Введение к работе
Актуальность проблемы. На современном этапе научно-технического прогресса большое внимание уделяется повышению эффективности производства и улучшению качества продукции на основе всесторонней интенсификации технологических процессов и совершенст-. вования оборудования.
В ряде производств химической промышленности значительное место занимают сублимационные процессы. Они служат для разделения- твердых и газовых смесей, получения новых веществ с улучшенными физико-химическими свойствами. Процесс сублимации применяют также в пищевой, металлургической, электронной промышленности, энергетике, машиностроении и других отраслях народного хозяйства. В последнее время наблюдается расширение сферы примене- ния сублимациопшх процессов, обусловленное возможностью построения на их основе экономически чистых энергоресурсосберегающих технологических систем. Так, например, в текстильной промышленности ьесьма перспективным являэтся использоваїше сублимационных процессов и соответствующего оборудования при создаїши экологически чистых систем парофазного крашения текстильных материалов.
Однако существующее в настоящеа время сублимационное оборудование обладает рядом существенных недостатков таких, например, как большая материало- и энергоемкость, значительные потери сырья, низкая производительность, загрязнение окружающей среда выбросами вредных.вещєогв. В связи с этим возникает насущная необходимость в создаїши нового, малоотходного оборудования, позволяющего синтезировать гибкие, экологически чистые технологические системы.
Создание современного высокоэффективного сублимационного оборудования предполагает системное теоретическое и экспериментальное изучение явлений тепло- и массопереноса, интенсифицированных факторами различной природы, разработку на этой основе надежных, ле ко реализуемых на ЭВМ, методов его расчета.
Данная диссертационная работа выполнялась в соответствии с постановлением ГКНТ СССР от 11.03.87 г И 68.
Цель работы. Разработка математического описания совмещенного процесса измельчения - механической іактивации-оублимации дисперсного материала в роторно-импульсном сублиматоре с учетом комбинированного подвода тепла от нескольких иогочников; разработка соответствующего алгоритмического и программного обеспечения; теоретическое и экспериментальное исследоваше явлений тепло- и массопереноса в процессе сублимации дисперсного материала в роторно-импулъсных сублиматорах и способов их интенсификации; выдача рекомендаций к промышленному использованию результатов исследования.
Научная новизна диссертации.На основе обобщенного математического описания предложен комбинированный метод расчета процесса сублимации дисперсных материалов в роторно-имцулъснкх оублиматорах с учетом измельчения, механической активации твердой фазы и гидродинамической обстановки в аппарате, базирующийся на следующих, впервые полученных решениях задач: а) теплопроводности сферической частицы с неравномерным (равномерным) начальным распределением в ней температур в потоке газа постоянной- (переменной) температуры с учетом действия внутренних .источников, тепла, порожденных ударным нагруженном и подводом извне лучистой энергии; б) кинетики сублимации сферической частицы о произвольным начальным распределением в ней температуры
в парогазовом потоке переменной температуры при наличии внутренних источников тепла, порожденных ударным нагружением и потоком лучистой энергии; в) кинетики измельчения твердых частиц с учетом гидродинамической обстановки в аппарате.
Экспериментально установлено снижение энергии активации сублимации при механической активации ряда кристаллических орга-.нических веществ.
Практическая значимость.
-
Разработанные математические модели прогрева, сублима-. ции одиночных частиц дисперсного материала, соответствующие ал-горитмы и программы представляют значительный практический инте-рео при создании информационного банка типовых моделей основных тепломассообменных процессов химической технологии.
-
Нз основе предложенного математического описания совмещенного процесса измельчения - активации-сублимации построена теоретически обоснованная методика расчета роторно-импульоного оублиматора.
-
Показана целесообразность и эффективность использования сублиматора данного типа в экологически чистой, энергоре-оурсосберегающей системе парофазного крашения синтетических волокон.' ,
-
Разработана технологическая схема для осуществления процесса колорирования синтетических волокон из газовой фазы, отличительной особенностью которой является полное отсутствие вредных-выбросов в окружающую ореду.
Получено заключение Ивановского научно-исследовательского института 'хлопчатобумажной промышленности о практическом использовании результатов проведенного исследования при создании
новых технологий сублимационного крашения. Ожидаемых экономический эффект от создания и внедрения в промышленность технологии и оборудования для парофазного крашения полиэфирного волокна составляет 184 тыс.руб.на одну линию.
Автор защищает :
-
Аналитические решения краевых задач теплопроводности сферической частицы при граничных условиях третьего рода с учетом внутренних источников тепла, порожденных ударным нагрукени-ем и подводом лучистой энергии.
-
Системно-структурный анализ полученных решений и разработанный на его основе способ идентификации коэффициента теплоотдачи.
-
Модель кинетики сублимации сферической частицы с произвольным начальным распределением температур, в парогазовом потоке переменной температуры, с учетом внутренних источников тепла, в объёме частицы.
-
Алгоритмическое и программное обеспечение расчета процесса сублимации при данных условиях.
-
Модель процесса измельчения, разработанную на основе теории марковских процессов.
-
Обобщенное математическое описание совмещенного процесса измельчения-механической акипзации-сублимашіи твердой дисперсной фазы в рогорно-импульсном сублиматоре.
-
Результаты лабораторных исследований процесса измель-чения-акгиваціїи-сублимации органических веществ.
-
Инженорный метод расчета роторно-импульсного сублиматора.
_ 4 -
Апробация работы. Основные положения и выводы диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции "Технология сыпучих материалов - ХИМТЕХНИКЛ - 86" (Навои, 1986 г.); Всесоюзном совещании "Повышение эффективности и надежности машн и аппаратов в основной химии" (Сумы,1986 г.)} Всесоюзной научно-технической конференции "Новые процессы, оборудование и гибкие производственные системы для многономенкла-турннх химических производств - Реахимтехника -3" (Черкассы, 1986 г.); Всесоюзной научно-технической конференции "Технология сыпучих материалов" (Ярославль, 1989 г.); ІУ Всесоюзной конференции по массовой кристаллизации и кристаллизационным методам разделения смесей (Иваново, 1990 г.); УШ Всесоюзном семинаре по дезинтеграторной технологии (Киев, 1991 г.); Научно-технических конференциях преподавателей и сотрудников ИХТИ (I989-I99I .гг.)..
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Лисоертация соотоиг из введения, иеоги глав, заключения, библиографии (ПО наименований), четырех приложений. Объем работы соогалляет 171 страницу основного текста, 50 страниц приложения, включая 6 таблиц и 49 рисунков.