Вследствие этого возможен унос катализаторной пыли из реакционной зоны и попадание ее в трубное пространство теплообменников, где пыль осаждается, забивает трубный пучок и ухудшает теплообмен. В результате, происходит нарушение технологического режима, вплоть до остановки производства с последующей чисткой трубного пространства теплообменников.
При использовании на установках гидроочистки дизельных фракций каталитической системы, включающей катализатор ГП-534М, индекс прочности которого составляет 1,2-2 кг/мм, и является достаточно низким значением, возможно образование значительного количества пыли.
С целью усовершенствования процесса гидроочистки на действующих установках, с большой вероятностью пылеобразования, предлагается использовать пылеуловитель на выходе газо -продуктовой смеси из реактора гидроочистки. В качестве пылеуловителя можно использовать циклон марки ЦН - 15.
Данный пылеуловитель предлагается использовать периодически, а именно, во время выхода установки на технологический режим. В режиме работы установки данный аппарат отсекается запорной арматурой и не эксплуатируется (рисунок 1).
цвсг
р-1
Т-1
-X-
ЦН-15
Катализаторная пыль
Рис. 1. Предлагаемая схема реакторного узла процесса гидроочистки.
Использование пылеуловителя позволит избежать попадания катализаторной пыли и крошки в трубное пространство теплообменников, что, в свою очередь, позволит вести технологический процесс без вынужденных остановок.
УДК 544.723.21
Н.М. Алыков, Е.Ю. Шачнева
Астраханский государственный университет г. Астрахань, Россия
ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЧАСТИЦ ФЛОКУЛЯНТОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ИОННОЙ СИЛЫ РАСТВОРОВ
Изучены размеры частиц флокулянтов в зависимости от ионной силы растворов. Рассчитаны радиусы частиц, толщина диффузионного слоя, толщина гидратной оболочки, энергия взаимодействия частиц в растворе.
Целью данной работы явилось изучение влияния ионной силы растворов на дисперсность, толщину диффузионного слоя и гидратной оболочки и энергию взаимодействия в водных растворах флокулянтов [1-8].
Расчет размеров частиц флокулянтов. Размеры частиц в водно-солевых растворах изучены по методу Геллера. Метод основан на изменении коллоидными частицами рассеяния света в зависимости от размеров частиц дисперсной фазы и длины волны падающего света. Для описания светорассеяния в коллоидной системе можно воспользоваться эмпирическим уравнением:
А = к-Я~", (1)
где к - константа, не зависящая от длины волны, А - оптическая плотность раствора, 1 - длина волны падающего света.
Зависимость ^А от в соответствии с (1) представляет собой прямую линию, тангенс угла наклона которой равен показателю степени п с минусом. Значение показателя степени п зависит от соотношения между размером частицы и длиной волны падающего света, характеризуемого параметром Z:
7 = 8ж- г/Я , (2)
где г - радиус частиц, X - среднее значение длины волны падающего излучения.
По величине п находят соответствующее значение Z по табл. 1, а затем по формуле (2) рассчитывают средний радиус частиц исследуемой дисперсной системы.
Таблица 1
Показатель степени п в уравнении Геллера в зависимости от параметра Z
п 3,812 3,686 3,575 3,436 3,284 3,121 3,06 2,807 2,657
z 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0
п 2,533 2,457 2,379 2,329 2,075 1,974 1,635 1,584
z 6,5 7,0 7,5 8,0 8,01 8,5 9,0 9,5
Приготовление растворов флокулянтов. В исследовании использовались флокулянты серии АК-631(Н-150, КП-1020, КП-540, А-155, А-930, А-1510) (ТУ 6-02-00209912-41-94; тех.регламент от 20.06.98 г; изготовитель - ФГУП «Саратовский НИИ Полимеров «ООО «Гель-Сервис» г. Саратов), а также флокулянт Z-92 (произведен в Германии).
Приготавливали 1,0 %-ные растворы флокулянтов. Навеску сухого вещества постепенно вносили в стаканчик с 75 см3 дистиллированной воды при постоянном перемешивании на магнитной мешалке при температуре 50°С. После добавления всей порции флокулянта продолжали интенсивное перемешивание еще 1,5 часа до полного исчезновения комочков флокулянтов. Жидкость переносили в колбу емкостью 500 см3 и доводили её объем до метки дистиллированной водой. Через сутки раствор флокулянта готов к работе. Растворы флокулянтов не изменяют свои свойства (вязкость, прозрачность) в течение пяти суток.
В полученные растворы были внесены определенные количества хлорида калия для получения растворов с ионной силой: 0 - 0,07 - 0,13 - 0,26 - 0,52 - 1,04. Все измерения проводили на фотоколориметр ПЭ-5400в кюветой /=5см. На основании полученных результатов были построены зависимости «^А - Результаты расчетов радиусов частиц флокулянтов приведены в табл. 2.
Таблица 2
Радиусы частиц флокулянтов
Флокулянт п Z Радиус частиц г, нм
КП-1020 0,5 12 224,5
КП-540 0,4 12,5 233,9
А-155 0,5 12 224,5
А-1510 0,5 12 224,5
А-930 0,4 12,5 233,9
Н-150 0,4 12,5 233,9
Расчет толщины диффузионного слоя флокулянтов. Для нахождения толщины диффузионного слоя было использовано уравнение:
ь =
2• F 2-я
(3)
где б - диэлектрическая проницаемость дисперсионной среды; б0 электрическая; R=8,313Дж/моль•К; T=298К; F=96500Кл; ц - ионная сила раствора (в наших опытах - это единственная переменная величина). Результаты расчетов приведены в табл. 3 (Т=298 К).
Таблица 3
Зависимость толщины диффузионного слоя L от ионной силы растворов
Толщина диффузного слоя L флокулянтов, нм Температура, К Ионная сила, ц
0,07 0,13 0,26 0,52 1,04
КП-1020, КП-540, А-155, А-1510, А-930, Н-150 298 37,14 26,66 18,85 13,33 9,43
Расчет толщины гидратных оболочек. Для определения толщины гидратной оболочки была рассчитана вязкость растворов флокулянтов в зависимости от ионной силы растворов.
Вязкость определяют с помощью вискозиметра. Для этого измеряли время истечения одинаковых объемов исследуемой жидкости тж (растворов флокулянтов с различной ионной силой) и чистой воды тв. Вязкость определяется по формуле:
Пж = Ve •
Ре
(4)
где рж - плотность исследуемого раствора, рв - плотность воды. Так как рж и рв близки, то:
Т
лж = лв • —,
-, (5)
С помощью уравнения (5) были рассчитаны величины вязкости растворов флокулянтов с различной ионной силой (табл.4). В качестве примера результаты расчетов для флокулянта КП-1020 представлены в табл. 4.
Таблица 4
Зависимость вязкостей растворов флокулянтов от ионной силы растворов
Флокулянт Температура, К Ионная сила, ц
0 0,07 0,13 0,26 0,52 1,04
Вязкость п103, Па-с
КП-1020 313 1,23 1,20 1,11 1,09 1,08 1,08
298 1,38 1,23 1,15 1,12 1,08 1,08
277 1,69 1,54 1,46 1,38 1,26 1,23
Была рассчитана толщина гидратных оболочек частиц флокулянтов при различной ионной силе растворов.
Объемную долю дисперсной фазы с гидратными оболочками находили по формуле Эйнштейна:
V = V ■ (1-а-ф), (6)
где п - вязкость системы с концентрацией ф (г/дм3), - вязкость воды, а - коэффициент формы частиц. Преобразование (6) приводит к (7):
V - Vo
VГ = .
Л0 - а
Объемную долю дисперсной фазы без гидратных оболочек (ф1) рассчитывали по формуле:
Р
ф
ф/Р + çB / Рв '
(7)
(8)
где ф - концентрация флокулянта (г/дм3), фВ - концентрация воды (г/дм3), р - плотность рас-
твора флокулянта (кг/м3), рВ - плотность воды (кг/м3).
Толщину гидратных оболочек частиц флокулянтов рассчитывали по формуле (табл. 6):
С
фг
S = r ■
л3
ф
.1
1
(9)
где r - радиус частиц, ф1 - объемная доля дисперсной фазы без гидратных оболочек, фГ - объемная доля дисперсной фазы с гидратными оболочками.
В качестве примера результаты расчетов толщины гидратных оболочек для флокулянта КП-1020 представлены в табл. 5.
Таблица 5
Зависимость толщины гидратных оболочек частиц флокулянтов от ионной силы растворов
Флокулянт Температура, К Ионная сила, ц
0 0,07 0,13 0,26 0,52 1,04
Толщина гидратных оболочек 5, нм
КП-1020 313 958,86 949,01 918,42 913,16 907,84 907,84
298 1005,76 958,86 933,92 923,63 918,42 918,42
277 1089,98 1049,28 1027,90 1005,76 968,54 958,86
Расчет энергии взаимодействия частиц в растворе. Энергию взаимодействия частиц фло-кулянтов в зависимости от расстояния между ними (^ и при различной ионной силе растворов рассчитывали с использованием формулы Дерягина, Ландау, Фервея, Овербека:
л*
А г
и=иэ +им = 2^г%21и(1+^) - — , а0)
где иэ - энергия электростатического отталкивания частиц, им - энергия их молекулярного притяжения, б0 - электрическая постоянная, б - относительная диэлектрическая проницаемость среды, А - константа Гамакера, равная 0,5-10- (Дж), параметр х = 1/Ь (нм-), где L - толщина диффузионного слоя. Расстояния между поверхностями частиц флокулянтов, нм: h = 2, 5, 10, 20 и 40. Величина фа - потенциал частицы флокулянта, которую лучше всего представлять как величину дзета -потенциала. Она находится на уровне 100 мВ.
Результаты расчетов энергии взаимодействия между частицами флокулянта КП-1020 (при Т=298К) представлены в табл. 6.
Таблица 6
Суммарная энергия взаимодействия между двумя частицами флокулянтов в зависимости от расстояния между их поверхностями и при различной ионной силе растворов
Флокулянт Температура, К Расстояние между частицами ^ нм Ионная сила, ц
0,07 0,13 0,26 0,52 1,04
Суммарная энергия взаимодейств! ду двумя частицами и-10 , Д та меж-(ж
КП-1020 298 2 65,29 64,28 62,83 60,82 58,05
5 61,52 59,14 55,76 51,23 45,33
10 55,59 51,23 45,32 37,89 29,13
20 45,03 37,89 29,11 19,72 11,09
40 28,71 19,72 11,08 4,76 1,39
Список использованных источников
1. Баран, Л. А. Полимерсодержащие дисперсные системы [Текст] / Л.А. Баран // Киев: Наук. Думка. - 1986. - 203 с.
2. Бектуров, Е. А. Синтетические, водорастворимые полимеры в растворах [Текст] / Е.А. Бектуров, З.Х. Бакаурова //Алма-Ата: Наука. - 1981.
3. Вейцер, Ю. И. Высокомолекулярные флокулянты в процессах очистки природных и сточных вод [Текст] / Ю. И. Вейцер, Д. М. Минц // М.: Стройиздат. - 1984. - 200 с.
4. Герасимов, Г.Н. Процессы коагуляции - флокуляции при обработке поверхностных вод [Текст] / Г.Н. Герасимов // Водоснабжение и санитарная техника - 2001. - №3. - С. 26.
5. Запольский, А. К. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды [Текст
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.