Введение к работе
Актуальность- работы. Одной из наиболее актуальных задач современной химической технологии вообще и технологии производства сгроигельных материалов в часгносги является проблема интен-- сификации отдельных технологических процессов и производств в целом. Особенно это касается гепло- и массообменных, химических и термохимических процессов с учасгием твердой фазы.
Существующие в настоящее время методы интенсификации производств основаны, в большинстве своем, на повышении параметров температурных и гидродинамических режимов работы аппаратов и устройств, реализующих технологические процессы.
Однако, эти методы интенсификации в последнее время перестали в полной мере удовлетворять запросам и требованиям современных технологий и производств.
Целый ряд исследований за последние десятилетия показывают, чго сейчас наиболее перспективным направлением интенсификации химико-технологических процессов является разработка комбинированных (совмещенных) процессов с учасгием твердой фазы, создание оборудования комбинированного действия: измельчение и классификация, измельчение и смешение, механическая обработка материалов и их оушка, измельчение и химическое (термохимическое) реагирование и другие комбинации процессов.
Анализ существующего уровня развития теорій и практики совмещения химико-технологических процессов показывает, чго, несмотря на имеющиеся примеры успешного использования этого направления, основы его изучены явно недостаточно. Возникает необходимость продолжения исследований в этой области о целью дальнейшего развития теоретических аспектов и создания условий для разработки новых, эффективных технология и оборудования для их реализации.
3 связи с згин представляются актуальными и имеющими важное значение рассматриваемые в данной работе вопросы теории совмещенных технологических процессов и использование их для повышения эффективности и интенсификации ряда существующих производств.
Поэтому ъ данной работе предприняты исследования комбинированных (совмещенных) э разных вариантах процессов применительно к тармомеханохимической обработке минерального сырья и материалов (Рисі) в производстве неорганических веществ (двойного суперфосфата, серной кислоты), строительных материалов (тонкодисперсного оксида кальция, строительного гипса, цемента) и цилиндрических изделий, а также рассматривались связанные'с этим вопросы влияния те рмомзхани ческой (механической) активации твердых веществ на процессы химического реагирования и тепломассообмена.
Работа выполнялась в соответствии с постановлением ГКНТ СССР № 539 от 13.12.82 и * 67 от II.03.87.
Целью работы являлись разработка моделей,'зависимостей для расчета параметров ведения термомеханохимическик процессов в разных вариантах их совмещения (Рис.1) и разработка способов, оборудования для их реализации, а именно:
- моделирование совмещенных механохимических процессов
(измельчение + химическое реагирование) с учетом релаксационных
свойств обрабатываемого мате ріала;
'- разработка математических зависимостей для расчета совмещенных термомеханохимических процессов обработки минерального оырья, состоящей из совместного измельчения обжигаемых частиц механическими и териичеокими ударами;
- моделирование совмещенных гермомеханических процессов
обработки (механическое деформирование + сушка) материала с ис
пользованием тепловой энергии его деформации на испарение внуг-
Механическая обработка материалов (измельчение, деформирование) в сочвтании с другими видами технологичзскоЯ обработки образует следующие совмещенные процессы:
КОМБИНИРОВАННЫЕ (СОВМЕЩЕННЫЕ) ПРОЦЙСЫ
Измельчение механическими ударами и химическое реагирование минерального сырья в условиях релаксации внутренних напряжений материала (механическая активация)
Измельчение механическими и термическими ударами обжигаемого минерального сырья
(тэрмомеханическая активация)
Супка механически деформируемого материала (поперечная обкатка валками и сушка влажных цилиндрических изделий)
Рис.1. Схема рассматриваемых вариантов совмещения процессов технологической обработки материалов
ренней влаги;
-- разработка способов и оборудования для реализации механи-чэской, термомеханической активации минерального сырья, для реализации совмещенных процессов обкатки валками полых цилиндрических изделий с их сушкой.
Научная новизна работы заключается в обосновании принципов интенсификации химических и териомассообменных процеосод. основанной на их совмещении, на использовании активации твердого материала механическими и термическими ударами. При этом впервые:
в рамках единого, подхода рассмотрено совмещение в различных вариантах механической обработки минерального сырья и материалов с химическим реагироланием, термическими ударами и процессами сушки;
разработана модель процесса механической активации твердых веществ механическими ударами с учетом релаксации внутренних напряжений обрабатываемого материала;
.- получены математические зависимости для расчета процесса активации минерального сырья совмещенными термическими и механическими ударами (термомеханическая активация);
разработана математическая модель "ступенчатого" измельчения обжигаемых частиц минерального сырья, когда химическое реагирование идет непрерывно, а измельчение - периодически;
дано математическое описание совмещенных процессов спекания компонентов сырьевой смеси и измельчения микроспеков термическими и механическими ударами;
разработана математическая модель термомеханического измельчения материалов - термическими и механическими ударами;
- дано математическое описание совмещенных процессов механи
ческого деформирования материала методом поперечной обкатки из
делия и его сушки за счет тепловой онергии деформации и конвек-
.7 тивного теплообмена (обдува).
Практическая ценность работы состоит в следующем.
1. Разработан совместно с конструкторским бюро Ивановского
силикатного завода и Ивановским филиалом РОСОРГГЕХСТРОМа реактор-
- измельчитель мощностью 300 т/сутки тонкодисперсной извести.
"Использование совмещенных процессов в производстве силикатных материалов и изделий повыиает объем производства извеоти в 1,3 раза, увеличивает выпуск силикатного кирпича в 1,8 раза и газосиликата на 5Q%.
2. Разработан совместно с конструкторским отделом Уваровско-
го химического завода (УХЗ) рабочий проект промышленно.го механи
ческого активатора (Объект 004-11) производительностью
20-30 г/чао. Опытно-промышленные испытания на УХЗ изготовленного активатора показали, что использование механической активации минерального сырья в производстве двойного суперфосфата и серной кислоты при минимальном числе оборотов активатора" повышает производительность одной технологической линии на 12-14 %, снижает материальные затраты на 5-7 %, энергозатраты - на 8-Ю %.
-
Результаты исследования совмещенного процесса термомеханического измельчения обжигаемых частиц минерального сырья были заложены в проекты промышленных установок по производству тонкодисперсной извести производительностью 65 и 100 т/сугки, разработанные Московским ВНИИЦШЕНТом совместно с Институтом высоких температур АН СССР (ИВТАН).
-
Разработана опытно-промышленная установка для правки и сушки фибровых труб методом поперечной обкатки 7Т-Э.00.000, которая внедрена на Заволжском картокно-фибровом объединении. Проведенные опытно-промышленные испытания показали, что использование в производстве совмещенных процессов, включающих обкатку и сушку изделия, попытает призводительность участка фкбровяпич
на Іб і, участка выщелачивания на 41 %, сушильного отделения, на 49 %, а участка правки формы фибр^лых труб - на 40 %.
5. Разработаны методики расчета параметров ведения совме
щенных процессов:
измельчание механическими ударами и химическое реагирование минерального сырья (механическая активация);
измельчение механическими и термическими ударами обжигаемого, минерального сырья (термомеханическая активация);
сушка механически деформируемого материала (поперечная обкатка валками влажных цилиндрических изделий).
6. Разработаны способы реализации совмещенных процессов с
участием активированных твердых веществ, защищенные авторскими
свидельствами СССР: Ш 1058608, 1534828, І6І4262, патентом
Р$ К 1823229 и оборудование комбинированного, действия.для проведения указанных процессов, защищенное авторскими свидетельствами Ш 31-4983, 1063457, 1569030, І72І890.
. Автор защищает;
1. Математические модели следующих совмещенных процессов
технологической обработки материалов:
измельчение механическими ударами и. химическое реагирование минерального сырья в условиях релаксации внутренних напряжений материала (механическая активация);
измельчение механическими и термическими ударами обжигаемого минерального сырья (термомехани.ческая активация);
-.поперечная обкатка (деформирование материала) валками, и сушка влажных цилиндрических изделий.
2. Математические зависимости, для расчета параметров веде
ния следующих совмещенных процессов:
- периодическое ("отупенчатае") измельчение обжигаемых час
тиц мин врал ню го сырья термическими и механическими ударами;
- спекание компонентов сырьевой смеси, и измельчение микро--
спеков термическими, и механическими ударами.
3. Новые технические решения для реализации рассматриваемых совмещенных процессов технологической обработки минерального сырья и материалов.
Апробация результатов работы. Материалы диссертации докладывались:
на +-ом Международном конгрессе "'chisa' 72"; (Прага, 1972); 2-ом Международном симпозиуме "Использование вычислитель-, ной техники в химической промышленности," (Чехословакия, Усти над Лабем, 1973);
на Всесоюзных симпозиумах: по механоэмиооии и механохиг-мил твердых тел (Таллин, І98Г; Ростов на Дону, 1986);
на Всесоюзных конференциях: "Проблемы тонкого измельчения, классификации и дозирования" (Иваново, 1982); "Технология сыпучих материалов" (Ярославль, 1989);
на Всесоюзных научно-технических совещаниях: "Гидродинамика, тепло- и массообмен в псевдоожиженном слое" (Иваново, 1969); "Пути совершенствования, интенсификации и повышения надежности аппаратов в основной химии" (Сумы, 1932); "Механохимин неорганических веществ" (Новосибирск, 1982); "Повышение эффективности и надежнооти. машин и аппаратов в основной химии" (Сумы, 1986);
- на Всесоюзных семинарах: "УДА- твхнологил"(Таллин, 1983); Тамбов, 198*»);
- на техсоветох Ивановского завода силикатного кирпича и
Ивзаовского филиала РОСОРГТЕХСТРОМ (1972; 1975), Заволжского
каргошю-фиброяого объединения (1975; 1977), Увнрояскогп хими
ческого завада (198ч), ВІШЙЦШПІТо (1989);
- на научно-технических конференциях Ивановского хишко-
івхнологического института (Иваново, 1974 - 1988).
Публикации. Материалы диссертации отражены в ?0-ти публикациях, в І5-ти отчетах по IMP, в полученных 7-ми авторских свидетельствах СССР и в одном патенте Р*.
Объем и структура работы. Общий объем диссертации ЗЬЬ страниц, в том числе: 241 страница основного текста, 75 рисунков и таблиц на 73 страницах, список использованных литературных источников на 32 страницах и 39 страниц приложения. диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованных литературных источников (251 наименование отечественных и зарубежных авторов) и приложения.