Общая часть предложения.
СПЕЦИФИЧЕСКОЕ НЕТЕМПЕРАТУРНОЕ ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ СВЧ
ДИАПАЗОНА НА ХИМИЧЕСКИЕ И НЕФТЕХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ.
За последние 10 – 15 лет к
числу новых и перспективных методов в современной химии присоединилось
микроволновое излучение в качестве источника энергии. Так же было обнаружено,
что микроволновое излучение не только эффективно нагревает компоненты
химической реакции, но так же способно существенно ускорять многие химические
реакции, ускорять диффузию газов и жидкостей в твердые тела, модифицировать
свойства различных сорбентов, влиять на ход кристаллизации, сдвигать
термодинамическое равновесие. При этом, часто рассматривая изменения
кинетических и термодинамических показателей реакции, большинство
исследователей объясняли подобные изменения быстрым объемным нагревом образцов.
Наш исследовательский
центр, является бесспорным лидером в области проведении исследований с
применением микроволнового излучения в химии и в нефтехимии, а так же в
производстве специализированного микроволнового оборудования для
исследовательских лабораторий и химических производств. С помощью аппаратов
собственной конструкции, нами были проведены совместные с другими научными
коллективами углубленные исследования в области воздействия микроволнового
излучения на различные вещества в условиях частотного резонанса. Результаты
проведенных исследований позволяют нам однозначно утверждать о наличии
нетеплового резонансного микроволнового воздействия.
Проведя значительное
количество экспериментальных исследований физических параметров облучаемого
вещества (температур плавления, кипения, вязкости), работ по разработке и
усовершенствованию лабораторно – исследовательского оборудования, мы пришли к
следующим выводам:
- Любые изменения
температурных показателей среды (быстрый объемный нагрев) являются лишь
последействием взаимодействия микроволнового излучения с обрабатываемой средой,
которое часто наблюдается при высокой плотности микроволнового излучения в
незначительном объѐме обрабатываемой среды.
- Величина изменений
температурных показателей является сложной функцией зависящей как от:
--природы обрабатываемой среды;
--параметров обрабатываемой
среды.
Вышеизложенное позволило нам
выдвинуть гипотезу и на еѐ основании реализовать техническую возможность
контролировать как параметры протекающей химической (нефтехимической) реакции,
так и дальнейшее еѐ направление, контролируя и изменяя параметры микроволнового
излучения.
Микроволны, основные понятия
Понятие микроволнового
излучения появилось практически одновременно с понятиями электромагнитные
колебания и радиоволны. Притом, что явление распространения электромагнитных
колебаний (электромагнитные волны) достаточно хорошо изучено, природа этого
феномена всѐ еще остаѐтся загадкой для современной науки. Вместе с этим все
знают о существовании радиоволн, инфракрасного (теплового) и ультрафиолетового
излучения, рентгеновских лучах и видимом свете. Все это разные проявления
одного и того же явления – электромагнитных волн. Различие заключается только в
одном – в частоте колебаний. Частота, с которой происходят колебания
электромагнитного поля, в значительной степени влияет на его внешние свойства.
Причина заключается в соизмеримости длины волны с различными физическими
объектами. Например, свет или рентгеновское излучение легко проходят через кристалл,
у которого расстояние между атомами меньше длины волны. И, наоборот,
длинноволновое излучение не сможет проникнуть, допустим, в металлическую трубу
даже очень большого диаметра.
Под сверхвысокими
частотами (СВЧ) принято понимать участок электромагнитного спектра с частотами
колебаний, лежащими приблизительно между 30 и 3000 МГц, и с длинами волн
соответственно между 10 м и 0,1 мм. Таким образом, диапазон СВЧ расположен
между областью «обычных» радиоволн и участком инфракрасных и световых
излучений. Этот диапазон частот, ширина которого в 105 раз превышает сумму всех
диапазонов, используемых «обычной» радиотехникой и электротехникой, принято
условно делить на несколько более узких диапазонов.
Роль энергии СВЧ непрерывно
возрастает в связи с бурным развитием самых разнообразных областей науки и
техники – радиолокации, радиоуправления, связи, телевидения, промышленной
электроники. Сверхвысокочастотные приборы широко используются в ракетной и
атомной технике и во многих областях научных исследований. Освоение
космического пространства, нарастающее использование электроники СВЧ в ряде
областей народного хозяйства и медицине потребуют в будущем еще более широкого
применения техники и приборов сверхвысоких частот.
Сфера применения микроволновой
техники в настоящее время достаточно широка и по мере развития науки и
технологии все больше внедряется в нашу повседневную жизнь. На протяжении
нескольких десятилетии нагрев диэлектриков высокочастотным излучением играет
значительную роль в развитии технологических процессов. Энергия
электромагнитного поля преобразуется в тепло вследствие наличия у материалов
диэлектрических потерь. Это явление начали широко применять во многих отраслях
промышленности, например для склеивания листов фанеры, и сушки древесины, для
сушки пряжи, а также в процессах непрерывной разливки металла. Метод
высокочастотной сварки термопластичных материалов оказался лучше других
известных методов. Несмотря на более высокие эксплуатационные расходы,
стационарные высокочастотные установки экономичнее других благодаря более
высокой производительности и во многих случаях более высокому качеству
получаемой продукции [Х].
Эффективность преобразования
энергии электромагнитного поля в тепло увеличивается пропорционально рабочей
частоте и квадрату напряженности электрического поля. Увеличивать напряженность
электрического поля произвольно нельзя, так как, начиная с некоторого уровня
(уровень напряженности до пробоя), возникают электрические разряды, оказывающие
вредное влияние на качество продукции. Поэтому единственным возможным путем
увеличения удельной энергии преобразования (энергия преобразования в единице
объема) является увеличение рабочей частоты. Промышленное высокочастотное
оборудование работает в основном на специально отведенных диапазонах частот,
которые менее ограничены с точки зрения радиопомех и могут использоваться в
промышленности или для других целей.
Как известно,
электромагнитные поля сверхвысокой частоты (СВЧ) обладают высокой плотностью
энергии, направленностью и стабильностью. Обычно они создаются в виде бегущей,
либо стоячей электромагнитной волны в волноводе. Для углубленного изучения
электродинамики и отдельных проблем техники СВЧ можно обратиться к российской и
переводной литературе.
Суть нашего предложения.
Увеличение мировых
потребностей в непредельных углеводородах: этилен, пропилен, дивинил и бензол,
являющихся основными продуктами пиролиза углеводородов – решается путем
модернизации существующих установок и поиском новых технологий, позволяющих
увеличить образование целевых продуктов, снизить энергозатраты, необходимые для
проведения процесса, а так же финансовые затраты на модернизацию существующего
оборудования. При этом ввиду крупнотоннажности процесса пиролиза, полная замена
термических печей требует колоссальных финансовых затрат. Поэтому вариант
модернизации существующих установок более перспективен, так как затраты
окупятся за короткий срок.
Интенсификация процесса
пиролиза с с применением нашей уникальной технологии, не требует существенной
модернизации используемого оборудования и, следовательно, глобальной
реконструкции существующих нефтехимических перерабатывающих заводов.
Промышленное применение
аппаратов.
Предлагаем два возможных варианта
промышленного применения:
Вариант
первый.
Создание одной установки для СВЧ – активации воды перед
ее испарением мощностью 75 кВт. Установка обеспечивает активацию воды для всех
пиролизных печей одновременно. Такой вариант характеризуется отрицательными и
положительными характеристиками.
-Отрицательные:
Отсутствие резервирования установки. При выходе из
строя генератора вся система (14 печей) лишаются поставки активированного
водяного пара, а возможно и даже вообще поставки пара.
Сложность отслеживания эффекта на одной печи связанная
с неравномерной характеристикой расхода пара на каждой отдельно взятой печи.
Монтаж возможен только при остановке всех печей и в
крайне ограниченное время.
Большие массогабаритные характеристики оборудования
вместе с ограниченной площадкой для установки оборудования.
Более высокое напряжение при больших токах на одной
нагрузочной линии.
Повышенная искровая опасность.
-Положительные:
Малый объем монтажных и пусконаладочных работ.
Вариант второй
Создание нескольких установок
для СВЧ – активации пара мощностью 5 – 10 кВт,
установленных непосредственно
перед печами на паропроводе. Каждая установка размещается в отдельном корпусе.
Такое техническое решение позволяет
реализовать следующие возможности:
Возможность модульного
подключения блоков активации.
Позволяет отказаться от
магнетрона большой мощности в пользу магнетронов малой
мощности с постоянными
магнитами, что значительно снижает массогабаритные показатели
и эксплуатационные расходы.
Установка обладает меньшими
затратами на обслуживание.
Предлагаемый вариант имеет
возможность резервирования работы. При поломке одной части, установка
продолжает функционировать.
Сегментальная структура
системы волноводов позволяет:
- Наращивать (укорачивать)
длину волновода, позволяя тем самым согласовывать
генерируемую мощность с
нагрузкой.
- Применять оборудование для
активации как пара, так и воды.
- Проводить замену (ремонт)
оборудования с минимальными затратами и временем.
- Подключать несколько
магнетронов (увеличивать (регулировать) генерируемую мощность).
Проведя анализ совокупных характеристик обоих
вариантов, к реализации рекомендован второй способ.
Многоцелевой экспериментальный
аппарат G4C\Т-8K\2450 (Аппарат) предназначен для электромагнитной обработки
жидкостей и парогазовых смесей электромагнитным полем сверхвысокой частоты.
Аппарат эффективно влияет на
химические и нефтехимические процессы. Так же электромагнитные волновые
импульсы образуют в воде свободные радикалы, которые придают ей различные
свойства, изменяют pH и в значительной мере влияют на взаимодействие воды с
веществами в химических реакциях радикального типа. При обработке
многокомпонентных смесей микроволновым излучением с модуляцией ударного типа
наблюдается гомогенизация смеси и возникновение сверхстойких эмульсий. При
обработке вязких жидкостей и эмульсий в том числе (водонефтяных эмульсий)
микроволновым излучением с многофазной модуляцией возникает эффект разрушения
эмульсий.
Аппарат для электромагнитной
обработки жидких и газообразных сред G4C/T-8K/2450 выполнен в соответствии с
требованиями ГОСТ 12.1.003, ГОСТ 12.1.010, ГОСТ 12.2.007.0, ГОСТ Р МЭК 60204-1,
ГОСТ 12.2.003.
Аппарат имеет серийную
модификацию и может производиться малыми сериями. По специальному заказу может
иметь модификацию для конкретных целей.
На предприятии–изготовителе
аппарат был подвергнут всем необходимым испытаниям в соответствии с
требованиями государственных стандартов. Аппарат выдержал испытания и признан годным
для экспериментальной эксплуатации при проведении промышленных
экспериментальных работ, в том числе в зоне В1Г. Акты испытаний прилагаются к
паспорту на каждый аппарат.