Содержание к диссертации
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 8
ВВЕДЕНИЕ 10
1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ТЕОРИИ И ТЕХНИКИ СУШКИ РАСТВОРИТЕЛЕЙ, ПОКРЫТИЙ, ДИСПЕРСИЙ, РАСТВОРОВ И ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ В ХИМИЧЕСКОЙ, РЕЗИНОВОЙ, ПИЩЕВОЙ, ЛЕГКОЙ И ДРУГИХ РОДСТВЕННЫХ ОТРАСЛЯХ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 25
1.1 Традиционные, альтернативные и перспективные процессы и оборудование для сушки и тепловой обработки 27
1.1.1 Процессы и оборудование для сушки растворителей и покрытий 27
1.1.2 Процессы и оборудование для сушки дисперсии и кристалла-образующих растворов 43
1Л .3 Процессы и оборудование для сушки и тепловой обработки волокнистых материалов 65
1.1.4 Кондуктивно-барабанные сушилки и нагревающие / охлаждающие устройства , 71
1.1.5 Процессы и оборудование для многооперационных и циклических процессов сушки и тепловой обработки 77
1.1.6 Общие особенности рассматриваемых процессов и оборудования 79
1.1.7 Общие вопросы инженерной оптимизации рассматриваемых
процессов и оборудования. Качество. Энерго- и ресурсосбережение. Экология 80
1.2 Традиционные и перспективные инженерные и научно теоретические методы исследования, расчета и проектирования сушильных процессов и оборудования 81
1.2.1 Процессы испарения (теория) 81
1.2.2 Процессы испарения (эксперимент) 83
1.2.3 Моделирование процессов сушки 84
1.2.4 Особенности сушки дисперсий и кристаллообразующих растворов 85
1.2.5 Особенности кондуктивной обработки материалов 87
1.2.6 Физико-теоретические особенности циклической обработки материалов 89
1.2.7 Общий методологический подход и его особенности з
2 ЕДИНЫЙ ПОДХОД К КИНЕТИКЕ И МОДЕЛИРОВАНИЮ СУШКИ РАСТВОРИТЕЛЕЙ; ПОКРЫТИЙ, ЖИДКИХ ДИСПЕРСИЙ, КРИ СТАЛЛООБРАЗУЮЩИХ РАСТВОРОВ И ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ 96
2.1 Явления переноса и кинетика промышленных процессов сушки и термообработки и других процессов химической технологии 98
2.1.1 "Элементарные" явления и "комплексные" процессы 99
2.1.2 Историческая справка 100і
2.1.3 Подходы к описанию явлений и процессов, ,. 102
2.1.4 Типичные трудности, встречающиеся при математическом моделировании комплексных процессов 106
2. L.5 Промышленные процессы: модели и реальность (примеры) 110
2.2 Физическое и математическое моделирование процессов сушки и термообработки: единый подход для материалов с существенной температурной кинетикой, 135
2.2.1 Методология экспериментальных исследований комплексных процессов сушки и кинетическая классификация материалов как объектов сушки... 138
2.2.2 Методология анализа температурно-влажностных кривых... 143
2.2.3 Постановка задач теплопроводности и диффузии и математическое моделирование комплексных процессов сушки. 152
2.2.4 Эквивалентизация граничных условий и эффективные характеристики тепломассопереноса в комплексных процессах сушки 156
2.2.5 Аналитические решения задач теплопроводности и диффузии в процессах сушки при функционально заданных начальных условиях. 159
2.3 Возможности использования методов аналогии процессов тепло- и массопереноса. 165
2.4 Методы инженерно-кинетической аппроксимации характеристик тепло- и массопереноса. 170
2.5 Сопоставление используемых методов инженерно-физического описания процессов, статистических методов активного планирования экспериментов и современных математических методов не четких множеств и нейронных сетей. 173
3 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ИСПАРЕНИЯ РАСТВОРИТЕЛЕЙ И СУШКИ ПОКРЫТИЙ... 3.1 Экспериментальные исследования...
3.1.1 Экспериментальные установки и техника экспериментов
3.1.2 Растворители, клеи и промазочные составы
3.1.3 Подложки, пористые и монолитные материалы...
3.2 Кинетические особенности и моделирование процессов...
3.2 Л Влияние режимных параметров на кинетику
3.2.2 Сопоставительный анализ результатов.
3.2.3 Моделирование кинетики на психро-эвапорометре
3.3 Инженерные методы расчета и вопросы совершенствования процессов и оборудования. —
3.3.1 Базовые характеристики и корреляционный анализ
3.3.2 Расчетные уравнения тепло-массоотдачи.
3.3.3 Влияние начального влагосодержания материала
3;3.4 Влияние Стефанова потока, термодиффузии и влажности воздуха
3.3.5 Особенности расчета тепло- и массоотдачи при испарении
3.3.6 Вопросы тепло-диффузионной аналогии при испарении
3.3.7 Инженерные расчеты испарения и сушки покрытии.
3.3.8; Моделирование процессов испарения и сушки
3.3.9 Вопросы моделирования, связанные с совершенствованием оборудования для сушки и обработки покрытий
4 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ СУШКИ ДИСПЕРСИЙ И КРИСТАЛЛООБРАЗУГОЩИХ РАСТВОРОВ СИНТЕТИЧЕСКОГО, МИНЕРАЛЬНОГО, РАСТИТЕЛЬНОГО И ЖИВОТНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ.
4.1 Экспериментальные исследования.
4.1.1 Экспериментальные установки и техника экспериментов...
4 Л .2 Дисперсии и кристаллообразующие растворы продуктов;
оргсинтеза, технических и пищевых продуктов.
4.1.3 Кристаллообразующие растворы, текучие дисперсии и пасты органических красителей
4.1.4 Тепло-массопереносные свойства дисперсии и растворов .
4.1.5 Характеристики использованных подложек и рамок для сушки дисперсии и растворов
4.2 Кинетические особенности и моделирование процессов 4
.2.1 Задачи изучения особенностей механизма и кинетики сушки дисперсии и растворов 5
4.2.2 Механизм переноса и единая кинетическая классификация материалов с существенной температурной кинетикой 261
4.2.3 Моделирование сушки дисперсии и растворов 274
4.3 Инженерные методы расчета и вопросы совершенствования процессов и оборудования 276
4.3.1 Расчетные соотношения и порядок инженерных расчетов процессов сушки дисперсий и растворов. 276
4.3:2 Моделирование полей концентраций, температур и толщин слоя продукта при усадке.280
4.3.3 Возможности применения конвективных и конвективно-радиационных сушилок, сушки в кипящем слое на инертен и кондуктивно-барабанной сушки. 282
5 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ СУШКИ ТЕХНИЧЕСКИХ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ 289
5.1 Экспериментальные исследования 291
5.1.1 Экспериментальные установки и техника экспериментов... 291
5.1.2 Свойства и технические характеристики волокнистых и модельных рулонных материалов... 299
5.1.3 Материалы, теплоносители и хладоагенты в экспериментах на кондуктивно-барабанной сушильно-термическои установке 299
5Л .4 Пропиточные составы и кордшнуры в экспериментах на кинетической сушильно-термической установке. 304
5.2 Кинетические особенности и моделирование процессов. 305
5.2.1 Особенности механизма и кинетики сушки и тепловой обработки волокнистых материалов 305
5.2.2 Моделирование внешнего и внутреннего тепло- и массопереноса при конвективной сушке волокнистых материалов... 307
5.2.3 Моделирование тепло- и массопереноса при кондуктивно-барабанной тепловой обработке рулонных материалов. 313
5.3 Иннсенерные методы расчета и вопросы совершенствования процессов и оборудования 319
5.3.1 Расчетные соотношения и порядок инженерных расчетов процессов конвективной сушки волокнистых материалов... 319
5.3.2 Расчетные соотношения и порядок инженерных расчетов процессов кондуктивной тепловой обработки рулонных материалов. 324
5.3.3 Вопросы моделирования, связанные с совершенствованием пропиточно-сушильного оборудования и повышением качества волокнистых и дисперсных обрабатываемых материа
лов 330
6 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МНОГООПЕРАЦИОННЫХ И ЦИКЛИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СУШКИ ИТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ 336
6.1 Общие особенности кинетики и методология моделирования многооперационных и циклических процессов 338
6.2 Процессы обработки резинотехнических изделий на роторных и роторно-конвейерных линиях 347
6.3 Циклические и многооперационные процессы сушки клеев, покрытий, пигментов и красителей 373
6.4 Многооперационные процессы кондуктивно-барабанной обработки. 383
6.5 Тепло-массообменные процессы обработки шприцованных и ка-ландрованных заготовок и изделий 387
7 ОБЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО МОДЕЛИРОВАНИЮ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ СУШИЛЬНО ТЕРМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, ОБОРУДОВАНИЯ И УСТРОЙСТВ ДЛЯ ИСПАРЕНИЯ РАСТВОРИТЕЛЕЙ, СУШКИ ПОКРЫТИЙ, ДИСПЕРСИЙ, РАСТВОРОВ И ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ 389
7.1 Растворители и покрытия 390
7.2 Дисперсии, растворы, пигменты и красители. Качество продуктов. 396
7.3 Волокнистые материалы 404
7.4 Кондуктивно-барабанные процессы и оборудование. 409
7.5 Циклические и многооперационные процессы и оборудование. Энерго- и ресурсосбережение. Экология 410
ВЫВОДЫ 416
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 420
ПРИЛОЖЕНИЯ 452
П I Аналитические решения 2-х слойных задач переноса для пластины и 4-х слойных задач переноса для пластины, цилиндра и шара 453
1.1 Теплопроводность (диффузия) в 2-х слойной пластине 453
1.2 4-х слойная пластина 457
1.3 4-х слойный цилиндр 458
1А 4-х слойный шар 459 П 2 Растворители и покрытия 461
2.1 Свойства растворителей и корреляции для расчета их свойств 461
2.2 Пример рецептуры клея на основе натурального каучука... 465
2.3 Примеры таблиц экспериментальных данных по испарению растворителей и сушке покрытий 466
2.4 Фрагменты программ и примеры расчета кинетики испарения растворителей 474
2.5 Фрагменты программ и примеры расчета кинетики сушки растворителей и покрытий на подложках. 480
П 3 Дисперсии и растворы 485
3.1 Классификационные комплекты из 6 типов экспериментальных температурных и влажностных кривых сушки для
12 видов дисперсий и растворов на различных подложках... 485
3.2 Примеры сводных таблиц экспериментальных данных по сушке дисперсий и растворов 497
3.3 Фрагменты программ и примеры расчета кинетики сушки дисперсий на твердых подложках 504
П 4 Волокнистые материалы 517
4.1 Примеры серий и таблиц экспериментальных данных по нагреву и кондуктивной сушке рулонных материалов на контактном барабане 517
4.2 Фрагменты программ и примеры расчета кинетики сушки 519 ткани на контактном барабане 4.3 Примеры сводных таблиц экспериментальных данных по нагреву, сушке и реокинетике кордшнуров 524
4.4 Фрагменты программ и пример расчета кинетики нагрева и сушки кордшнуров 526
П 5 Многооперационные и циклические процессы сушки и термообработки 529
5.1 Примеры сводных таблиц экспериментальных данных 529
5.2 Фрагменты программ и примеры расчета кинетики циклических процессов нагрева и охлаждения пресс-форм на линиях РКЛП и РКЛВ 531
П 6 Энерго-ресурсосбережение и экология в производствах пигментов, красителей и полупродуктов 535
П 7 Материалы реализации результатов работы 539
7.1 Справки о принятии к реализации и акты внедрения 540
7.2 Патентные материалы 548
7.3 Каталожные материалы
Введение к работе
Многочисленные разновидности процессов, включающих испарение растворителей, сушку покрытий на пористых или монолитных материалах-подложках, сушку жидких дисперсий и кристаллообразующих растворов и их смесей на подложках или без них, сушку влажных, пропитанных или импрегни-рованных волокнистых материалов, тепловую обработку волокнистых и смешанных композиционных материалов, в том числе их многооперационные и циклические разновидности, охватывают почти все виды человеческой деятельности, от древнейших искусств до новейших технологий, а также широко распространены в природе [103, 143, 422, 499, 500]. Они составляют более половины номенклатуры всех высушиваемых и термообрабатываемьтх материалов.
Общими чертами таких материалов являются: гетеропористая структура продуктов; схожесть кинетики изменения температуры материалов в процессе их тепловой обработки; сильная зависимость качества продуктов от температурной кинетики. Для этих процессов кинетика нагрева имеет такое же значение, как кинетика собственно сушки, т.е. термического удаления влаги. Такие материалы, высушиваемые обычно до умеренных влагосодержаний, можно называть материалами с существенной температурной кинетикой, в отличие от сушки монолитных продуктов и процессов глубокой сушки, в которых время прогрева мало по сравнению со временем последующей сушки.
В области кинетики и моделирования процессов сушки широко известны труды Л.В. Лыкова, О. Кришера, П.Г. Романкова, А.Н. Плановского, В.В. Кафа-рова, А.А. Долинского, В.Ф. Фролова, Б.С. Сажина, СВ. Федосова, В,И. Коновалова, СП. Рудобаштьт, В.И. Муштаева, Р.Б. Кия, Ч.К. Струмилло, А. Муд-жумдара, Т. Кудры и других ученых [109, 110, 150, 175, 177, 195, 200, 231, 262, 263,265, 294, 330,361 - 363, 369, 374, 375, 433,435,436, 445, 507, 508, 531, 538, 539, 556, 557, 580], в которых развиты как общие, так и ряд конкретных подходов к теории и практике сушки.
Общие особенности рассматриваемых процессов создают возможность единого подхода к их анализу, исследованию и проектированию, Единые подход и методология, в свою очередь, позволяют получать результаты, имеющие повышенную познавательную ценность и, соответственно, более надежные для инженерной практики. Поэтому исследования в данном направлении, проводимые в настоящей диссертационной работе, представляются весьма актуальными как в научно-познавательном, так и в прикладном отношении. Все выполненные работы связаны с государственными и академическими программами, в том.числе в соответствии и в продолжение Координационного плана ЛН России по Теоретическим основам химической технологии (тема 2.27.2.8.12 Плана на 1991-2000 гг.), в соответствии с Планом НИР ТГТУ по Единому заказ-наряду Минобразования РФ (Координационный план «Черноземье» на 1997-2000 г.; тема ЗГ/1997 «Разработка теоретических основ расчета и проектирования оптимальных энерго- и ресурсосберегающих процессов и оборудования химических и микробиологических производств») и хоздоговорными планами НИР ТГТУ (1990-2005 гг.).
