CC BY
45
УДК 661.525.3 : 001.891.53
И. Ю. Сахаров, И. А. Махоткин, А. Ф Махоткин, Ю. Н. Сахаров
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИСПАРЕНИЯ ВОДЫ ИЗ РАСТВОРОВ АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ
Ключевые слова: аммиачная селитра, раствор, испарение.
На основе экспериментального исследования процесса испарения воды из растворов аммиачной селитрычис-ленно определена удельная скорость испарения.
Keywords: ammonium nitrate, solution, evaporation.
Based on the experimental research of the water evaporation process from solutions of ammonium nitrate numerically determined the specific rate of evaporation.
Технология абсорбции аммиака азотной кислотой для производства аммиачной селитры[1 2] осуществляется в условиях интенсивного тепло-массообмена с образованием значительного количества паров воды.
Для получения продукционного раствора аммиачной селитры [3], требуется обеспечить тепловой, и материальный баланс процесса в том числеколичест-во воды: - поступающей на стадию абсорбции; - отходящую с продукционным раствором; - и количество испаряющейся воды в ходе процесса. Определить требуемую площадь поверхности испарения необходимую для обеспечения баланса процесса.
Для экспериментального исследования процесса испарения воды из водных растворов аммиачной селитры разработана установка и методика определения скорости испарения жидкостейсо свободной поверхности которая позволяет проводитьчисленную оценку процесса испарения.
Схема лабораторной установки для определения скорости испарения жидкостей показано на рис. 1.
i 6 2
1 11
8 9
С
0.00 g
□ □
Рис. 1 - Схема установки для определения удельной скорости испарения жидкостей: 1 - стекло с матовой поверхностью, служащее для фиксации начала и окончания испарения исследуемой жидкости; 2 - бортики, препятствующие вытеканию жидкости в случае не горизонтальности; 3 - вкладыши, исключающие прогиб стекла (применяются при площадях испарения начиная с 0,05 м); 4 -коромысла для фиксации матового стекла; 5 -микрометрические винты для точного регулирования положения горизонтальной поверхности матового стекла; 6 -датчик температуры; 7 - нагревательный элемент; 8 - подставка; 9 - электронные весы ; 10 - психрометр; 11 - барометр
Сущность применяемого метода состоит в том, что на установленный строго горизонтально по
уровню в двух направлениях по диагонали поддон определенной площади, изготовленной из матового стекла и ограниченной бортиками по периферии высотой 2 мм (для фиксации площади испарения и исключения перелива при сбое горизонтальности), наливают исследуемую жидкость.
При этом матовое стекло, залитое жидкостью, становиться прозрачным. Количество испарившейся жидкости фиксируется с помощью электронных весов через определенные промежутки времени. За время испарения при каждом измерении принимается время от начала опыта [4].
Удельная скорость испарения при заданной площади определяется из выражения:
-м2,
"уд
(Ft)' с
(1)
где т -масса испарившейся жидкости; Р - площадь испарения; т - время испарения, с. Масса испарившейся жидкости:
m=wFg F t
(2)
где Удельная скорость испарения при заданной площади.
Определение скорости испарения воды из растворов аммиачной селитры различной концентрации-проводилось при фактической комнатной температуре и давлении на поддоне размером 12*12 см. При этом площадь испарениясоставила144-10"4 м2. В диапазоне изменения начальной концентрации 3 - 4% зависимость изменения массы растворов от времени носит линейный характер. Численные данные удельной скорости испарения при расчетном времени-21-102 секпредставлены в таблице 1.
Таблица 1 - Расчетные значения удельной скорости испарения воды из растворов аммиачной се-
Концентрация раствора АС, % Удельный вес, кг/м3 F кг 2 Wg,-м2
0 1,00 2,67-10-5
10 1,03 1,75-10-5
30 1,10 0,85-10-5
60 1,26 0,29-10"5
Изменение начальной массы растворов аммиачной селитры показано на рис. 2.
100
о о
го ^
£ 99 98
97 96
0 5 10 15 20 25
секЧ02
Рис. 2 - Изменениеначальной массы растворов аммиачной селитры в ходе опыта: 1 - вода; 2 -10% раствор; 3 - 30% раствор; 4 - 60% раствор
Выводы
1. Разработана экспериментальная установка, методика проведения и обработки экспериментапо определению удельной скорости испарения жидкостей в пленочном режиме.
2. Выполнены экспериментальные исследования по определению скорости испарения воды из растворов аммиачной селитры различной концентрации.
3. Определены численные значения удельной скорости испарения воды из растворов аммиачной селитры.
Литература
1. Махоткин И.А., Сахаров И.Ю., Махоткин А.Ф., Сахаров Ю.Н., Касимов М.Р., Степанов И.Н., Конон О. А. Разработка вихревой технологии абсорбции аммиака азотной кислотой для производства аммиачной селитры. Вестник Казанского технологического университета 2013, т.16, №14, С. 76 - 83
2. Жаворонков Н.М. Справочник азотчика / Н.М. Жаворонков - Москва: Химия, 1987. - 464 с.
3. Атрощенко В.И. Технология азотной кислоты / В.И. Атрощенко С.И. Каргин - Москва, Ленинград: Государственное научно-техническое издательство, 1949. - 378 с.
4. А. с. 577445 СССР, МКИ20 01 N 25/14. Способ определения удельной скорости испарения легко воспламеняющихся и горючих жидкостей / И. Е. Бабенко, и др. (СССР) №2338131/25; заявл. 02.03.76; опубл. 25.10.77, Бюл. №30 - 3 с.
© И. Ю. Сахаров - асп. каф. оборудования химических заводов КНИТУ, wisefellow@mail.ru; Ю. Н. Сахаров - к.т.н., ст. препод. той же кафедры, usacharas@mail.ru; И. А. Махоткин - к.т.н., доцент той же кафедры, oxzkstu@kstu.ru; А. Ф. Махоткин - д.т.н., профессор, зав. каф. оборудования химических заводов КНИТУ.
© 1 Y. Sakharov - graduate student of Equipment chemical plants KNRTU, wisefellow@mail.ru; Yu. N. Sakharov - Candidate of Technical Sciences, Senior Lecturer of Equipment chemical plants KNRTU, usacharas@mail.ru; 1 A. Makhotkin - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the same chair, oxzkstu@kstu.ru; A. F. Makhotkin - Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Department equipment chemical plants KNRTU.
