V. 22. No. 2.P. 474-480.
5. Врублевский Д.С. Математическое и компьютерное моделирование нанокристаллической структуры ИК-световодов: экспериментальное исследование их функциональных свойств/ Д.С. Врублевский, Л.В. Жукова, А.С. Корсаков, Д.Д. Салимгареев// Бутлеровские сообщения. 2012. Т. 32. № 13. С. 18-25.
6. ZEMAX, Optical Design Program. Руководство Пользователя Версия 9.0. 2009. URL:
http://optdesign.narod.ru/zemax/zemax_rus.pdf.
Никандров М. И.1, Никандров И. С.2
^Кандидат технических наук, доцент; 2доктор технических наук, профессор, Дзержинский политехнический институт
Нижегородского технического университета
ДАВЛЕНИЕ ПАРОВ ХЛОРИСТОГО ВОДОРОДА НАД РАСТВОРАМИ СИСТЕМЫ NH4CL-HCL-H2O
Аннотация
Получены данные по равновесному давлению паров хлористого водорода над растворами хлористого аммония. Данные необходимы для расчета массопередачи при очистке отходящих газов от хлористого водорода. Результаты использованы при расчете кожухотрубчатого графитового абсорбера.
Ключевые слова: газы, очистка, хлористый водород, хлористый аммоний, раствор, абсорбция.
Nicandrov M. I1, Nicandrov I. S.2
Candidate of technical Sciences, associate Professor; 2Doctor of technical Sciences, professor, Dzerzhinsky Polytechnic institute of
Nizhny Novgorod technical University
PRESSURE STEAME HYDROGEN CHLORIDE OVER SOLUTION ON SYSTEM NH4CL-HCL-H2O
103
Abstract
Data on equilibrium vapor pressure of hydrogen chloride over solutions of ammonium chloride. These data are needed to calculate the mass transfer in exhaust gas cleaning from hydrogen chloride. The results have been used to calculate of shelltube graphite absorber.
Keywords: gas, cleaning, hydrogen chloride, ammonium chloride, solution, absorption.
Для производства качественного хлористого аммония обычно используют соляную кислоту или синтетический хлористый водород. Применение для синтеза хлористого аммония печного газа после термического окисления хлорорганических отходов в циклонной печи позволяет снизить себестоимость получаемого продукта и одновременно решить задачу очистки отходящих газов производства хлорорганических веществ.
При производстве хлористого аммония из газов, содержащих хлористый водород, получение раствора хлористого аммония ведут в 2 стадии. Сначала маточный раствор после кристаллизации хлористого аммония насыщают хлористым водородом. Полученный солянокислый раствор нейтрализуют газообразным или жидким аммиаком [1].
По разработанной технологии хлористый водород из печных газов поглощают раствором хлористого аммония в двух графитовых абсорберах. Второй по ходу газа абсорбер орошается маточным раствором, содержащим 26% хлористого аммония. Солянокислый раствор из этого абсорбера после нейтрализации аммиаком содержит 31% хлорида аммония. Раствор охлаждается до температуры 60 □ и поступает на орошение первого абсорбера. После нейтрализации солянокислый раствор перед стадией кристаллизации содержит 38% хлористого аммония.
Для определения состава газов, уходящих со стадии абсорбции и нейтрализации, и расчета массопередачи необходимы данные по равновесию взаимодействующих фаз на выходе газов из абсорберов. Имеющиеся сведения [2] по давлению паров относятся только к водным бинарным растворам. Данные по давлениям паров над совместными водными растворами с хлоридом аммония отсутствуют.
Равновесные давления паров хлористого водорода определены динамическим методом [3]. В качестве газа-носителя использовали азот, который пропускали через термостатированный насытитель с исследуемым раствором со скоростью 1 л/час. Унесенные пары воды улавливали из газа-носителя 0,001 и раствором гидроксида натрия. Содержание хлорид-иона в щелочных поглотителях определяли аргентометрически с использованием в качестве индикатора K2Cr2O4. При этом значение pH в пробах отработанной щелочи перед титрованием снижали до 10,5 добавлением раствора азотной кислоты.
Давление паров определяли по уравнению:
Pi = (Vi ■ Рбар) / (Va + VhcI + VH2oX
где Рбар - атмосферное давление в данном опыте; Vi - объем пара компонента; Va - объем сухого азота, прошедшего через насытитель. Объем сухого азота вычисляется по уравнению:
Va = (Vb - P'H2O ■ Vb / P) ■ T / T',
где VB - объем азота, собранного в аспираторе, равный объему вытекшей воды; P'H2O и T' - давление и температура (□) насыщенного пара в аспираторе.
VHCl и VH2O находили из уравнений:
Vhci = (Ghci / Mhci) ■ (V„ ■ 760 ■ T) / (273 ■ P);
Vh2o = (Gh2o / Mh2o) ■ (V0 ■ 760 ■ T) / (273 ■ P),
где GHCl и GH2O - вес хлористого водорода или воды, поглощенных в поглотителях; MHCl и MH2O - молекулярные веса хлористого водорода или воды; V0 - мольный объем компонента при нормальных условиях.
Результаты определения давления паров приведены в таблице. Величина относительной погрешности определения составляет 1,2 - 1,5% [4].
Таблица. Равновесное давление паров хлористого водорода над растворами системы хлорид аммония - хлористый водород -
вода.
Состав раствора, % масс. Температура, °С Давление паров
NH4Cl HCl Phci, Па P H2O, кПа
37 1,9 60 0,3 17,3
31 0,1 60 0,06 19,3
30 2 60 0,33 18,9
24 2,1 60 0,4 19
19,6 2,05 60 1,1 21,8
38 4 60 1,7 16,9
30,2 4,1 60 1,9 18,6
20,2 4 60 2,1 20
38,1 6 60 3,3 16,1
30 5,9 60 4,1 18,2
24 5,8 60 4,8 19,4
38 4 80 7,3 39,5
38 6,1 80 22 37,6
38 4 100 51 86,7
38 6 100 65 83,1
30,1 4 80 10,8 45,9
30,1 6 80 26 42,6
30,1 4,1 100 55 95
30,1 6,1 100 72 93,9
0 2 60 0,5 -
0 4 60 2,2 -
0 6 60 5,3 18,49
104
Как видно из таблицы, при равных температурах с увеличением доли хлорида аммония в растворе давление паров хлористого водорода над их совместным раствором понижается.
При равной доле хлористого водорода в растворе присутствие в нем хлорида аммония способствует уменьшению давления паров хлористого водорода над раствором.
Так, над соляной кислотой, содержащий 6% HCl, при 60 □ давление паров хлористого водорода равно 5,3 Па. Над раствором, содержащим 38% NH4Cl и 6% HCl, давление паров хлористого водорода уже в 1,6 раза ниже и равно 3,3 Па. Это указывает на возможность образования в растворе комплексов n ■ NH4Cl ■ HCl, в результате чего доля свободных молекул HCl в растворе уменьшается.
Давление паров воды над совместными с хлоридом аммония растворами так же понижается (в тех же условиях ~ в 1,15 раза по сравнению с бинарным раствором.
Литература
1. Позин М.Е. Технология минеральных солей. // Л.: Химия, 1970, Т. 2.
2. Справочник химика. // М.: Химия, 1965, Т. 3.
3. Никандров И. С., Шипяцкая Р. И., Шишкин В. Л. Давление паров воды и аммиака над расплавами нитроаммополифоса. // Журнал прикладной химии, 1977, Т. 59, Вып. 5 с. 1142 - 1144.
4. Кудряшов И. П. Практикум по физической химии. // М.: Высш. шк., 1986.
Никандров М. И.1, Никандров И. С.2
'Кандидат технических наук, доцент; 2доктор технических наук, профессор, Дзержинский политехнический институт
Нижегородского технического университета
ПОЛИТЕРМИЧЕСКАЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ СЕМИВОДНОГО ДИНАТРИЙФОСФАТА С ЦИРКУЛЯЦИЕЙ
МАТОЧНОГО РАСТВОРА
Аннотация
Изучена кристаллизация семиводного динатрийфосфата. Определено влияние скорости охлаждения на средний размер кристаллов и коэффициент распределения примесей мышьяка.
Ключевые слова: динатрийфосфат, кристаллизация, скорость, примеси, распределение.
Nicandrov M. I1, Nicandrov I. S.2
Candidate of technical Sciences, associate Professor; 2Doctor of technical Sciences, professor, Dzerzhinsky Polytechnic institute of
Nizhny Novgorod technical University
POLYTHERMAL CRYSTALLIZATION OF SEVEN-WATER DISODIUM WITH CIRCULATION OF MOTHER
LIQUOR
Abstract
Studied crystallization of seven-water disodium phosphate. Specified effect of cooling rate on the average crystal size and the distribution ratio of arsenic impurities.
Keywords: seven-water disodium phosphate, crystallization, rate, impurities, arsenic.
Динатрий фосфат, применяемый в пищевой и текстильной отрасли, производят в виде двенадцативодного кристаллогидрата. Из-за низкого содержания основного вещества (39,66%) по сравнению с исходным более концентрированным сырьем производство динатрийфосфата целесообразно осуществлять на установках малой и средней мощности (до 2000 т/год) для обеспечения потребности в нем предприятий региона, прилегающего к точке выпуска. Поставка динатрийфосфата на большие расстояния из-за возрастания транспортных затрат экономически не окупается. В связи с этим разработка технологии более концентрированного семиводного динатрий фосфата, содержащего 53% основного вещества, является актуальной.
При использовании технологии семиводного динатрийфосфата с рециркуляцией маточника [1] исключается необходимость многостадийной перекристаллизации и упарки промежуточных растворов, что в значительной мере снижает энергозатраты на производство фосфата.
Экспериментальная часть
Исследование политермической кристаллизации выполнено в кристаллизаторе вместимостью 0,0003 м3. Исходный раствор готовили смешением маточника с долей фосфата 30 - 35% масс. с исходным раствором (45,5% масс), полученным нейтрализацией фосфорной кислоты (73,6% H3PO4) содовой суспензией (530 г/л карбоната натрия). Полученный после смешения раствор охлаждали со скоростью 1 - 5 град/час. Суспензию разделяли на фильтре с площадью фильтрации 0,005 м2. Кристаллы отжимали просасыванием воздуха в течение 5 минут, промывали ацетоном (25 мл на операцию) и сушили в течение 18 часов при 60 □. Грансостав и содержание мышьяка в кристаллах определяли по [2]. Оптимальный режим проверен при наработке опытной партии продукта на установке с кристаллизатором вместимостью 0,2 м3. Производительность по динатрийфосфату составила 75 кг на операцию.
Процесс политермической кристаллизации семиводного кристаллогидрата динатрийфосфата на диаграмме растворимости (рис. 1) отображается вертикалью S - SK. Для конечной температуры tK фазовый баланс маточника (М), кристаллов (К) и суспензии (S) равен:
М + К = S.
Баланс кристаллизующейся соли:
М ■ Хм + K ■ Xk = S ■ Xc,
где Хм, Хк и Хс - концентрация соли соответственно в маточнике, кристаллах и в исходной смеси растворов.
Доля соли в кристаллогидрате равна отношению мольных масс безводной соли МБВ и кристаллогидрата М^.т
XK = МБВ / Мкр-т.
Концентрация смеси исходного раствора массой R с циркулирующим маточником МР равна:
Хс = (Мр ■ Хм + К ■ Xk) / S.
Для начальных условий смешения с учетом (4):
MP + R = S или R = S - MP,
XP = (S XC - MP ■ XM) / R = K ■ XK / R.
Коэффициент выхода кристаллов <рк.
□ к = K / R = (Xp - Xm) / (Xk - Xm),
K = ПК ■ R.
Коэффициент выхода маточника ПМ:
□ м =1 - Ок.
Коэффициент рецикла маточника nP:
nP = (XP - XC) / (XK - XM).
105
