Введение к работе
Актуальность темы. Современное текстильное предприятие является сложным энергоемким хозяйством, в котором используются различные вещества и сырье на их основе. На долю оборудования этого производства приходится до 80% всей тепловой энергии, затрачиваемой на производство тканей. Нерациональное ее использование приводит к неоправданным энергозатратам и тепловому загрязнению биосферы. Указанные выбросы содержат также механические и химические включения, отрицательно влияющие на окружающую среду и обслуживающий персонал. Так, при обработке 1 млн. м2 тканей выбрасывается до 3 млн. м3 паровоздушной смеси с температурой 70С и выше, содержащей в себе также продукты возгонки высокомолекулярных соединений, смолы и другие химические элементы. Все это неблагоприятно сказывается на технологических и экономических показателях работы оборудования отделочного производства.
Улучшение указанной ситуации связано с разработкой мероприятий, направленных на снижение и исключение тепловых и пылевых выбросов на предприятиях отделочного производства. Решение этой задачи возможно на основе объективной оценки эффективности использования подведенных к технологическому оборудованию энергоресурсов различной природы. Традиционные методы и оценки, получаемые на основе теплового баланса оборудования, позволяют лишь частично проанализировать степень использования тепловых источников энергии. Требуемые же объективные эценки могут получены на основе эксергетического метода термодинамического анализа. Однако его применение требует наличия соответствующих методик и расчетных соотношений, учитывающих специфические особенности технологии и аппаратуры отделочного троизводства. До настоящего времени таковые отсутствовали. Аналогичная ситуация сложилась и в области пылеочистки. В настоящее время разработано достаточное количество высокоэффективных сепараторов шличных конструкций, позволяющих решить задачу оздоровления жружающей среды. Однако выбор конструкции такого устройства для сонкретной установки связан с необходимостью расчета показателя этого шпарата, учитывающего одновременно энергетические и технологические :го характеристики. В этом случае удается совместить технологический и інергетический оптимум сепаратора. Получение такого показателя также юзможно на основе эксергетического анализа.
Изложенное показывает, что исследования, направленные на іазработку методов и мероприятий по повышению эффективности работы ехнологического оборудования отделочного производства на основе
эксергетического анализа являются актуальными, так как позволяют снизить энергозатраты и оздоровить окружающую экологическук обстановку в технологии отделочного производства. Указанные исследования и явились темой данной работы. При этом в качестве объекте исследований выбраны процессы сушки и сепарации как наиболее энергоемкие и неблагополучные в экологическом аспекте операции і отделочном производстве.
Цель работы заключалась в разработке на основе эксергетичсскогс анализа методов расчета сушильного и пылеулавливающего оборудования а также технических решений, направленных на снижение эксергетическю затрат и оздоровление окружающей среды в указанных установка?! отделочного производства. Поставленная цель достигается путем:
разработки методик эксергетического анализа сушильных установок, позволяющих на их основе выбрать и рассчитать показатели характеризующие степень использования в них эксергетическогс потенциала энергоносителей;
анализа эффективности использования подведенной энергии в типовых промышленных сушильных установках отделочного производства и выявления внутренних резервов, позволяющих снизить в них энергозатраты;
составления математических моделей и соответствующих им алгоритмов расчета технологических параметров процесса сушки и теплообмена, соответствующих минимальным эксергетическим затратам на реализацию указанных процессов;
исследования процесса сепарации твердой, фазы из газового потока для выявления на основе эксергетической концепции процесса комплексного количественного критерия и способа его расчета, учитывающего энергетические характеристики процесса;
поиска технических решений, обеспечивающих снижение затрат в теплоиспользующих установках отделочного производства за счет резервов, выявленных в процессе эксергетического анализа их работы.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Разработаны методики анализа сушильных установок, позволяющие получить объективную оценку степени использования всех подведенных в установку энергетических ресурсов и выявить потенциальные источники дополнительной энергии.
Предложены математическая модель и алгоритм расчета процесса сепарации твердой фазы из закрученного газового потока. В качестве интегрального показателя процесса используются приведенные эксергетические затраты, позволяющие проводить сопоставление сепараторов с учетом их энергоемкости.
Разработан алгоритм расчета оптимальных, с точки зрения эксергетических затрат, параметров сушильного агента в конвективных сушилках. Основой алгоритма являются уравнения материального и эксергетического балансов конвективной сушилки применительно к тканям.
Систематизированы и обобщены результаты исследований по применению эксергетического метода термодинамического анализа применительно к тепловым процессам.
Практическая ценность и реализация результатов работы в промышленности:
На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований предложены инженерные методики анализа и расчета показателей эффективности работы сушильного оборудования, характеризующих степень использования подведенных в них энергоресурсов. Указанные методики позволяют выявить пути и способы снижения энергоемкости сушильных установок.
Получена объективная оценка эффективности использования подведенных энергоресурсов в типовых сушильных установках отделочного производства. Указанные оценки являются базой для разработки рекомендаций по модернизации сушильных установок, теплообменников и тепловых сетей в цехах отделочного производства, которые позволяют снизить их энергоемкость.
« Результаты проведенных исследований легли в основу технических
проектов по модернизации сушильных и газоочистных установок на ряде
промышленных предприятий, в том числе текстильных, г. Иваново,
Джержинска.
Обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций,
содержащихся в диссертации основывается на применении современного
математического аппарата в теоретической части работы, использовании
результатов обследования работы промышленного оборудования и
корректных методов их обработки, а также соответствием' результатов
теоретических расчетов экспериментальным исследованиям.
Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертации докладывались на Всероссийской научной конференции ''Энергоресурсосбережение и экология,в_ текстильной промышленности" ^Москва, 1994 г.), на Международной конференции молодых ученых по *имии и химической технологии "МКХТ-96" и "МКХТ-97" (Москва, 1996, 1997 г.г.), на конференциях "Математические методы в химии и химической гехнологии" (Тверь, 1995г., Тула, 1996г., Новомосковск, 1997г.), на ежегодной научно-технической конференции МГТА(1995,1996, 1997 гг.). Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 статей.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы (11' наименований) и приложения. Общий объем диссертации -186 страниц, і том числе 172 страницы основного текста, 32 рисунка, 10 таблиц, V страниц приложений.