CC BY
21
5. Висновки
Дослщжеш високодисперсш церiйвмiснi крем-неземи як потенцiальнi наповнювачi Si-мастил. Мо-дифiкування кремнезему призводить до зменшення загущуючо1 здатностi ПЭС-5. Для покращення змащу-вальних властивостей композицш на основi дiоксиду кремнiю, дюксиду церiю i ПЭС-5 необхiдно введення
присадок. Одержат мастила вiдрiзняються високою механiчною стабiльнiстю. Найкращою стабiлiзацieю структури тсля механiчноi обробки характеризуеться мастило, яке мктить у своему складi дiоксид церiю. В подальшому плануеться проведення дослщжень по впливу таких присадок як дисульфщу молiбдену, графиу, фулеренiв та вуглецевих нанотрубок на зма-щувальнi показники мастил.
Лиература
1. Синицын В.В. Подбор и применение пластических смазок. 2-е изд. - М.: Химия, 1974. - 414 с.
2. Ищук Ю Л. Состав, структура и свойства пластических смазок. - К.: Наукова думка, 1996. - 516 с.
3. Фукс И.Г., Бакалейников М.Б., Рассохин В.Д., Уварова 6.М., Долганова В.Г., Гейко Ю.А. Стабильность силикагелевых смазок
против окисления // Химия и технология топлив и масел. - 1970. - №11. - С. 48 - 52.
4. Кобзова Р.И., Егорова З.Д., Михеев В.А. Противоизносные и противозадирные свойства силикагелевых смазок // Хим. и тех-
нол. топлив и масел. - 1973. - №11. - С. 40 - 42.
5. Борисенко Л.И., Мнищенко Г.Г., Кулик К.С. и др. Нанокомпозиты диоксидов кремния, титана, циркония и церия - загустители
пластичных смазок // Химия, физика и технология поверхности. - 2010. Вып. 1. - С. 111 - 116.
6. Кулик К.С., Борисенко Н.В. Синтез и свойства нанокомпозитов СеО2/5Ю2 // Химия, физика и технология поверхности.
- 2009. Вып. 15. - С. 303 - 310.
7. Бакалейников М.Б., Синицын В.В. Свойства силикагелевых пластичных смазок на нефтяных маслах // Химия и технология
топлив и масел. - 1967. - №3. - С. 50 - 52.
Дослиджено процес розкладу натрю та кальцю гiпохлоритiв mepMi4HUMU та Kaei-тацшними методами. Установлено, що швидтсть процесу розкладу гiпохлоритiв pi3^ зростае внаслидок змти способу тдве-дення теплоти
Ключовi слова: гтохлорити натрю та
кальцю, кавтащя
□-□
Исследован процесс разложения гипо-хлоритов натрия и кальция термическими и кавитационными методами. Установлено, что скорость процесса разложения гипохло-ритов резко возрастает вследствие смены способа подвода теплоты
Ключевые слова: гипохлориты натрия и
кальция, кавитация
□-□
The process of decomposition of sodium hypochlorite and calcium thermal and cavitation methods. Found that the rate of decomposition of hypochlorite increases sharply due to a change method for supplying heat
Key words: sodium hypochlorite and calcium, cavitation -□ □-
УДК 614.7
1НТЕНСИФ1КАЦ1Я ТЕРМ1ЧНОГО РОЗКЛАДУ НАТР1Ю ТА КАЛЬЦ1Ю Г1ПОХЛОРИТ1В
З.О. Знак
Доктор технических наук, доцент, профессор* Кафедра химии и технологии неорганических веществ Национального университета „Львiвська пол^ехшка" Контактний тел.: (032) 258-27-21 Е-таН: [email protected] ул. Ст. Бандеры, 12, г.Львов, 79013
Н.М. Гнатишин
Старший преподаватель Калушский химико-технологический колледж
Вступ
1снуе чимало хiмiко-технологiчних процеав, тех-нiко-економiчнi показники яких попршуються че-
рез недосконалкть допомiжних стадш, наприклад, очищення викидiв або утилiзацiю вiдходiв. До таких належать, зокрема, виробництва, в яких або тд час головного технолопчного процесу або в результат
очищення викидiв утворюються некондицiйнi розчи-ни натрж або кальцiю гiпохлориту.
Низько концентроваш розчини натрiю гшохлори-ту утворюються в електрохiмiчних технологiях ^аф-рагмовий або мембранний методи) каустично! соди та хлору [1]. Концентращя натрiю гiпохлориту в таких стоках сягае 60.100 кг/м3 (за загального солевмшту 110.150 кг/м3), а величина рН коливаеться в межах 10...14, переважно - в обласп 12. Обсяги цих стоюв сягають 300 м3 на добу.
Некондицiйнi розчини кальщю гiпохлориту форму-ються тд час очищення вентиляцiйних газiв, як утворюються в технологи електрохiмiчного виробництва магнiю [2]. Цi гази, що мiстять газоподiбний хлор та водню хлорид, очищують мокрим хiмiчним методом за допомогою суспензii кальщю оксиду - вапняним молоком. Обсяги стоюв сягають 200 м3 на добу, а концентращя кальщю гшохлориту становить 150.200 кг/м3. Щ розчини мктять також не менше 15 кг/м3 кальцiю оксиду, що необхщно для забезпечення лужного характеру рвдко! фази, а ввдтак розкладу гiпохлоритiв за кисневим мехашзмом.
Натрiю та кальцiю гшохлорити володiють силь-ними окисними властивостями (редокс-потенщал си-стеми ОСГ/СГ дорiвнюе 1,49 В), тому скидання в довкiлля без знешкодження не припустиме, оскiльки вони негативно впливатимуть на водну бюту. Вщтак знешкодження вказаних вище середовищ ввд шквдли-вих натрiю та кальщю гшохлориив е обов\язковим.
Традицiйним методом знешкодження зазначених вище речовин е термiчний розклад за температури 70...900С, яку досягають за допомогою гостро! водяно! пари. Нагрiвання розчишв гiпохлоритiв у поверхне-вих теплообмшниках не застосовують через утворен-ня на теплообмшних поверхнях (особливо у випадку перероблення кальщю гшохлориту) шкрустацш, яю зумовлюють зменшення коефiцiенту теплопередачу а вiдтак зменшення швидкостi розкладу та ввдповщно збiльшення витрати пари на термiчний розклад. За-вдяки тому, що розчини як натрт, так i кальцiю гшох-лориив е лужними термiчний розклад вщбуваеться за кисневим механiзмом з утворенням вщповщних хлоридiв i кисню [3]
20С1- ^ 2С1- + 02.
Здiйснення термiчного перероблення розчишв на-трiю та кальцiю гшохлорипв дещо вiдрiзняеться. Так, для штенсифжацп розкладу натрiю гiпохлориту вико-ристовують солi мiдi (II) та шкелю (II), якi вiдiграють роль каталiзаторiв цього процесу. Цi сполуки дають змогу принаймш вдвiчi зменшити тривалкть процесу, однак пiд час цього втрачаються безповоротно внасль док утворення малорозчинних гiдроксидiв.
Кальцiю гiпохлорит тддають термiчному розкладу без застосування каталiзаторiв оскiльки кальцiю хлорид, що утворюеться внаслвдок розкладу, надалi застосовують для синтезу вихвдно! для одержання магшю си-ровини - карналггу, а зазначенi солi можуть спричинити забруднення карналиу малорозчинними пдроксидами мiдi та нiкелю. Тому процес розкладу е тривалим, 8.10 год., а витрата пари е значною: залежно ввд початкового вмкту гшохлориту в розчиш вона складае 5,5.6 т/год, що у 16.19 раз бшьше, шж необхвдно теоретично.
Запропоновано низку методiв знешкодження п-похлоритних розчишв, як Грунтуються на застосу-ваннi сполук, що мають вщновш властивостi [4]. На-приклад, спирти, скипидар, арка, сечовина реагують з достатньою швидюстю за температури 20.600С, а цукор, бензин, оливи - за вищих температур. Деяю сполуки взаемоджть з гшохлоритами навiть з вибу-хом. Як правило, реаГентне перероблення гiпохлоритiв вiдбуваеться iз значним стнюванням реакцiйного се-редовища, що вимагае значних обчем1в технологiчного обладнання, та характеризуеться нестаб^ьшстю пере-б^у технологiчного процесу. Отже, значнi енергови-трати процесу перероблення вiдхiдних гшохлоритних розчинiв, застосування каталiзаторiв, вартiсть яких постшно зростае, зумовлюють необхiднiсть пошуку iнтенсифiкацii процесiв розкладу цих сполук.
Мета роботи полягала в аналiзi шнуючого процесу розкладу натрiю та кальщю гшохлорипв, розробленнi на його основi способiв його iнтенсифiкацii та дослщ-женнi процесу термiчного розкладу розчишв гшохло-ритiв пiд час диспергування.
Аналiз роботи шнуючо! технологи та обгрунтування напрямiв дослщжень
Зазвичай розклад розчинiв гiпохлоритiв здшсню-ють у стандартних порожнистих апаратах емшсного типу. Наприклад, для розкладу кальщю гшохлориту застосовують реактори конструкцп ВАМИ (Санкт-Петербург) з объемом 50 м3, якi спорядженi зануреною трубою для подавання гостро! пари та низькооберто-вою механiчною мшалкою. Головним недолiком цих апаратiв е мала площа теплопередачi вiд парово! до рiдкоi фази. Вона зумовлена тим, що барботаж пари через паротдввдну трубу навиь за умови встановлення на и виходi диспергувальних пристро!в, вiдбуваеться в нестащонарному режимi, за якого розмiри бульбашок пари, що надходять в розчин, коливаються в широкому дiапазонi. Це спричиняеться значними коливан-нями поверхнi рiдини, а також пульсащям парових бульбашок, конденсащя яких в часi е нестащонарною, оскiльки температура середовища постiйно зростае. Отже, кнуючий спосiб термiчного розкладу розчишв гшохлориив не вiдповiдае сучасним вимогам оргаш-зацп хiмiко-технологiчних процешв.
Виходячи iз того, що розчини гшохлориив подають на термiчний розклад насосами, яю створюють напiр до 10 м вод. ст., дшшли висновку про два можливi шляхи штенсифжацп процесу термiчного розкладу гшохлоритних позчишв. Перший полягае в пришвидшенш розкладу гiпохлоритiв в кавиацшному полi, а другий - штенсифжацп розкладу цих розчинiв внаслщок диспергування рiдини в обчем водяно! пари.
Експериментальна частина
Дослвдження iнтенсифiкацii процесу розколу розчишв натрiю гiпохлориту здiйснювали на лабораторнш установцi (рис. 1), яка охоплювала кавиатор гвдроди-намiчного типу, насос, емшсть для розчину та систему вентилiв; тиск перед кавiтатором контролювали манометром, а температуру середовища - термометрами.
Рис. 1. Установка для дослщження процесу розкладу натр^ ппохлориту в кав^ацшному полi: 1 — кавiтатор; 2 — насос; 3 — емжсть; 4 — манометр; 5 — термометр;
6 — вентиль
Подавання розчину натрж гшохлориту здшснюва-ли насосом потужшстю 1,1 кВт; тиск на входi в кавиа-тор дорiвнював 0,52...0,58 МПа; витрата розчину дорiв-нювала 0,02...0,05 дм3/с. На^вання розчину натрiю гiпохлориту до температури 60...650С вiдбувалось за рахунок його проходження через кавиатор; кратнiсть циркуляцп складала 6.8.
Розкладання натрiю гшохлориту тд час його дис-пергування в потощ пари здiйснювали на лаборатор-нiй установцi, наведенiй на рис. 2.
марш енергетичш витрати (потужшсть насоса й нагрь вачiв (ТЕНiв), тепловмiст пари тощо) на розклад натрт гiпохлориту вiдрiзнялись не б^ьше, нiж на 10%.
Стутнь розкладу натрiю гiпохлориту в чаи визна-чали за змiною його концентрацп, яку визначали стан-дартним юдометричним методом, на входi й виходi з кавiтатора чи колони.
Результати та ¡х обговорення
Результати дослщжень розкладу натрiю гшох-лориту за рiзних способiв здiйснення цього процесу наведено на рис. 3. Як видно iз рис. 3, поминий розклад натрж ппохлориту шд час його нагрiвання як внаслщок барботажу пари, так i диспергування розчину вiдбуваeться лише через деякий час вщ початку процесу, тобто розкладу передуе шдукцшний перiод. Найiмовiрнiше, вiн зумовлений на^ванням розчину, оскiльки iнтенсивний розклад починаеться тсля досягнення температури близько 600С. Диспергування розчину в обчем водяно! пари дало змогу скоротити тривалшть iндукцiйного перiоду практично вдвiчi: вiд двох до одше1 години. При цьому швидкiсть розкладу натрж гiпохлориту за диспергування розчину е б^ьшою, нiж у випадку його на-грiвання гострою парою. Так, за витрат розчину, що диспергують в обчем пари, 0,02 i 0,05 дм3/с (кривi 2 i 3) швидкiсть розкладу вщповщно дорiвнюе 6,15 10-3 i 5,03 10-3 проти 3,35 10-3 моль/дм3 с за барботажу пари.
4 6
Час, год
10
На анал1з
Рис. 2. Установка для дослщження процесу розкладу натр^ гiпохлориту шд час диспергування: 1 — колона; 2 — форсунка; 3 — насос; 4 — емнють; 5 — термометр;
6 — вентиль
Водяну пару з температурою 100...103°С i витратою 7.10 г/с подавали iз парогенератора в нижню частину термоiзольованоi колони 1. Розчин натрж гшохлори-ту подавали насосом 3 i диспергували в обчем колони 1 за допомогою форсунки 2, встановлено! у верхнiй и частиш. Унаслiдок контакту з водяною парою розчин на^вався до температури 70.800С.
Для встановлення ефективностi того чи шшого способу iнтенсифiкацii розкладу натрт гiпохлориту па-ралельно здшснювали цей процес за барботажу пари через шар вказаного розчину, що iмiтувало виробничий процес перероблення гшохлорипв. В уах випадках су-
Рис. 3. Залежнють концентрацп натрiю ппохлориту в розчиж залежно вiд способу його розкладу: 1 — термiчний; барботаж гостроТ пари в об,eмi розчину; 2, 3 — термiчний; диспергування розчину в об~ем пари; витрата розчину, дм3/с: 2 — 0,02 см3; 3 — 0,05;
4, 5 - кавп-ацшний; тиск, МПа: 4 - 0,52; 5 - 0,58
Кавиацшне оброблення розчишв, на вщмшу вщ термiчного, забезпечуе розклад натр^ гшохло-риту практично зразу ж шсля початку дослщжен-ня, коли температура середовища шдвищуеться до 25.300С. Це можна пояснити тим, що шд час рiзко-го змикання кавiтацiйних каверн, що утворюються внаслщок рiзкоi змiни швидкосп потоку рiдини в кавiтацiйному пристро!, локально рiзко зростае температура, що й забезпечуе розклад ппохлориту. Тому в цьому випадку шдукцшного перюду не за-фiксовано. Початкова швидюсть розкладу натрiю
0
2
8
гшохлориту за тисив 0,52 i 0,58 МПа дорiвнюe вiдповiдно 7,2710-3 i 6,7110-3 моль/дм3-с. Однак пiсля досягнення температури середовища близько 55...650С швидисть розкладу практично дорiвнюe такiй, як i за диспергування розчину. Нашмовiрнi-ше, збiльшення температури середовища спричи-няе збiльшення парцiального тиску водяно! пари, що негативно впливае на швидюсть змикання ка-вiтацiйних каверн, а, отже, енерНя, що видшяеться при цьому е меншою. Вщтак i швидкiсть розкладу натрiю гшохлориту зменшуеться.
Швидкiсть розкладу натрiю гшохлориту, як видно з наведених результаив, штотно впливае на три-валiсть процесу. Зокрема, залишкова концентращя NaOCl 2 г/дм3, що вщповщае нормам технологiчного режиму перероблення зазначених розчишв, у режимах термiчного барботажного, термiчного диспергу-вального та кавиацшного за вказаних умов досяга-еться протягом вiдповiдно 9,8; 6,1; 5,3; 4,1 i 3,7 год. Вщповщно витрата пари скорочуеться щодо термiч-ного барботажного режиму вщповщно на близько 38, 46, 58 i 62%. Зважаючи на те, що коеф^ент корисно! д^! кавггацшного пристрою, визначений за витратою електрично! енергii на привiд двигуна та приростом температури середовища певно! маси протягом пев-ного вiдрiзку часу, дорiвнював 72...75 %, реальне змен-шення витрат водяно! пари за кавиацшного режиму розкладу дорiвнюе 43,5 i 46,5%.
Шд час дослщження термiчного розкладу розчинiв кальцiю гшохлориту як у барботажному, так i диспер-гувальному режимах отримано результати, схожi як i у випадку перероблення розчишв натрт гшохлориту (рис. 4).
120 110
3 100
90
И 80
Ё 70
1-н 60
•§ 50 Ü 40
я 30 g 20
& 10 0
0 2 4 6 8 10 12 Час, год
Рис. 4. Залежшсть концентраци кальцiю гiпохлориту в
розчиш залежно вiд способу його розкладу: 1 — термiчний; барботаж гостроТ пари в об,eмi розчину;
2 — термiчний; диспергування розчину в об~ем пари; витрата розчину 0,02 дм3/с; 3 — кавiтацiйний; тиск 0,52 МПа
Швидкоси розкладу кальщю гiпохлориту за барботажного, диспергувального та кавиацшного
режимiв дорiвнюють вiдповiдно 3,3710-3, 6,6710-3 i 10,010-3 моль/дм3-с. Тобто швидкоси термiчного розкладу гiпохлоритiв натрж та кальцiю е практично однаковими. Однак у кавиацшному режимi швидкiсть розкладу на початкових стадiях процесу зростала на 30%. Таке покращення показникiв процесу можна трактувати наявшстю в середовищi, яке оброблювали, дрiбнодисперсних твердофазних частинок кальщю гщроксиду. Як вiдомо, дрiбноди-сперсш частинки сприяють виникненню та розвитку явища кавiтацii, вiдтак кiнетична енерпя потоку ефективнiше передаеться в об'ем середовища, а тому штенсившсть розкладу кальщю гшохлориту зро-стае.
Отримаш на лабораторних установках результати були апробоваш на експериментальних установках, змонтованих на д^ьницях знешкодження гшохлорит-них розчишв магшевого. Тривалiсть розкладу кальщю гiпохлориту в режимi диспергування було скоро-чено в 3.3,5 рази, а в кавггацшному - навггь до 4 раз. Однак, недолжом застосування кавiтацiйного режиму розкладу кальщю гшохлориту е шдвищена ерозiя окремих елеменив кавiтацiйного пристрою оскiльки середовище мiстить твердi частинки, а швидюсть руху в кавiтацiйному пристроi сягала, за розрахунками, 12...14 м/с. Зменшення зазначеного негативного явища можна досягти оптимiзацiею конструкцп кавiтацiй-ного пристрою, зокрема застосуванням так званих суперкавiтаторiв.
Висновки
Виконаними дослвдженнями встановлено можли-в1сть ктотно! iнтенсифiкацiï вiдхiдних розчинiв ri-похлорит1в, що утворюються в рiзних технолопчних процесах, шляхом ïx диспергування в обчем водяноï пари, або здшсненням процесу i3 застосуванням кав1-тацшних пристроïв.
Лiтература
1. Горбачов, А.К. Техшчна електроxiмiя [Текст]. Ч. I. Елек-
троxiмiчнi виробництва xiмiчниx продук™ : пiдручник
/ А.К. Горбачов. - Х.: ВАТ «Вид-во «Прапор», 2002.
- 254 с.
2. Кунтий, O.I. Електролiз iонниx розплавiв. Виробництво
магнiю [Текст] : навч. посiбник / O.I. Кунтий, Г.1. Зозуля ; НУ «Л^вська пол^ехшка». - Львiв: Вид-во НУ
"Л^вська пол^ехшка", 2006. - 208 с.
3. Реми, Г. Курс неорганической химии [Текст]. Т.1. : пер с
нем. -М.: ИЛ. 1963. - 920 с.
4. Kennet, A.C. Fire and explosion hazards of hightes hypohlo-
rites (poolchlorine) [Текст] / A.C. Kennet, S.M. McMillan,
H.A. Martin // Chem. D. i V. Dep. Sci. and Ind. Res. Rept.
- 1981. - № 2320. - P. 5-25.
