Разработка метода расчета процессов сушки растворов и суспензий на инертном носителе с использованием эксергетического анализа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.08, кандидат технических наук Мухамеджанова, Виктория Азадовна

• Мухамеджанова, Виктория Азадовна
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мухамеджанова, Виктория Азадовна

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДУЕМОГО ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИСЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Аппаратурное оформление процессов сушки растворов и суспензий во взвешенном слое инертного материала.

1.2. Методы расчета процессов сушки в слое инертного материала

1.3. Экологический и энергетический аспекты работы сушильных установок со взвешенным слоем инертного материала.

1.4. Реализация процессов сушки, грануляции и сепарации дисперсных материалов в аппаратах ВЗП.

1.5. Цель и задача исследования.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

2.1. Математическая модель процесса сушки на инертных телах в псевдоожиженном слое.

2.2. Алгоритм расчета эксергетических показателей эффективности работы сушильной установки.

2.3. Математическая модель и численный алгоритм расчета эффективности пылеуловителей ВЗП.

2.4. Оценка доли непылящей фракции в высушенном продукте после его обработки в аппарате ВЗП.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

3.1. Исследование гидродинамики аппаратов со взвешенным слоем инертного материала.

3.2. Численное моделирование процесса сушки растворов и суспензий на инертном носителе.

3.3. Исследование возможности получения непылящих форм красителей в аппарате ВЗП.

3.4. Оценка экологической чистоты сушильной установки со взвешенным слоем инертного материала.

ГЛАВА 4. ИНЖЕНЕРНЫЕ ПРИЛОЖЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ПРОВЕ ДЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1. Инженерная методика расчета сушильной установки со взвешенным слоем инертного материала.

4.2. Сопоставительный анализ эксергетических показателей работы типовых промышленных сушильных установок для красителей.

4.3. Мероприятия, способствующие повышению экологической чистоты сушильных установок со взвешенным слоем инертного материала.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка метода расчета процессов сушки растворов и суспензий на инертном носителе с использованием эксергетического анализа»

В настоящее время разработано значительное число сушильных установок, в которых процесс сушки растворов и суспензий осуществляется в кипящем слое инертного материала. В промышленных масштабах этот способ оказался эффективным в анилинокрасочной и лакокрасочной промышленности, где он успешно используется для сушки красителей и пигментов. Разработан типовой ряд сушильных установок указанного типа (СИН) производительностью до 300 кг/час по испареннной влаге, объем сушильной камеры в которых достигает 6 м3.

Однако, не смотря на широкое распространение установок со взвешенным слоем инертного материала и большой практический опыт их эксплуатации, они не лишены недостатков. Наиболее существенными из них являются их значительная энергоемкость и экологическое несовершенство. Указанные недостатки обусловлены прежде всего отсутствием объективных показателей, характеризующих необходимость и целесообразность произведенных энергозатрат, а также несовершенством работы используемых сепарационных устройств, предназначенных для выделения готового продукта из отработанного сушильного агента. Эти недостатки становятся все более значимыми в условиях возрастающего дефицита и удорожания энергоресурсов, а также все более жестких требований к экологической чистоте производственных установок.

Снижение энергоемкости сушильных установок и улучшение их экологических показателей работы возможно путем выбора параметров (как технологических, так и конструктивных) на основе объективного показателя, учитывающего все реально произведенные энергетические затраты в любой форме. Этой же цели способствует и модификация технологической схемы установки путем совмещения ряда технологических операций (сушка-улавливание готового дисперсного продукта, сушка-гранулирование-сепарация) в одном аппарате. Указанные мероприятия могут быть разработаны на основе эксергетического метода термодинамического анализа и использования многофункциональных аппаратов ВЗП с активной гидродинамикой. В настоящее время такой подход оказался весьма продуктивным при реализации ряда тепломассообменных и гидродинамических процессов.

Стадия сушки является, как правило, завершающей технологической операцией, во многом определяющей качество готового продукта. Поэтому исследования, направленные на разработку мероприятий по снижению энергоемкости сушильных установок и повышению их экологической чистоты являются актуальными.

Цель данной работы заключалась в разработке на основе эксергетического анализа инженерного метода расчета процесса сушки суспензий и растворов во взвешенном слое инертного материала и выборе рациональной схемы и аппаратурного оформления этого процесса, обеспечивающего высокую производительность и экологическую чистоту сушильной установки.

В первой главе анализируются результаты исследований по тематике работы, опубликованные в научной литературе. На этой основе формулируются вопросы, решение которых связано с достижением поставленной цели.

Во второй главе приводятся результаты теоретических исследований по теме диссертационной работы.

Процесс сушки суспензий и растворов во взвешенном слое инертного материала в соответствии с его физической сущностью моделируется в виде двух последовательно протекающих стадий, а именно: сушки пленки суспензии или раствора на поверхности инертного материала и последующего дробления высохшей пленки на отдельные фрагменты и их измельчения в процессе соударения с инертными телами.

В основу математической модели процесса сушки пленки суспензии или раствора на инертных телах положен хорошо подтверждаемый результатами промышленной эксплуатации подобных сушилок факт протекания сушки такой пленки в периоде постоянной скорости.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований, целью которых являлась проверка адекватности предложенных математических моделей реальному объекту и определение параметров этих моделей, необходимых для практического применения разработанных методик и алгоритмов. Частично указанные исследования являлись численными, а в значительной части результатами обработки статистических данных, полученных в процессе обследования работы промышленного оборудования.

Четвертая глава посвящена разработке практических рекомендаций, направленных на повышение эффективности работы сушильных установок со взвешенным слоем инертного материала. Основой для этих рекомендаций служили, в первую очередь, результаты эксергетического анализа эффективности работы типовых промышленных установок этого типа.

Заключение диссертации по теме «Процессы и аппараты химической технологии», Мухамеджанова, Виктория Азадовна

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ • Разработаны математическая модель и алгоритм расчета процесса сушки растворов и суспензий во взвешенном слое инертного материала. Процедура расчета предусматривает разделение технологического процесса на три самостоятельные стадии1 сушку пленки раствора на инертном носителе, раскол пленки вследствии термического удара и измельчение образовавшихся осколков пленки, досушку фрагментов пленки до требуемой влажности. Для описания кинетики проходящих в сушилке процессов используется обобщенное уравнение тепломассопередачи.

2 • Предложена стохастическая двухпараметрическая модель процесса сепарации твердой фазы из закрученного газового потока. Указанная модель положена в основу численного алгоритма расчета эффективности работы аппарата ВЗП, выполняющего роль досушивателя и сепаратора готового продукта из газового потока. Разработанный алгоритм доведен до готового программного продукта в алгоритмической среде Delphi.

3 * Получены необходимые расчетные соотношения для оценки кинетических коэффициентов и параметров, входящих в разработанные математические модели процессов сушки, измельчения, сепарации и агломерации.

4 • Систематизированы и обобщены результаты обследования работы промышленных сушильных установок со взвешенным слоем инертного материала в анилинокрасочной и лакокрасочной промышленности на основе эксергетических характеристик этих установок. Показана перспективность и целесообразность применения эксергетического анализа при оценке эффективности работы сушильных установок

5 • Установлена возможность и целесообразность проведения досушки дисперсных красителей с влажностью 5—7% в аппарате ВЗП, что обеспечивает частичную их агломерацию и сепарацию из газового потока.

6 • Разработана технологическая схема и аппаратурное оформление процесса сушки растворов и суспензий красителей на основе сушилки с фонтанирующим слоем инертного материала и аппарата ВЗП. Определены необходимые конструктивные и технологические параметры такой установки производительностью 300 кг/час по испаренной влаге. Предложена инженерная методика расчета сушильной установки для растворов и суспензий, включающая в себя эксергетический анализ работы как её отдельных узлов, так и всей установки в целом. Результатами расчета являются интегральные показатели, учитывающие удельные эксергетические затраты на получение единицы готового продукта требуемого качества. Составной частью методики являются расчеты технологических параметров процесса по предложенным кинетическим уравнениям протекающих в установках процессов. Основные результаты работы нашли своё отражение в конструкторских и технологических разработках, рекомендованных к использованию на ряде предприятий (НИИХИММАШ, НИОПиК, НПО "Корона-Лак").

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мухамеджанова, Виктория Азадовна, 1998 год

1.Г., Пинский М.Е. Разработка экологически чистого и эффективного оборудования для обработки выбросов отделочных производств. В книге : Энергосбережение и экология в текстильной промышленности. - М. МГТА, 1994 г.

2. Алханашвили И.Г. Исследования по сушильным и термическим процессам. Минск- Наука и техника, 1968 г. З-Аэров М.Э., Тодес О.М. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем. JI.: Химия, 1968 г., 512 с.

3. Айнштейн В.Г., Баскаков А.П. и др. Псевдоожижение. М. Химия, 1991 г., 400 с.

4. Баскаков А.П., Лукачевский Б.П. и др. Расчеты аппаратов кипящего слоя. Л. Химия, 1986 г., 352 с.

5. Буяров А.И. Выбор гидродинамических режимов для сушки дисперсных материалов во взвешенных закрученных потоках. //Автореферат дисс. канд. техн. наук. М, 1982 г., 23 с.

6. М.: Энергия, 1973 г. 1 *-Бродянский В.М., В. Фратшер, К. Михалек. Эксергетический метод и его приложения. М.: Энергоатомиздат, 1988 г.

7. Бродянский В.М. Термодинамический анализ процессов сжижения газов. //И.Ф.Ж., 1963 г., № 7, с. 36-42.

8. Булеков А.П., Круглов К.В. Оценка экологической чистоты реактора кипящего слоя. Сборник: Энергосбережения и экология в текстильной промышленности. М., 1994 г.

9. Власенко С.А., Данилов O.JI. и другие. Интенсивное энергосбережение при сушке обработанной древесины. В книге : Интенсивное энергосбережение в промышленной теплотехнологии. М., МЭИ, 1991 г., с. 71-74.

10. Гельперин Н.И., Босоргин Б.Н., Звездин Ю.Г. Распыление жидкости механическими форсунками. //ТОХТ, т.8, № 3, 1974 г.

11. Гельперин Н.И., Айнштейн В.Г., Кваша В.Б. Основы техники псевдоожижения. М.: Химия, 1967 г., 664 с.23.гришаев И.Г., П.В. Классен, Цетович А.Н. Особенности гранулирования минеральных удобрений методом окатывания. //ТОХТ, т. Х1,№ 35 1977 г.

12. Гудим И.Л., Гудим Л.И., Сажин Б.С. Уровень центробежной очистки газа от пыли циклонами и вихревыми пылеуловителями. В сб. МКХТ-97, М., 1997 г., вып. 2.

13. Гудим Л.И., Журавлёва Т.Ю., Марков В.В. // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1985 г., № 1, с. 117-119.

14. Еникеев И.Х., Кузнецова О.Ф., Полянский В.А. Математическое моделирование двухфазных закрученных потоков модифицированным методом крупных частиц. //Ж. Высшая матем. и матем. физика., 1988 г., т. 28, №9.

15. Ефремов Г.И., Сажин Б.С. Обобщенное уравнение кинетики сушки в вероятностных координатах- Н сб. ПАХТ-96, М., 1996 г.

16. Ефремов Г.И., Сажин Б.С., Мухамеджанова В.А. //Материалы международной конференции "Математические методы в химии и химической технологии", Новомосковск, 1977 г., т.1, с. 33.

17. Ефремов Г.И., Еренков О.В. Интенсификация процесса сушки сопловым обдувом. Сборник МКХТ-96, М., 1996 г.

18. Ишкин И.П., Бродянский В.М. Термодинамический анализ низкотемпературных процессов. Уж.Т.Ф., 1952 г., т. 22, с. 1733-1790.

19. Капустин В.П., Авдюнин Е.Г. комплексное исследование использования теплоты паровоздушных выбросов отделочных производств текстильных предприятий. ^Промышленная энергетика, № 6, 1992 г.

20. Коротич В.И. Теоретические основы окомкования железорудных материалов. М., Металлургия, 1996 г.

21. Костенко Г.Н. Термодинамически объективная оценка эффективности тепловых процессов. //Промышленная теплотехника. 1983 г., т. 5, № 4.

22. Коузов П.А., Скрябин Л.Я. Методы определения физико-химических свойств промышленных пылей. Л.: Химия, 1987 г., 264 с. -Ковалевский А.П., Хорошая Э.И. //Тр. ВНИЭКИПпродмаш М.: ГК СМ СССР по автоматиз. и машиностр., вып.56, 1981 г.

23. Круковский О.Н., Рашковская Н.Б. ^Тепломассообмен 7, Мат - 7. Всесоюзн. конф. по тепломассообмену. Минск- АН БСССР, 1984 г., т. 8,ч.2

24. Куцакова В.Е., Уткин Ю.В. //ТОХТ, 1984 г., т. 18, № 3

25. Кутепов Л.М., Непомнящий Е.А. Центробежная сепарация газожидкостных смесей как случайный процесс. //ТОХТ, 1973 г., № 8, с. 892-896.

26. Кутепов A.M., Непомнящий Е.А. Результаты расчета и закономерности уноса твердой фазы из гидроциклона. // ТОХТ, т. 10, № 3,1976 г.

27. Кутателадзе С.С., Боришанский В.М. Справочник по теплопередаче. М-Л, Госэнергоиздат, 1959г.

28. Лейтес И.Л., Соснина М.Х., Семёнов В Л Теория и практика химической энерготехнологии. М.: Химия, 1988 г., 238 с.

29. Лебедев В.Н. Введение в систему программирования. М, Статистика-* 1975.

30. Лисай В.Е., Костицин Б.А., Уразовская В.Н. Интенсификация процесса сушки активных красителей в аппаратах с кипящим слоем инертного зернистного материала. //В кн.: Процессы химической технологии. М.: Наука, 1965 г.

31. Лыков А.В. Тепломассобмен. Справочник. М., Энергия., 1978 г.

32. Матчо Д., Фолкнер Д. Delphi. Биком, 1995 г.

33. Непомнящий Е.А. Кинетика некоторых процессов переработки дисперсных материалов. Н ТОХТ, т. № 1973 г.-Непомнящий Е.А. Кинетика измельчения. //ТОХТ, т. Х!,№3, 1977 г.

34. Непомнящий Е.А. Н ТОХТ, т. № 5, 1973 г.5 5.Никитина Л.И. Таблица равновесного удельного влагосодержания и энергии связи влаги с материалом. М.: Госэнергоиздат, 1963 г., с. 175.

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

36. Сажин Б.С., Булеков А.П. Эксергетический метод в химической технологии. М.: Химия, 1992 г.

37. Сажин Б.С., Гудим Л.И. //Химическая промышленность. 1985 г., № 8.

38. Сажин Б.С., Ефремов Г.И. //Материалы международной конференции МКХТ, М., 1996 г., с. 290.

39. Сажин Б.С., Сажин В.Б. Научные основы техники сушки. М: Наука, 1977 г.

40. Сажин Б.С, Булеков А.П. Эксергетический аспект расчета тепломассообменных процессов отделочного производства. Сборник МКХТ-97, М 1997 г.

41. Сажин Б.С., Авдюнин Е.Г. Математическое моделирование взаимодействия струй с проницаемыми поверхностями. Текстильная химия. № 1 (5), 1994.

42. Самсонов В.Т.//Научные труды институтов охраны труда ВЦСПС. М.:Профиздат., 1964 г., выпуск 4 (30), с. 27-37.

43. Сажин Б.С., Авдюнин Е.Г., Латкин А.С., Сансызбаев К.К. Математическая модель процесса адсорбции углеводородных соединений на поверхности дисперсных частиц в вихревых аппаратах. ^Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 1993 г., № 6.

44. Сансызбаев К.К., Сажин Б.С., Булеков А.П. Моделирование процесса разделения частиц в закрученных потоках. //Материалы международной Н-Т- конференции "Проблемы и перспективы развития науки и техники Казахстана" Актау, 1966 г.

45. Семенов В.П., Сосна М.Х., Лейтес И.Л. Применение эксергетического метода для анализа производства аммиака. Н ТОХТ, т.11, № 2, 1977 г.

46. Сергеев Г.Т. Тепло и массообмен при испарении жидкости в вынужденный поток газа. //И.Ф.Ж. 4, № 2, 1961 г.

47. Серов Е.Ю., Чумаков А.Г. //Сборник научных трудов ИТФ. Новосибирск, 1989 г., с. 229-233.

48. Серов Е.Ю. Повышение эффективности системы обеспылевания воздуха в производстве льняного волокна. Кандидатская диссертация М., МТИ, 1988 г., с. 240.

49. Смагин В.В. К вопросу об испарении с поверхности капиллярно-пористого тела при интенсивных режимах. Труды МЭИ, вып. 560, 1982 г.

50. Трошин П.В., Федотов М.П. Использование вторичных энергетических ресурсов в текстильной промышленности. М., Ростехиздат, 1960 г.•Успенский В. А., Кисилев В .М. Газодинамический расчет ревого аппарата. //ТОХТ, т. 8, № 3, 1974 г.

51. Филоненко Г.К., Лебедев П. Д. Сушильные установки. М.: Госэнергоиздат, 1952 г., с. 264.

52. Хан Г., Шапиро С. Статистические модели в инженерных задачах. М., Мир, 1969 г.

53. Харкевич А.А. Рассуждения о КПД. //Вестник АН СССР, 1965 г., № 6.•Чернышев В.В., Корнеев Г.Л., Горячев В.Д. Повышение эффективноститеплоэнергетических установок- г. Калинин, 1987 г.

54. ЩурГальский Э.Ф., Коленков В.Л., Еникеев И.Х. Исследование и методика расчета аппаратов с вихревыми закрученными потоками. //Материалы Всесоюзной Н-Т- семинара "Перспективы разработки и освоения сухих пылеуловителей" М.,1986 г.

55. Bacher H.D.// BWK, 1968, Bd.20, № 5

56. Bulekov A.P.,Efremov G.I. Stochastik model of process of centrifugelseparation.//ECCE1, Florince, v 3., 1997.

57. Ciliberti D, Lancaster В /Chem. Eng. Sci., 1976, v22, № 6.

58. Delebarre A, Letizia L, Ocone R. Rodial solid flore destrebution in circulatingfluidisid beds. //Eccef-1, v3, 1997.

59. Ciliberti D, Lancaster В. //I.ch. E.I., 1976, v22, 2.

60. Fan L., Wang C. A study of multistage system optimization, New York,1964.

61. Fratzscher W., Beyer I //Chemische Technic. 1981, jyfo 1.

62. Fuju S., Rameyana H. //Ind. Chem. Eng.Japan, 1977, v 10, jyb 3.

63. Grasssman P.//BWK. 1965, Bd. 17., jyb 2.

64. Grasssman P. //Allg. Warmetechnik. 1959. Bd. jvjo j\jb 4.

65. Hougen O., Dodge T. The Drying of Gates /Я. Edvards, Michigan, 1967

66. Kenney W.F. Energy conservation in the process industries. New York Acadimg Press. 1984.

67. Klein H. //C.Z. Chemic Technik., 1972. Bd 1, № 5.109. f(Otas T.S. The exergy method of thermal plant analysis. London, Butterworths, 1985.

68. Launder B.E., Spalding D.B. // Сотр. Meth. In Appl. Mech. And Eng.,1974, №3.

69. Marchal P., PudF. //ECCE 1, Florence, 1997, v 3.

70. Mazur M., Teisseyre M., //Pr. Nauk. Inst tcehol., 1986, № 31.

71. Musxhelknauttz E., Brunner K. //Chem. Ing. Techn/1967. V 39, j\jo 9.

72. Peters R.H., Ingamells W. III. Soc. Dyers a Colour., 1973. V 89.

73. Rant Z. //Forsch. Ing. Wes. 1956. Bd 2., № 14.

74. Reydon P.F., Kantin W.H. //Can.I.Chem. Eng. 1981.,v.59, дь i.

75. Szargut I, Petela R. Egsergia. Warszawa. 1965.

76. Szargut I. //BWK., 1971, Bd.23, № 3.

77. Schauftler E., Oehlrich. //Staub. 1963, Bd.23, jsp© 4.

78. Sieniutucs S. // Prac/ Inct. Chem. P.W,jsfo 2, 1973.