Исследование тепломассообмена при разделении мелкодисперсных шламов и разработка установки для его переработки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.04, кандидат технических наук Петрова, Галина Михайловна

• Петрова, Галина Михайловна
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Петрова, Галина Михайловна

ВВЕДЕНИЕ.

1 .АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ

ШЛАМОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ.

1.1. Образование и состав мелкодисперсных шламов сточных вод.

1.2. Состав мелкодисперсных шламов прокатного производства

1.3. Способы утилизации мелкодисперсных шламов

1.4. Термические методы обработки мелкодисперсных шламов без регенерации масел.

1.5. Термические методы обработки мелкодисперсных шламов с регенерацией масел

1.6. Механические, химические и биологические методы обработки мелкодисперсных шламов.

1.7. Свойства компонентов мелкодисперсных шламов

1.8. Постановка задачи исследования.

2.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ

ПРОЦЕССОВ РАЗДЕЛЕНИЯ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ ШЛАМОВ.

2.1. Технический анализ образцов материала

2.2. Разработка экспериментальной установки.

2.3. Методика исследований

2.4. Результаты исследований и их анализ.

2.5. Выводы по главе.

3.МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ И

АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ РАЗДЕЛЕНИЯ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ ШЛАМОВ.

3.1. Математическая модель тепловых процессов в камере

разделения мелкодисперсных шламов.

3.2. Математическая модель аэродинамических процессов в камере

разделения мелкодисперсных шламов.

3.3. Исследование траекторий движения частиц шлама.

3.4. Основные расчетные зависимости.

3.5. Выводы по главе.

4.РАЗРАБОТКА ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ

РАЗДЕЛЕНИЯ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ ШЛАМОВ.

4.1. Проект опытно-промышленной установки

4.2. Разработка инженерной методики расчета разделительной камеры.

4.3. Балансовый расчет установки для переработки мелкодисперсных шламов.

4.4. Выводы по главе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование тепломассообмена при разделении мелкодисперсных шламов и разработка установки для его переработки»

На металлургических предприятиях образуется большой объем сточных вод разнообразных по составу и концентрации загрязнений, в том числе содержащих масло и окалину. Наибольшее количество сточных вод этого типа образуется в прокатном производстве. Обработка их в системах водоочистки приводит к образованию другого вида отходов - окалиномаслосодержагцих мелкодисперсных шламов.

Удельный выход мелкодисперсных шламов цехов прокатного производства в России составляет около 0.2% на тонну металла [1]. В обзоре международного института чугуна и стали [2] отмечено, что в среднем в мире на долю мелкодисперсных шламов с повышенным содержанием масла приходится 0.5%, т.е. 5 кг/т проката. Степень утилизации мелкодисперсных шламов в условиях отечественного производства не превышает 75% [3]. Полное разделение таких шламов на отдельные компоненты по существующим технологиям возможно только с применением растворителей или моющих средств. На практике для выделения масел из мелкодисперсных шламов применяются традиционные механические методы, позволяющие извлекать масло лишь частично, до определенного значения концентрации. Оставшиеся после обработки, сгущенные мелкодисперсные шламы используются в агломерации с потерей неизвлеченных масел.

Актуальной проблемой является разработка безотходной технологии полного разделения компонентов мелкодисперсного шлама, основанной на использовании вторичных тепловых ресурсов металлургического предприятия и не требующей применения химических реагентов.

Целью данной работы является исследование тепломассообмена мелкодисперсных шламов в струе водяного пара и разработка опытно-промышленной установки для переработки мелкодисперсных шламов с получением товарных продуктов. 5

Работа выполнена на основе комплексных лабораторных и теоретических исследований с использованием результатов математического моделирования.

Заключение диссертации по теме «Промышленная теплоэнергетика», Петрова, Галина Михайловна

Заключение

1. Проанализированы преимущества и недостатки существующих способов переработки мелкодисперсного шлама, содержащего окалину и отработанные масла. Определены основные задачи, требующие решения при создании нового способа разделения шлама:

- полное разделение компонентов;

- получение окалины в виде пригодном для дальнейшего применения;

- использование ресурсов металлургического предприятия;

- отсутствие образования новых форм отходов.

2. Проведен комплекс экспериментальных исследований тепломассообмена замасленной окалины с перегретым водяным паром. В результате экспериментов:

- определена граничная величина концентрации масла, разделяющая жидкое и структурированное состояние образующейся гранулы;

- получена функциональная зависимость степени выкипания масел от температуры газа;

- получены критериальные уравнения для определения коэффициентов теплоотдачи на стадиях прогрева и кипения, а также для вычисления продолжительности этих стадий;

- определена максимально допустимая концентрация масла в окалине, при которой возможно разделить компоненты способом распылительной сушки при ограниченной температуре сушильного агента.

3. Разработана математическая модель тепломассообмена частицы замасленной окалины при движении в свободной струе горячего газа. На основе реализации математической модели на ЭВМ определен способ

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Петрова, Галина Михайловна, 2000 год

1. Кравченко В.М., Лащев В.Я., Горбунова A.A. Использование железосодержащих шламов черной металлургии // Черная металлургия: Бюл. НТИ. 1990. Вып. 2. С. 1-18.

2. IISI survey of ferruginous iron and steelmaking by-products (Обзор IISI no железосодержащим отходам черной металлургии). //Steel Times. 1994. 22, №11. С.431-432.

3. Уткин Ю.В. Вторичные ресурсы важный резерв черной металлургии. //Сталь. 1994. №3. С. 1-6.

4. Опыт эксплуатации систем оборотного водоснабжения непрерывных станов 2000 горячей прокатки. Г.С.Пантелят, С.Е.Никулин, А.Н.Царенко, Н.А.Кулишенко. //Черная металлургия: Бюл. НТИ. 1989. Вып. 12. С.67-69.

5. Борисов В.М., Яценко-Жук А.Д., Матюх И.Я. Перспективы использования дисперсных отходов прокатного производства в черной металлургии. //Черная металлургия: Бюл. НТИ. 1981. Вып.21. С.45-59.

6. Теплофизические свойства топлив и шихтовых материалов черной металлургии. Справочник. Бабошин В.М., Кривчевцов Е.А., Абзалов В.М., Щелоков Я.М. М.: Металлургия, 1982. 152 с.

7. Пушкарев В.В., Южанинов А.Г., Мэн С.К. Очистка маслосодержащих сточных вод. М.: Металлургия, 1980. 200 с.

8. Утилизация водомаслоокалиносодержащих шламов / П.А.Смирнов, А.А.Буяров, Н.А.Архипов, Н.Д.Егоров //Черная металлургия: Бюл. НТИ. 1985. Вып. 21. С. 62-64.

9. Грудев А.П., Зильберг Ю.В., Тилик В.Т. Трение и смазки при обработке металлов давлением. М.: Металлургия, 1982. 312 с.

10. Белосевич В.К., Нетесов Н.П., Мелешко В.И., Адамский С.Д. Эмульсии и смазки при холодной прокатке. М.: Металлургия, 1976. 416 с.

11. Кривоносов И.В. Утилизация замасленной прокатной окалины в агломерационном производстве. //Черная металлургия: Бюл. НТИ.1985. Вып. 15. С. 38-39.

12. Вахлер Б.Г. Водоснабжение и водоотделение на металлургических предприятиях. Справочник. М.: Металлургия, 1977. 201 с.

13. Физико-химические свойства осадков окалино-маслосодержащих сточных вод / Ю.А.Галкин, Г.С.Пантелят, Л.Г.Галый, В.Г.Березюк // Металлургическая и горнорудная промышленность. 1993. №2. С. 7375.

14. Производство агломерата и окатышей. Справочник. С.В.Базилевич, А.Г.Астахов, Г.М.Майзель и др. М.: Металлургия, 1984. 216 с.

15. Некоторые особенности процесса агломерации при использовании в шихте окалины прокатного производства /Ю.Г.Ефименко, Е.И.Лещинская, И.М.Сальников и др. //Известия вузов. Черная металлургия. 1986. №4. С.21-42.

16. Чередниченко Г.И., Фройштетер Г.Б., Ступак П.М. Физико-химические и теплофизические свойства смазочных материалов. Д.: Химия, 1986. 224 с.

17. Клозе Р., Уппхоф Р., Кучера И. Очистка маслосодержащей прокатной окалины способом мокрой механической промывки. //Черные металлы. 1994. №2. С.44-48.

18. ЛотошВ.Е. Особенности структурообразования в загрязненном маслами шламе прокатной окалины с минеральными вяжущими.// Металлы. Рос. АН. 1994. №5. С. 32-35.

19. A.c. 1407979(СССР). Шихта для утилизации замасленной окалины при агломерации /А.А.Готовцев, Ю.Г.Ефименко, А.В.Кабанов и др.//Открытия. Изобретения. 1988. Бюл.№25.

20. Получение железного порошка из железорудного концентрата/ П.К.Саворский, Б.П.Хливенко, Е.А.Крашенинников и др.// Сталь. 1991. №7. С.74-76.

21. Григорьев С.М. Углетермическое восстановление оксидных отходов производства быстрорежущей стали. //Известия вузов. Черная металлургия. 1996. №6. С.24-27.

22. Бобошко B.C., Студинский Ю.А., Нотыч А.Г. Влияние технологии переплава замасленной стружки в электропечах на характеристики выбросов.//Сталь. 1991. №7. С.85-87.

23. Umwoltgerechte ver wertungs möglichkeit ölkontaminierter Entfallstoffe (Допустимые законом возможности санирования загрязненных маслом отходов). / Krüger W., Kalinovski W., Letzel D., Hunger J. // Chem. Techn. 1993. 45, №5. C.404-407.

24. Лотош B.E. Галкин Ю.А. Совершенствование технологии утилизации окалиномаслосодержащие осадков сточных вод машиностроительных предприятий. // Сталь. 1994. №8. С.65-67.

25. Безотходная термическая переработка водомаслоокалиносодержащих отходов/ В.П.Ульянов, Н.И.Жилина, В.Ф.Ковтун, Л.Д.Болотова // Сталь. 1989. №12. С.88-92.

26. Термическая переработка маслоокалиносодержащих отходов прокатного производства с получением товарных продуктов / В.П.Ульянов, В.Я.Дмитриев, В.Д.Поминов и др. //Черная металлургия: Бюл. НТИ. 1989. Вып. 5. С. 71-72.

27. А.с.1772558(СССР). Шахтная печь для термообработки безобжиговых окатышей /А.В.Печерский, В.Е.Лотош, Ю.А.Галкин и др.// Открытия. Изобретения. 1992. №40.

28. Патент 5100560 (США) Apparatus and method for supercritical water oxidation. (Метод и аппарат для мокрого окисления примесей в сточных водах в сверхкритических условиях). /Huang С.-Y. 1992.

29. К расчету критических параметров нефтепродуктов / Н.П. Жуков, В.И.Выченок, И.А.Черепенников, С.Н. Кузьмин // Химия и технология топлив и масел. 1994. №4. С. 29-32.

30. Дадашев М.Н., Абдулагаров И.М. Сверхкритическая экстракция в процессах добычи и переработки нефти, газа и каменного угля. //Химия и технология топлив и масел. 1993. №5. С.34.

31. Brunner G. Ein Multitalent gegen Schlamm und Abwasser (Универсальный метод обезвреживания осадка сточных вод).// Chem. Ind. 1993. 116, №9. С. 34,36-37.

32. А.с.778739(СССР). Способ разделения побочных продуктов и отходов металлургической промышленности /П.А.Смирнов, А.А.Буяров, В.А.Федулов и др. //Открытия. Изобретения. 1980. №42.

33. Остановка для разделения водомаслоокалиносодержащих шламов/ П.А.Смирнов, А.А.Буяров, Н.А.Архипов и др. //Черная металлургия: Бюл. НТИ. 1987. Вып. 17. С. 62-63.

34. А.с.1 143431(СССР). Способ разделения побочных продуктов и отходов металлургической промышленности /П.А.Смирнов, А.А.Буяров, В.А.Федулов и др.//Открытия. Изобретения. 1985. №9.

35. А.с.1263270(СССР). Способ разделения побочных продуктов и отходов металлургической промышленности /П.А.Смирнов, А.А.Буяров, Н.Д.Егоров и др. // Открытия. Изобретения. 1986. №38.

36. А.с.1318547(СССР). Установка для обработки сточных вод металлургической промышленности / А.А.Буяров, Н.Д.Егоров, П.А.Смирнов, В.П.Ваганов. // Открытия. Изобретения. 1987. №23.

37. А.с.1604752(СССР). Установка для разделения маслосодержагцих отходов металлургической промышленности /Н.Д.Егоров, А.А.Буяров, П.А.Смирнов, Н.А.Архипов //Открытия. Изобретения. 1990. №41.

38. A.c. 1673520(СССР). Установка для разделения маслосодержащих отходов в металлургической промышленности / А.А.Буяров,

39. Н.Д.Егоров, В.А.Дашковский, П.В.Мельников // Открытия. Изобретения. 1991. Бюл. N32.

40. Сергиенко С.Р., Таимова Б.А., Талалаев Е.И. Высокомолекулярные неуглеводородные соединения нефти. Смолы и асфальтены. М.: Наука, 1979.269 с.

41. A.c. 1801136(СССР). Способ разделения побочных продуктов и отходов металлургической промышленности и устройство для его осуществления /В.Я.Тишков, Э.Р.Новацкий, В.П.Кольцов и др.// Открытия. Изобретения. 1993. №9.

42. Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. M.: Химия, 1981. 812 с.

43. Справочник по теплообменникам. / Под ред. О.Г.Мартыненко. М.: Энергоатомиздат, 1987. Т.2.352 с.

44. Чечеткин A.B. Высокотемпературные теплоносители. М.: Энергия, 1971. 499 с.

45. А.с.1351888(СССР). Способ обезвоживания и очистки метал-лосодержащих шламов /С.Г.Кузнецов, A.M.Ворохов, В.С.Бродский, В.И.Ивахно. // Открытия. Изобретения. 1987. №42.

46. Коваленко В.П. Ильинский A.A. Основы техники очистки жидкостей от механических загрязнений. М.: Химия, 1982. 272 с.

47. Установка для утилизации окалиномаслосодержащих осадков сточных вод трубопрокатных цехов/ Ю.А.Еалкин, В.И.Аксенов, А.А.Чесноков и др. // Сталь. 1985. №10. С.91-93.

48. Патент 5125966 (США) Process for de oiling mill sludge. (Способ удаления масел из осадка). /Siefert K.S., Blake N.R. 1992.

49. Hones G.R. The B.E.S.T. Solvent extraction process treatment of soil, sediment, and sludges (Экстракционная технология очистки осадков, масляных отходов и шламов от органических загрязнений).// Environ, progr. 1992. 11, №3. С. 223-227.

50. Titus D. То dispose of oily sludge: divide and conquer. (Способ очистки осадка сточных вод, содержащих отходы нефтеперерабатывающих заводов).// Chem. Eng. (США). 1993. Spec.Suppl."Environ Eng." C.27.

51. Патент 2028174 (Россия) Способ разделения замасленных отходов металлургической промышленности / А.В.Березников, А.А.Вихорев, А.Н.Мартынова/Юткрытия. Изобретения. 1995. Бюл.№4

52. Система работы по охране окружающей Среды на Череповецком металлургическом комбинате/ Н.А.Архипов, Т.М.Давыдова, Н.А.Маракуева, Н.Н.Карышева. //Сталь. 1995. №7. С.77-79.

53. Барсукова Н.В., Денисов A.A. Обезвреживание водомасляных шламов //Химия и технология топлив и масел. 1996. №1. С.4.

54. Улучшение качества прокатываемого металла на станах холодной пркатки/ В.Н.Солоник, В.Н.Паршинов, В.И.Куликов и др. //Черная металлургия: Бюл. НТИ. 1989. Вып. 4. С. 71-72.

55. Кржижановский P.E., Штерн З.Ю. Теплофизические свойства неметаллический материалов. JI.: Энергия, 1973. 336 с.

56. Александров И.А. Перегонка и ректификация в нефтепереработке. М.: Химия, 1981. 352 с.

57. Синицын H. Н., Петрова Г. М. Опытно-промышленная установка для очистки грунтов от нефтепродуктов. // Международная научно-техническая конференция «Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства»: Череповец ЧТУ, 1998. С. 150-151.

58. Синицын H. Н., Петрова T. М., Шестаков Н. И.: Математическое моделирование температурного поля окалиномаслосодержащего шлама // II Международная научно-техническая конференция

59. Повышение эффективности теплообменных процессов и систем»., часть 1: Вологда ВГТУ, 2000. С. 83-85.

60. Гилязетдинов Л.П. Расчет молекулярной массы фракций углеводородного сырья. //Химия и технология топлив и масел. 1992. №9. С.27-28.

61. Теплофизические свойства технически важных газов при высоких температурах и давлениях. Зубарев В.Н., Козлов А.Д., Кузнецов В.М. и др. М.: Энергоатомиздат, 1989. 232 с.

62. Викторов М.М. Методы вычисления физико-химических величин и прикладные расчеты. Л.: Химия, 1977. 360 с.

63. Рид Р., Праусниц Д., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. Л.: Химия, 1982. 592 с.

64. Кузнецов A.A., Судаков E.H. Расчеты основных процессов и аппаратов переработки углеводородных газов. М.: Химия, 1983. 224 с.

65. Папок К.К., Рагозин H.A. Словарь по топливам, маслам, смазкам, присадкам и специальным жидкостям. М.: Химия, 1975. 311 с.

66. Чернышев А.К., Поплавский К.Л., Заичко Н.Д. Сборник номограмм для химико-технологических расчетов. Л.: Химия, 1969. 279 с.

67. Кришер О. Научные основы техники сушки. М.: Издатинлит, 1961. 539 с.

68. Муштаев В.И., Ульянов В.М. Сушка дисперсных материалов. М.: Химия, 1988. 352 с.

69. Эмульсии. /Под ред. А.А.Абрамсона. Л.: Химия, 1972. 449 с.

70. Структурно групповой состав и особенности молекулярного строения полупродуктов производства масел/ Миндияров Х.Г., Каракуц В.Н., Теляшев Г.Г. и др. //Химия и технология топлив и масел. 1994. №11-12. С.65.

71. Белянин Б.В., Эрих В.Н. Технический анализ нефтепродуктов и газа. Л.: Химия, 1975. 336 с.

72. Вексельман Д.Г., Ильченко А.И. Установки с высокотемпературными теплоносителями. Киев: Технка, 1969. 149 с.

73. Ривкин С.Л., Александров A.A. Термодинамические свойства воды и водяного пара. М.: Энергоатомиздат, 1984. 80 с.

74. Кулагин Н.В., Морошкин М.Я. Форсунки для распыливания тяжелых топлив. М.: Машиностроение, 1973. 200 с.

75. НиконоваЕ.Л., ТопоеваО.В. Параметры распыления вскипающего двухкомпонентного потока. //Тепловые процессы в технологических системах: Всероссийский сборник научных трудов. Череповец: ЧГИИ, 1995. Вып. 1 С. 88-91.

76. Вскипающие адиабатные потоки./ В.А.Зысин, Г.А.Баранов, В.А.Барилович, Т.Н.Парфенова. М.: Атомиздат, 1976. 152 с.

77. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент: Справочник /Под общ. ред. В.А.Григорьева, В.М.Зорина. М.: Энергоатомиздат, 1988. 560 с.

78. Нигматулин Р.И. Основы механики гетерогенных сред. М.: Наука, 1978. 336 с.

79. Дейч М.Е. Техническая газодинамика. М.: Энергия, 1974.

80. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1970. 456 с.

81. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. М.: Энергоатомиздат, 1990. 367 с.

82. Муштаев В.И., Ульянов В.М. Сушка дисперсных материалов. М.: Химия, 1988. 352 с.

83. Митропольский А.К. Техника статистических вычислений. М.: Наука, 1971. 576 с.

84. Основы теории горения./ Под ред. В.В.Померанцева. Л.: Энергия, 1973. 264 с.

85. Романков П.Г., Фролов В.Ф. Массообменные процессы химической технологии. Л.: Химия, 1990. 384 с.

86. Брандт. 3. Статистические методы анализа наблюдений. М.: Мир, 1975. 312 с.

87. Архипов H.A., Топоева О.В., Синицын H.H. Тепломассообмен частицы маслошламосодержагцей смеси в неизотермичном газовом потоке //Тепловые процессы в технологических системах: Всероссийский сборник научных трудов. Череповец: ЧГИИ, 1996. Вып. 3. с.63-66.

88. Муштаев В.И., Ульянов В.М., Тимонин A.C. Сушка в условиях пневмотранспорта. М.: Химия, 1984. 232 с.

89. Рудобашта С.П. Массоперенос в системах с твердой фазой. М.: Химия, 1980. 248 с.

90. Фролов В.Ф. Моделирование сушки дисперсных материалов. Л.: Химия, 1987. 208 с.

91. Кулагин Л.В., Морошкин М.Я. Форсунки для распыливания тяжелых топлив. М.: Машиностроение, 1973. 200 с.

92. Сушильные аппараты и установки: Каталог. М.: Цинтихимнефтемаш, 1988. 72 с.

93. Теория турбулентных струй. / Г.Н.Абрамович, Т.А.Гиршович, С.Ю.Крашенинников и др. М., Наука, 1984. 720 с.

94. СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙа коэффициент теплоотдачи,1. Вт/(м -К);т время, с;8 диаметр частицы шлама, м;

95. С, коэффициент аэродинамического сопротивления;- безразмерная координата фронта испарения;2

96. Прил. 1-1 Истинная теплоемкость оксидов железа по данным табл. 1.51. О 200 400 600 800 1000т,°с

97. Прил. 1-Ш Плотность фракций нефти при нормальных условиях в зависимости от температуры кипения 56.1. ГО 900 ти X 880 а.860 840 -820 -800 780760740 1. О 100 200 300 400 500 600т °г

98. Прил. 1-1У Изменение плотности минеральных масел с температурой по формуле (1.3).5 9001. О.8007507006506005505001. Ч V ч ч \ 1. V ' \ ч \ ч Ч \ \ ч 44444 Ч ч N \1. V Чч Ч- ч ч ч N.

99. Плотность при 20° С . 800 кг/м3----850 кг/м-900 кг/м3100 200 300 400500

100. Прил. 1-У Молекулярная масса нефтяных фракций в зависимости от температуры кипения при нормальных условиях (по формуле Воинова1.4))150 250 350 450 5501. Ткип, 0 С

101. Прил. 1-У1 Зависимость теплоемкости масел от температуры по формуле(1.9)а