Процессы термической обработки сыпучих и листовых материалов в аппаратах интенсивного действия Зайцев, Виктор Александрович

Введение к работе

Актуальность проблемы. "Наращивание мощностей пр^нгшлечног' ;п-нзводства в 80-х годах и одновременное возрастание требований решения экономических проблем ставили задачи разработки новых энергосберегающих технологий.решения проблем утилизации промышленных стоков и воздушных выбросов. Изменившиеся экономические условия, резкий рот стоимости энергоносителей и сырья не только не уменьшили актуальности отмеченных проблем, но и выдвинули их на передний план. Еще би.пее актуальными для конца 90-х годов является решение технических и технологических проблем, связанных с разработкой аппаратов интенсивного действия, время пребывания взаимодействующих і-аз в которых составляет секунды; актуальны вопросы разработки аппаратов совмещенного действия, внутри которых возможно проведение одновременно нескольких процессов, в том числе и утилизации промышленных стоков.

Среди множества технологических процессов особое место занимают гетерогенные процессы, протекающие в системах "газ-твердое тело". Скорость их протекания, качество готового продукта во многом определяются закономерностями переноса вещества и энергии во взаимодействующих Фазах.

теоретически базой для моделирования процессов термообработки, создания инженерных методов нх расчета и оптимизации является теорп" тепломаосопереносо, учнтывздная взаимосвязь и бзгимозэг-нсимость мече-лу тепломассспереноснии характеристиками обрабатываемого материала и газовой средн.

Несмотря н:з то. что среди ученых и нкг.енеров в последние годы заметно возрос интерес к разработке интенсивных энергосберегающих технологий и конструкции аппаратов для,их проведения, в существующей расчетной практике преобладают ' так называемые балансовые «етод». Они, безусловно, -полезны и нужны, но должны являться составной частью общей метоли! и расчета, включавшей модели динамики внутреннего тепломассопереноса в материале, а также моделей, учитывающих межфазное взаимодействие на границе раздела Фаз "нагретая газовая среда-обрабатываемья материал".

Необходимость проведения исследований с целью разработки магматических моделей тепломассопереноса в процессах термический обработки дисперсных и листовых материалов с учетом изменения тою Ним' ектов внутреннего и внешнего переноса теплоты и массы вещее; ь^п ;

- -І -

сьздиьы на их основе инженерных методов расчета конструкций аппарата; ннтепсиыьго действия и определили актуальность настоящей работы. Дпеоиргационнан работа выполнялась в соответствии с:

1. Координационным планом АН СССР "Теоретические основы химической технологии на 1981-1985 гг. ''Задание 2.27-.2.8.6 "Исследование гидродинамики и тепломассообмена в комбинированных аппаратах для сушки органических и неорганических продуктов", и 2.27.6.16 "Разработка математических моделе!) процессов грануляции и сушки с учетом гидродинамики и конструктивных особенностей аппарата".

2. Постановление СМ СССР "О мерах по техническому перевооружению и улучшению буровых работ на нефть и газ" от 18.0-l'. 85. г, N331. *

3. Планом госбюджетных и хоздоговорных НИР Ивановского химико-технологического института 1983-19ЭЗ гг.

Целью диссертационной работы является теоретическое обобщение результатов математического моделирования и расчета процессов тепло-мчеоопергноса при термической обработке листовых и дисперсных материалов ь аппаратах интенсивного действия, базирующееся на новых решениях краевых задач внутреннего переноса теплоты и массы вещества; развитие и совершенствование на этой основе инженерных методик расчета процессов, разработка конструкций аппаратов для их осуществления, а также раечотно-экспериментальное исследование перспективных технологических процессов в лабораторных и промышленных условиях; выработка рекомендаций для промышленного освоения результатов исследований; .внедрение разработанных методик в расчетную практику проектных подразделений ряда предприятий.

Научная новизна диссертации. Впервые для процессов термической обработки дисперсных и листовых материалов, сопровождающихся Фазовыми и химическими превращениями и протекающих в системе "газ-твердое тело" в условиях изменяющийся аэродинамической и тепловой обстановки предложена методика расчета, базирующаяся на приближенном решении краевых задач взаимосвязанного переноса теплоты и массы вещества с неравномерными начальными потенциалами и комбинированными граничными условиями и учитывающая зависимость коэффициентов тепло-и массопере-носа и теилофизичееких свойств Фаз от потенциалов переноса.

На принципах предложенной методики осуществлено- решение следующих задач тепло-и массопереноса: 1) тепло- н влагоперенос в частице дисперсного- материала при неравномерных начальных распределениях нпагосодеряганнй и температур' .и граничных условиях третьего рода на

- .5 -

межфазной поверхности; 2) теплопореноо п частице.^- п"П^,::с;' г : л жидкости и сопровождающийся: а) тепломассообменом па поверхности раздела, б) тепломассообменом и химнчро"нмп проправ ні^,;'"п о почке, 3) тепломассоперенос в пластинчатом тело п; и спммот: ::'\::"-: и :: :: метричних граничных условиях;. 4) тепдопс-ренос в систем» "ср"">-:" тина-цилиндр", осложненный химпческк'.ч! лр'Ч.рээтшя!!'.! и тепло--.:»: Сектами в цилиндре.

Полученные рет.енпя і.раеєих задач тегглскасссш-роноса лег.-;: ь нову разработки математических моле тем и методик расчета: 1: ;:: .к-оэъ термической обработки дисперсних материалов в аппаратах вихрево;-го типа; 2) совмещенных процессов сушки сыпучих продукте:: :; с--л:н"и-тельной сушки растрогав 2 аішарага¹' гихрсі.ого типа; ?) птоп-сс.ев конвективной сушки листовых материалов; -1) процессов термического гидролиза (на примере полиакрилонитрила) в аппаратах периодического и непрерывного действия. Произведено расчетно-экспериментальное исследование указанных процессов в лабораторных и спытно-промыыешшх условиях; получены новые экспериментальные данные о тепло-массоопе-реносных характеристиках продуктов-объектов исследования.

Практическая ценность. Разработаны и доведены, до конечної» компьютерной реализации инженерны? методы расчете ггр споет к-; ей ческой обработки дисперсних и дистсе;::-. материал"!?. г-;єдг-:їчн ^г с ;/-." четную пг.аклпку ряда пседпгнялий ( ^.с "Назтекс". "':а'гНП1;/!':-¹:^:рс''Т"); на базе проведенных псследтьлнил прет солены новые crocr':.' те:.:.' "л"г.а-ботки сыпучих и лиетееых материалов и гсн'Лр/кпни аппаратсв лея их осуществления, позноллхкне снизить удильные энергозатраты и резко сократить время обработки продуктов. Выданы данные для проектно звания промышленных установок 'по термической обработке сыпучих и пело -тенных материалов (ПО "Оргстекло" г. Дзержинск, по "Покос" г.Ивсл'ово, ПО "Павлово-Поеадские і?.т" г. Павловский-Посад, Коистзнтиновскиі'і хи-чпческий завод Донецкой области, Нсво-Джакбульокий фосфорный зг^Л'

Автор зашпаасг. Изложенные в диссертации нзучно-о''с-:нпг-^:чс,.:г ювые технические и технологические решения, позволяющие естественно интенснінцироЕЗть процессы термической обработки дисперсных и тестовых материалов в среде газообразного теплоносителя; предлетен шй метод приближенного решения краевых задач в-?аі'»осг.-"і'". " ;-т-юкассопереноез, осклтооа^цпйоя з их :е^;-д^г<';ч: к за ішач iw.s.v.m >" ^г 'лкного переноса теплоте и массы ве'Ц-;ства' с ггдеіп:ем потшшй "пеов-;оиесочніч:ов" теплоты и массы; осневоччкГ: на денної гр-р^ию;¹ пес;

ішр..іічнпі:і! ці;тод расчета аппаратов для термообработки дисперсных и листових материалов; аналитические решения краевых задач тепловлаго-neptiioca с частице дисперсного материала, частице с пленкой жидкости на поверхности, частице с пленкой жидкости при наличии в пленке фа-зоьых и химических превращении; решения задач тепловлагопереноса 'в пластинчатом теле при симметричных и несимметричных граничных условиях; результаты расчетно-экслернментальных исследований процессов термообработки ряда сыпучих и листовых материалов, а также новые способы термообработки и конструкции аппаратов для их осуществления.

Апробация результатов работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на: Республиканской научной конференции "Сушка и грануляция продуктов микробиологического и тонкого химического ' синтеза" (Тамбов. 1981); Всесоюзной конференции "Проблемы тонкого измельчения, классификации и дозирования" (Иваново. 1982); III Всесоюзном научно-техническом совещании "Пути совершенствования, интенсификации и повышения надежности аппаратов в основной химии" (Сумы, 19й2.19BG); II Республиканской конференции "Физико-химическая механика дисперсных систем".(Одесса. 1983); Всесоюзном научно-техническом совещании по гранулированию (Москва. 1983); Всесоюзной научно-технической конференции "Процессы и оборудование для гранулирования продуктов микробиологического синтеза" (Тамбов. 1984):' Всесоюзной научно-технической конференции "Повышение эффективности тепло-массообмешшх и гидродинамических процессов в текстильной промышленности и производстве химических волокон" (Москва. 1985);. Всесоюзной конференции "Технология сипучих материалов - Химтехника-80" (Белгород. 1986); Всесоюзной конференции "Современные машины и аппараты химических производств - Химтехника-88" (Чимкент. 1988); Всесоюзной конференции "Технология сыпучих материалов - Химтехннка-89" (Ярославль. 1989); III Всесоюзной научно-технической конференции, посвященной 70-ти летию МТИ (Москва. 1989); I и II Международных научных конференциях "Теоретические и экспериментальные основы создания нового оборудования" (Плес, 1994; Краков. 1995).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 44 печатные работы, выпущено 4 отчета по НИР. получено 6 авторских свидетельств.

Объем работы. Диссертация состоит из восьми глав, объединенных
в две части.. введения, выводов, списка использованных источников и
приложений. Общий объем диссертации стр.. в том числе рис.,

табл. и стр. приложений.