Введение к работе
Актуальность темы. Рациональное природопользование и экологическая безопасность технологических процессов является приоритетным направлением развития экономики РФ и обуславливают необходимость разработки энерго-и ресурсосберегающих технологий. Крупнейшим потребителем топливно-энергетических ресурсов и одновременно источником загрязнений окружающей среды является целлюлозно-бумажная промышленность (ЦБП).
К наиболее яркому представителю такого энергоемкого производства в ЦБП можно отнести периодический процесс сульфатной варки целлюлозы. Наибольший выброс токсичных веществ: сероводорода, диметилсульфида, метилмер-каптана наблюдается при выгрузке содержимого варочных котлов в выдувной резервуар.
Для снижения концентрации парогазовой смеси, выделяющейся при этом, на многих предприятиях интенсифицируют работу газоочистного оборудования за счет разработки новых контактных устройств, интенсификации гидродинамических режимов контактирования и интенсификации процесса массопередачи путем подбора новых реагентов и сорбентов.
Такой подход приводит к увеличению габаритов очистных сооружений, повышению расхода энергии и других ресурсов, а также связан с трудностью подбора реагентов и сорбентов. В результате традиционный подход к решению проблем выбросов, связанный с усовершенствованием газоочистного оборудования является малоэффективным. Более эффективным является комплексный подход, заключающийся в создании энергосберегающей экологически безопасной технологии сульфатной варки целлюлозы с утилизацией образующихся отходов.
Таким образом, научные исследования на основе современных представлений, направленные на повышение энергоэффективности газоочистного оборудования путем совершенствования технологических процессов, разработка методов расчета и аппаратурного оформления процесса сульфатной варки целлюлозы и других подобных процессов, сопровождающихся выбросами токсичных паров, являются актуальной задачей.
Работа выполнялась в соответствии с планом НИОКР АН РТ (договор подряда № 07-7.5-229/2004) и в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы» (государственный контракт 16.525.11.5008).
Цель:
Создание энерго- и ресурсосберегающей технологии очистки отходящих газов при сульфатной варке целлюлозы.
Задачи:
разработать усовершенствованную технологию газоочистки при сульфатной варке целлюлозы.
разработать математическую модель тепломассообменных процессов сопровождающихся объемным испарением и конденсацией на стадии разгрузки варочного котла при сульфатной варке целлюлозы.
- выявить энергосберегающие режимные параметры процесса газоочистки и
аппаратурного оформления.
Обьект исследования. Периодический процесс сульфатной варки целлюлозы.
Научная новизна. Работа содержит научно-обоснованные технические и технологические решения, направленные на сокращение токсичных промышленных выбросов в атмосферу.
1. Впервые разработана математическая модель тепломассообменного
процесса выгрузки варочного котла, сопровождающегося объемным испарением и
конденсацией.
-
Разработан алгоритм расчета совмещенного процесса испарения многокомпонентной смеси и конденсации в герметичных условиях.
-
Моделированием процесса теоретически обоснован и экспериментально подтвержден усовершенствованный энерго-ресурсосберегающий технологический процесс газоочистки при сульфатной варке целлюлозы, обеспечивающий ликвидацию выделения токсичных паров в атмосферу.
-
Разработан новый энерго-ресурсосберегающий способ сульфатной варки целлюлозы (патент РФ № 2425917, №2437972), позволяющий ликвидировать выделение <одурнопахнущих» паров в атмосферу.
-
Показана целесообразность совершенствования системы газоочистки аналогичных технологических процессов путем комплексного подхода к аппара-турно-технологическому решению конкретного объекта (патент РФ № 2422268).
Практическая ценность. Анализ результатов моделирования дает возможность оценить влияние технологических параметров процесса выгрузки варочного котла на интенсивность испарения, выявить кинетические параметры технологических процессов, сопровождающихся объемным испарением. Полученная математическая модель была использована в инженерной методике расчета выдувного резервуара и реализована при аппаратурно-технологическом оформлении процесса автогидролиза древесных отходов на ООО «Органика».
Применение предлагаемого метода улавливания токсичных выбросов позволяет: сократить энергозатраты, улучшить условия работы обслуживающего персонала и сократить расход сырьевых компонентов путем улавливания и возвращения их в технологический процесс, выдать рекомендации по совершенствованию аналогичных технологических процессов (патент РФ № 2422268).
Реализация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований реализованы при создании методики расчета и проектировании промышленной установки для улавливания токсичных паров при сульфатной варке целлюлозы на ОАО «МарЦБК», а также при аппаратурно-технологическом оформлении процесса автогидролиза на ООО «Органика». Разработанные экспериментальные стенды, метод расчета и программный продукт внедрены в учебный процесс в рамках курса «Технологические процессы и оборудование деревообрабатывающих производств»
Основные положения выносимые на защиту: 1) математическая модель тепломассообменных процессов, сопровождающихся объемным испарением и конденсацией;
-
результаты математического моделирования и экспериментальных исследований процесса выгрузки варочного котла при сульфатной варке целлюлозы;
-
усовершенствованная технологическая схема сульфатной варки целлюлозы.
4) методика совершенствования аналогичных технологических процессов.
Апробация работы. Основные научные положения и результаты работы
докладывались: на 11 научно-технической конференции студентов и магистрантов. «Молодая мысль - развитию лесного комплекса» г.Братск, 2010г.; на Всероссийской научно-практической конференции посвященной 80-летию СибГТУ «Лесной и химический комплексы - проблемы и решения» г.Красноярск, 2010г.; на X Международной научно-практической конференции «Экология и ресурсо- и энергосберегающие технологии на предприятиях народного хозяйства» г.Пенза, 2010г.; на VIII Всероссийской научно-технической конференции «Приоритетные направления развития науки и технологий» г.Тула, 2010г., «Актуальные проблемы и перспективы развития лесопромышленного комплекса» Материалы международной научно-технической конференции ФГБОУ ВПО КГТУ г.Кострома 2012г., на научных сессия КНИТУ (Казань 2010,2011г.г.)
Личное участие автора заключается в разработке под руководством научного руководителя основных положений диссертации, а также в постановке и решении задач теоретического, экспериментального и прикладного характера. При непосредственном участии автора изготовлена экспериментальная установка для исследования процессов объемного испарения и конденсации многокомпонентных смесей, проведены эксперименты, обработаны и обобщены полученные результаты. Автору принадлежат основные положения, опубликованные в соавторстве и использованные в диссертации.
Достоверность и обоснованность результатов исследования подтверждается применением классических методов научных исследований, современных контрольно-измерительных приборов и статистической обработкой экспериментальных данных, которая выявила удовлетворительную адекватность разработанной математической модели, а также положительными результатами внедрения опытно-промышленной установки.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ. Из них 3 статьи в журналах перечня ВАК Минобрнауки России, 3 патента на изобретение.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и приложений. Общий объем работы составляет 151 страниц печатного текста, содержит 28 рисунков и 4 таблицы. Библиографический список включает 116 работ российских и зарубежных авторов.
Похожие диссертации на Энерго-ресурсосберегающая технология газоочистки при сульфатной варке целлюлозы
