Введение к работе
Актуальность проблемы. Одним из важнейших направлений развития химической индустрии является производство синтетических каучуков. К настоящему времени создано большое количество разных видов каучуков, разшгаающихся по своим свойствам и областям применения. Поэтом)' в ближайшие годы не предполагается поиск новых видов каучуков, основные усилия ученых будут направлены на повышение качества произведенных каучуков, главным образом, путем совершенствования технологий и освоения методов направленной модификации полимеров.
В последние годы быстро развивается новое направление синтеза полимеров - сополимеризация бутадиен-стиролышх каучуков в растворе в присутствии литиевых катализаторов. Эти полимеры по комплексу свойств превосходят бутадиен-стирольные каучуки (БСК) ' эмульсионной полимеризации, поэтому являются более перспективными.
Данная работа посвящена изучению и моделированию стадии сушки производства растворных бутадиен-стирольных каучуков как наименее изученной, энергоемкой и во многом определяющей качество продукции.
Сушка является сложным теплофизическим процессом, характеризующимся высокой энергоемкостью, который широко используется во многих ограслях промышленности и часто является решающим этапом производства. Только в химической промышленности сушке подвергается более 200000 различных продуктов, на сушку расходуется около 15% добываемого топлива и электроэнергии. Большие расходы энергии отрицательно сказываются на стоимости процесса, ведут к неэффективному использованию горючих ископаемых и загрязнению окружающей среды. Становится очевидным вопрос о необходимости проведения сутки в оптимальных условиях с минимальными затратами энергии. Разработка высокоэффективных энергосберегающих химических производств невозможна без использования современных методов моделирования химико-технологических процессов, позволяющих сократить объем необходимых экспериментальных исследований, ускорить поиск оптимального варианта проведения процесса, решить задачи управления.
Технологический процесс сушки полимерных материалов в ленточной сушилке характеризуется распределенностью параметров процесса, недостаточной изученностью тепло- массообмешгах процессов в слое материала, являющегося капиллярно-пористым коллоидным телом. Развитие электронно-вычислительной техники создало большие возможности теоретического анализа перемещения влаги и тепла в материалах, подвергаемых сушке. Более реальным стал теоретический расчет распределения влажности и температуры в слое капиллярно-пористого материала в процессе сушки.
Известные в настоящее время математические модели
недостаточно полно описывают особенности процесса конвективной сушки полимерных материалов. Поэтому актуальной является разработка модели процессов сушки каучука в ленточной сушилке, позволяющей как оптимизировать работу действующих производств, так и проектировать новые высокоэффективные энергосберегающие процессы сушки. На Воронежском заводе СК процесс сушки ДССК-65 осуществляется в ленточной многоярусной сушилке, что явилось определяющим при выборе оборудования для сушки данного материала. Основные разделы диссертациошюй работы выполнялись в соответствии с заданиями Государственной научно-технической программы РФ «Новые пршщшш и методы получения химических веществ и материалов» и Воронежского филиала научно-исследовательского института синтетического каучука (НЙИСК).
Цель работы заключается в построении математической модели процесса сушки каучука ДССК-65 в ленточной сушилке с распределенными параметрами по длине сушилки и по высоте слоя материала с последующим решением задач: выбора методов решения уравнений модели, разработки алгоритмов и программ расчета на ЭВМ; комплексного анализа свойств материала; экспериментального исследования кинетики сушки полимера в неподвижном слое; проверки модели на адекватность; выбора оптимального варианта сушки материала и выдачи рекомендаций по проведению процесса сушки каучука ДССК-65 на опытный завод Воронежского филиала НИИСК.
Научная новизна. Разработана математическая модель ленточной сушилки для сушки полимеров. Математическая модель позволяет рассчитать изменение параметров сушки по длине сушилки и по высоте слоя каучука, провести теоретический анализ распределения влагосодержания и температуры в слое капиллярно-пористого материала.
Предложен сорбционно-структурный анализ на основе фотометрии для изучения микроструктуры полимера и статики сушки. Он позволяет быстро и точно определить параметры гигротермического равновесия материала с окружающей средой и рассчитать структурные характеристики твердой фазы. Зная распределение пор по радиусам, можно рассчитать относительную влажность среды, равновесное влагосодержание полимера, а также построить изотерму десорбции материала.
Предложена оригинальная схема подачи воздуха в каждую секцию ленточной сушилки и рекуперации тепла сушильного агента, которая позволяет сократить общие энергозатраты. Рекомендации по снижению общих энергозатрат переданы в Воронежский филиал НИИСК.
Практическая ценность. Разработана математическая модель процесса сушки каучука в ленточной сушилке. Создан пакет программ для
расчета на ЭВМ основных параметров процесса сушки по длине сушилки и по высоте слоя материала. Пакет программ может быть использован как для проектных расчетов, так и для оптимизации действующих производств. Для изучения микроструктуры полимера разработан фотометрический метод. Рассчитан оптимальный вариант процесса сутттки, и выданы рекомендации для выпуска опытно-промышленной партии каучука ДССК-65 на опытном заводе Воронежского филиала НИИСК.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались:
-
на 8-ой Всероссийской конференции "Математические методы в химии" ("ММХ-8" г.Тула, 1993 г.);
-
на 7-ой Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии "МКХТ-7" (г. Москва, 1993 г.);
3) на 4-ой Международной научной конференции "Методы
кибернетики химико-технологических процессов" ("KXTH-IY-94", г.
Москва, 1994 г.);
-
на 8-ой Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии "МКХТ-8" ( г. Москва, 1994 г.);
-
на 9-ой Всероссийской конференции "Математические методы в химии" ("ММХ-9" г.Тверь, 1995 г.),
-
на 9-ой Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии "МКХТ-9" ( г. Москва, 1995 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,
четырех глав, выводов, списка литературы и приложения. Осповпой материал изложен на \7,9 страницах машинописного текста, содержит 59 рисунков, 8 таблиц. Список литературы содержит 120 наименований.