|
|
|
Главная --> Справочник терминов Решеточных дислокаций решетчатыми тарелками Исследования и практика свидетельствуют о том, что условия, близкие к изотермическим, могут быть реализованы в абсорбционных аппаратах с трубчато-решетчатыми тарелками (указанные контактные устройства позволяют отводить тепло непосредственно в зоне процесса) [99]. В связи с этим была изучена эффективность процесса абсорбции в условиях, близких к изотермическим (температура по высоте абсорбера поддерживалась около 20 °С). Опыты проводили на промышленной колонне с 42 трубчато-решетчатыми тарелками, которые были выполнены в виде плоской спирали Архимеда из трубок диаметром 22/19 мм (диаметр аппарата 400 мм). Абсорбция нефтяного газа осуществлялась на 30 тарелках. Поступающий на завод нефтяной газ компримировали до 1,6 МПа и с температурой 25 °С направляли в промышленный и опытный абсорберы. В эти аппараты подавали два абсорбента на разные тарелки — дизельное топливо и нестабильный газовый конденсат. Съем тепла в опытном абсорбере производили за счет подачи в трубчато-решетчатые тарелки газового конденсата, предварительно охлажденного в системе аммиачного холодильного цикла. В результате исследований было установлено, что эффективность абсорбера с трубчато-решетчатыми тарелками значительно выше эффективности промышленного абсорбера. Извлечение пропана в промышленном абсорбере при максимально достигнутой нагрузке по газу и удельном расходе абсорбента 2,2— 3 л/м3 составляло 65% от потенциального содержания в исходном газе, что в 1,3 раза меньше, чем в аппарате с трубчато-решетчатыми тарелками (на этом заводе в течение многих лет эксплуатировался промышленный абсорбер с трубчато-решетчатыми тарелками диаметром 2,4 м). Для практической реализации оптимального или изотермического режима целесообразно использовать, в частности, абсорберы с трубчато-решетчатыми тарелками, так как съем тепла в таких аппаратах производится непосредственно в зоне контакта взаимодействующих фаз. При такой организации процесса не требуются традиционные теплообменные устройства, работающие в схеме «абсорбер—холодильник—абсорбер». При наличии трубчато-решетчатых тарелок изотермический режим или режим, близкий к оптимальному, может быть обеспечен в ряде случаев за счет подачи в трубчато-решетчатые тарелки^технологиче-ских потоков с относительно высокой температурой, при которой может оказаться невыгодным охлаждать сухой газ или тощий абсорбент в обычных тепло-обменных аппаратах, так как с большей эффективностью эти потоки можно использовать для съема тепла в абсорберах с трубчато-решетчатыми тарелками или другими аналогичными тепломассообменными устройствами. Могут быть варианты, при которых для этой цели окажется выгодным использовать «бросовый» холод различных газообразных и жидких продуктов, получаемых при добыче нефтяных (природных) газов и газового конденсата. зации насыщенного абсорбента опытный абсорбер с труб-чато-решетчатыми тарелками был дооборудован паровым подогревателем *, который позволял изменять температуру в нижней кубовой части абсорбера от 14 до 130 °С. Характеристика абсорбера-деметанизатора: диаметр 400 мм, межтарельчатое расстояние 300 мм, свободное сечение тарелок 18,6%, ширина щели на тарелке или расстояние между рядами труб 5 мм. Тепло абсорбции снимали за счет подачи в трубчато-решетчатые тарелки газового конденсата, предварительно охлажденного в системе аммиачного холодильного цикла. Это позволяло проводить процесс абсорбции в условиях благоприятного теплового режима и поддерживать температуру в абсорбционной секции в пределах 12—14 °С. На этом заводе для изучения эффективности процесса абсорбции углеводородных газов в условиях изотермического режима была смонтирована опытная колонна с трубчато-решетчатыми тарелками, которые выполнены в виде плоской спирали Архимеда из трубок диаметром 22/19 мм (D = 400 мм; Я = 300 мм; ширина зазора между трубками 5 мм; Fc = 18,5%). Опытный абсорбер работал параллельно с промышленной абсорбционной колонной с 30 круглоколпачковыми тарелками (D = 2800 мм; Я = 600 мм), которая имела два промежуточных циркуляционных аммиачных холодильника — съем тепла осуществлялся в результате охлаждения абсорбента после 10-й и 20-й тарелок. Наряду со спиральными трубчато-решетчатыми тарелками известны аналогичные контактные устройства, в основу которых положена плоскопараллельная трубная решетка [43]. Свободное сечение таких тарелок можно изменять от 8 до 30% (для дальнейшего увеличения пока нет достаточных оснований). На рис. V. 19 приведены характерные зависимости сопротивления орошаемых трубчато-решетчатых тарелок и высоты «пены» от скорости газа в свободном сечении колонны при постоянной плотности орошения для аппарата диаметром 400 мм. В этом отношении трубчато-решетчатые тарелки уступают клапанным, если не учитывать, что при больших соотношениях потоков рабочая скорость газа (пара) в аппаратах с нормализованными клапанными тарелками может быть значительно ниже, чем в аппаратах с трубчато-решетчатыми тарелками. Это означает, что клапанные тарелки могут иметь в ряде случаев меньший интервал эффективной работы. Для определения предельной скорости газа (пара) в свободном сечении аппарата с трубчато-решетчатыми тарелками (или скорости «захлебывания») рекомендуется следующее уравнение Для определения предельной скорости газа (пара) в свободном сечении аппарата с провальными решетчатыми тарелками при L/G = 0,5—20 рекомендуется уравнение решетчатыми тарелками Представления о неравновесных границах были введены в научную литературу в 70-80-х годах [110, 111], базируясь на исследованиях взаимодействия решеточных дислокаций и границ зерен. Следуя [111, 172], образование неравновесного состояния границ зерен характеризуется двумя основными особенностями — избыточной энергией границ зерен (при заданных кристаллографических параметрах границ) и наличием дальнодействующих упругих напряжений. Полагая, что границы зерен имеют кристаллографически упорядоченное строение, в качестве источников Общими для всех наноматериалов, полученных ИПД, являются высокие внутренние напряжения и искажения кристаллической решетки. Данные рентгеноструктурного анализа дают для исследованных материалов величину среднеквадратичных деформаций равную 10~3-10~4, хотя, согласно электронно-микроскопическим исследованиям, локальные упругие деформации, особенно у границ зерен на порядок и более выше. Тот факт, что уровень внутренних напряжений высок, хотя плотность решеточных дислокаций в теле зерен зачастую незначительна, подтверждает, что источниками напряжений являются неравновесные границы зерен. Экспериментальные данные о необычной дефектной структуре границ зерен в наноструктурных материалах, полученных интенсивной пластической деформацией, наблюдение искажений кристаллической решетки вблизи границ зерен легли в основу развиваемых модельных представлений об атомной структуре и свойствах этих материалов [12]. Данные представления базируются на концепции неравновесных границ зерен, которая была введена в научную литературу в 70-80-х годах [110,111] и позднее стала широко использоваться при описаниях взаимодействий решеточных дислокаций и границ зерен, для анализа рекристаллизационных и деформационных процессов в поликристаллах [3,172]. Ниже будут кратко рассмотрены основные положения физики неравновесных границ, дано описание структурной модели нанокристаллов и ее развитие для понимания их необычных свойств. С помощью набора структурных единиц может быть представлен непрерывный переход зернограничных структур через весь интервал разориентировок как для границ наклона (симметричных и несимметричных), так и для границ кручения. Все границы по этой модели имеют упорядоченное строение: структура границы повторяется через определенный период, который можно назвать сегментом повторяемости. Очень важно, что теория структурных единиц прямо соответствует дислокационным моделям болыпеугловых границ. Еще Брэндон с соавторами (1966г.) предположили, что отклонение разориентировки границы от специальной создается сеткой ЗГД аналогично тому, как сетка решеточных дислокаций создает малоугловую разориентировку в кристаллической решетке. Затем выяснилось, что эти ЗГД могут быть собственными, структурными и вторичными ЗГД. Ядра этих ЗГД достаточно узкие — локализованные и, что очень важно, сохраняют свою индивидуальность при очень малых расстояниях между дислокациями [156]. К настоящему времени установлено, что описание с помощью структурных единиц позволяет выявить дислокационную структуру любой границы. Внесенные ЗГД не являются кристаллогеометрически необходимыми структурными особенностями границ. Они могут зарождаться непосредственно в границе путем действия какого-либо зернограничного источника. Наиболее достоверно экспериментально установленный путь образования внесенных ЗГД — это взаимодействие решеточных дислокаций с границами [172]. Захваченная границей решеточная дислокация имеет решеточный вектор Бюр-герса одного из зерен и представляет собой частный случай внесенных ЗГД. Чисто геометрически решеточный вектор Бюргерса может быть представлен суммой базисных трансляций ПРН [160], поэтому решеточная дислокация может распадаться в границе на ЗГД с ПРН-векторами Бюргерса [181-184]. Эти ЗГД являются внесенными. Такие ЗГД имеют нескомпенсированные упругие поля, следовательно, границы, их содержащие, могут быть определены как неравновесные [146, 173]. Поэтому внесенные ЗГД принято называть неравновесными дефектами в отличие от собственных ЗГД. К настоящему времени накоплен обширный экспериментальный материал, касающийся образования неравновесных границ зерен при их взаимодействии с решеточными дислокациями [172]. Под взаимодействием границ зерен с дислокациями понимают действие болыпеугловых границ как источников и стоков для дислокаций решетки. Достижением недавних исследований, включая компьютерное моделирование, явилось доказательство того, что решеточные дислокации, попадая в границу, остаются дискретными дефектами кристаллического строения и взаимодействие дислокаций с границами должно заключаться в достаточно сложных перестройках. Решеточная дислокация не может просто оборваться на границе, она должна продолжаться в границе зерно-граничной дислокацией (одной или несколькими). Поэтому в поликристалле решеточные дислокации вместе с зернограничными должны образовывать единую замкнутую систему (рис. 2.19) [172]. Следовательно, взаимодействие решеточных дислокаций с больше-угловыми границами сводится, по существу, к взаимным превращениям внутризеренных и зернограничных дислокаций. Как и Таким образом, приведенные данные ясно демонстрируют, что в результате взаимодействия решеточных дислокаций с границами зерен обычно образуются внесенные зернограничные дислокации. Границы зерен при этом становятся неравновесными. три разновидности неравновесных ансамблей внесенных дислокаций: 1) диполи стыковых дисклинаций, обусловленные накоплением сидячих ЗГД; 2) ансамбли скользящих ЗГД и 3) неупорядоченные сетки ЗГД, являющиеся результатом неоднородного попадания решеточных дислокаций в границы. Все эти системы дефектов создают дальнодействующие поля напряжений, радиус экранировки которых намного превышает ширину границ зерен. Каждый из этих неравновесных ансамблей дислокаций в границах зерен дает независимый вклад в упругие деформации, избыточную энергию и объемное расширение наноструктурных материалов. лученных ИПД, существенно упрощают реальную структуру нано-кристаллов. Например, известно, что фактически вектор Бюргерса решеточных дислокаций в границах зерен обычно не соответствует вектору Бюргерса дислокаций в кристаллической решетке. Это связано с диссоциацией решеточных дислокаций в зерногранич-ные дислокации с меньшими векторами Бюргерса. Принимая во внимание эти упрощения, рассмотрим теперь некоторые качественные сравнения и численные оценки, сделанные на основе развиваемого структурного подхода, базирующегося на представлениях о неравновесных границах зерен. Чистые металлы. Структура чистого Ni, подвергнутого ИПД кручением (5 оборотов при комнатной температуре, Р — = 7ГПа) [103], характеризовалась очень мелкими зернами равноосной формы со средним размером около 100 нм, содержащими высокую плотность решеточных дислокаций (рис. 3.1) (см. также п. 1.2.1). Сложный дифракционный контраст свидетельствовал о наличии внутренних упругих напряжений. Зерна имели преимущественно болыпеугловые границы, что подтверждается видом дифракционных картин, содержащих большое количество рефлексов, расположенных по окружностям. Эти данные находятся в согласии с результатами других структурных исследований Ni после интенсивной деформации кручением [23, 55]. В процессе прокатки крупнокристаллических материалов происходит измельчение ОКР, плотность решеточных дислокаций возрастает, что выражается в уширении физических профилей рентгеновских пиков [87].  Разрушение происходит Разрушить добавлением Разветвленных алкильных Разветвленных полимеров Разветвленной структурой Развитием органической Решеточной релаксации Реагентов используются Реагентов позволяет |
- |
Навигация