Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время разработано значительное число гальных установок, в которых процесс сушки растворов и суспензий ществляется в кипящем слое инертного материала. В. промышленных штабах этот способ оказался эффективным в анилинокрасочной и окрасочной промышленности, где он успешно используется для сушки сителей и пигментов. Разработан типовой ряд сушильных установок занного типа (СИН) производительностью до 300 кг/час по испареннной гё, объем сушильной камеры в которых достигает б м3.
Однако, не смотря на широкое распространение установок со взвешенным ем инертного материала и большой практический опыт их эксплуатации, они лишены недостатков. Наиболее, существенными из них являются их чительная энергоемкость и экологическое несовершенство. Указанные [остатки обусловлены прежде всего отсутствием объективных показателей, актеризующих необходимость и целесообразность произведенных ргозатрат, а также несовершенством работы используемых сепарационных ройств, предназначенных для выделения готового продукта из іаботаїшого сушильного агента. Эти недостатки становятся все более чимыми в условиях возрастающего дефицита и удорожания энергоресурсов, также все более жестких требований к экологической чистоте )Изводственных установок.
Снижение энергоемкости сушильных установок и улучшение их 'Логических показателей работы возможно путем выбора параметров (как дологических, так и конструктивных) на основе объективного показателя, бывающего все реально произведенные энергетические затраты в любой рме. Достижению этой цели способствует и модификация технологической :мы установки путем совмещения ряда технологических операций (сушка-шливание готового дисперсного продукта, сушка-гранулирование— іарация) в одном аппарате. Указанные мероприятия могут быть разработаны основе эксергетического метода термодинамического анализа и юльзования многофункциональных аппаратов ВЗП с активной іродинамикои. В настоящее время такой подход оказался весьма эдуктивным при реализации ряда тепломассообменных и гидродинамических эцессов.
Стадия сушки является, как правило, завершающей технологической грацией, во многом определяющей качество готового продукта. Поэтому следования, направленные на разработку мероприятий по снижению ;ргоемкости сушильных установок и повышению их экологической чистоты іяются актуальными.
Цель данной работы заключалась в разработке на основе :ергетического анализа инженерного метода расчета процесса сушки :пензий и растворов во взвешенном слое инертного материала и выборе циональной схемы и аппаратурного оформления этого процесса," еспечивающего высокую производительность и экологическую чистоту пильной установки.
. 4
Достижение поставленной, цели связано с необходимостью решения pi вопросов, главными из которых являются:
разработка инженерной методики расчета эксергетических показате; промышленных установок со взвешенным слоем инертного материа объективно характеризующих целесообразность всех произведенных в і энергозатрат;
проведение сопоставительного анализа эффективности работы типов промышленных сушильных установок для сушки растворов и суспензий взвешенном слое инертного материала. Выбор на основе их эксергетичесь показателей рациональной структуры и аппаратурного оформления сушили установки;
разработка математической модели процесса сушки растворов и суспен: во взвешенном слое инертного материала, учитывающей протекаї одновременно трех параллельных технологических стадий: сушки плеї раствора на инертном носителе, размол образовавшихся фрагментов пленю их досушивание в рабочей камере;
разработка математической модели и алгоритма . расчета процеї центробежной сепарации дисперсных частиц из потока сушильного агента выходе из аппарата, с учетом стохастического характера этого процесса;
экспериментальное исследование процессов сушки и сепарации днсперсн частиц из газового потока с целью проверки адекватности разработанн математических моделей реальному объекту и количественной оцег параметров этих моделей;
исследование возможности получения непылящих форм дисперсн красителей путем совмещения процессов их досушки, агломерации и сепарап в многофункциональном аппарате ВЗП;
разработка технических, решений и рекомендаций, способствуют повышению технологических и экологических показателей работы сущильн установок для растворов и суспензий.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Разработана математическая модель и алгоритм расчета процесса суп растворов и суспензий во взвешенном слое инертного материала. В указанй модели процесс сушки рассматривается в виде'последовательно протекают стадий сушки пленки материала на инертном носителе, раскалывания эт пленки под действием термического удара й измельчения образовавши) осколков с последующей их досушкой до кондиционной влажности. I описания кинетики указанных процессов используется обобщенное уравнен тепломассопередачи;
Предложен численный алгоритм расчета процесса центробежной сепарап твердой фазы из закрученного газового потока. В отличие от извести методик, он учитывает стохастический характер реального процес протекающего в вихревых пылеуловителях. Это обеспечивает достоверно» получаемых интегральных оценок и возможность сопоставительного анаш эффективности работы различных модификаций вихревых пылеуловителей стадии их проектирования; "
Выявлена возможность снижения пылеобразования в сушильных установках і растворов и суспензий путем реализации процесса сушки в две стадии, повная стадия реализуется в аппарате с кипящим слоем инертного материала, досушка осуществляется в аппарате ВЗП. Определен диапазон дологических параметров работы аппарата ВЗП, обеспечивающего гучение значительной части готового продукта в непылящей форме.
Практическая ценность и реализация результатов работы в эмышленности:
Систематизированы и обобщены результаты обследования работы типовых >мышленных установок со взвешенным слоем, инертного материала, юльзуемых в аннлинокрасочной и лакокрасочной промышленности. На гове эксергетического анализа получены объективные интегральные сазатели эффективности их работы. Указанные оценки использованы при Зоре рациональной, схемы и аппаратурного оформления процесса сушки творов и суспензий дисперсных красителей.
На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований :дложены инженерные методики анализа и расчета интегральных сазателей эффективности работы сушильной установки для растворов и пеший. Указанные методики включают расчет как показателей сушильной іерьі со взвешенным слоем инертного материала, так и центробежных іараторов ВЗП.
Результаты проведенных исследований легли в основу технических :омендаций и решений по модернизации сушильных установок для :персных красителей. Указанные мероприятия способствуют повышению льной доли непылящих фракций в готовом продукте и используются в >ектно-конструкторских разработках ряда организаций (НИИХИММАШ, ОПиК, НПО "Корона-Лак").
Обоснованность научных колржений, выводов и рекомендаций, сржащихся в диссертации обусловлена применением современного тематического аппарата в теоретической части работы, использованием ультатов обследования работы типового промышленного оборудования и іректньгх методов их обработки, а также соответствием результатов ретических разработок экспериментальным данным.
Апробация работы. Основные результаты исследований по теме
'.сертации докладывались на международной конференции "Математические
годы в химии и химической технологии" (Новомосковск, 1997), на
ждународной конференции молодых ученых по химии и химической
пологий "МКХТ-96",, "МКХТ-97", "МКХТ-98" (Москва, 1996, 1997,
8 г.), на ежегодной научно-технической конференции МГТА (1995, 1996,
»7). _
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех в, общих выводов, списка использованной литературы (120 наименований) и їложений. Общий объем диссертации- 165 страниц, в том числе 115 страниц [овного текста, 26 рисунков, 5 таблиц, 17 страниц приложений.