Введение к работе
Актуальность работа. Одная из наиболее актуальных задач совромоппой химической технологии является проблема интенсификации производственных процессов. Особенно это касается массо-обмонных и химических процессов с участиям твердой фчзы.
Наиболее широко примоняюіциося в настоящее время мето;»! интенсификации основаны, как правило, на создании активных гидродинамических режимов в аппаратах. Однако, сувдетауот больаіап группа процессов, для которых примолопио указанных способов интенсификации обычно оказывается недостаточно эффективным. Сюда относятся просеян, которые тормозятся кгага-тикоя можфзэного взаимодействия и диффузией в твердоа фазо, в первую очередь, мпогиэ химические реакции, особенно с образованиям твердого продукта, растворения и экстракция плохо-растворимых веществ, твердофазные реакции и т.п. Их ускоренно невозможно боз кзконопия свойств взэииодоястпувдя твердой фазы, увеличения ео активности.
Влиять па характеристики твердых тел можно, используя различимо виды воздействия: температурные, атектричоскиэ, радиационные. Однако, указэгошх цежй можно достигнуть и применением механических нагрузок. При этом, в Солыииспю случаев, энорготичоскио и каторизльныо затраты будут ниже. Механическая обработка твердой фазы позволяет но только увеличивать ее поверхность» но и существенным образов иамонпот параметры материала, влиящиэ на кинетику процессов о его участием. Применение механических воздействия с цолыо активации твердых тол дает возможность не только повысить тохилко- экономические показатели существующих производств, ео и создает, предпосылки для разработки новых высокоэффективных процес* з я аппаратов.
Анализ существующего уровня развития теории и практики механической активации веществ показывает.' что несмотря на имеющиеся приборы у спитого ое использования, основы данного процесса изучены явно недостаточно.. Возникает необходимость продолжения исследования в этой области с целью дальнейшего развития теоретических аспектов и создания условия для разработки новых совершенных технология к оборудования дал их осуиэствлеиия. В связи_ о этим представляются актуальными и имеющими важное значениз рассматриваемые в данноа работе
- г -
вопросы теории механической активации и ее использование для гюшаюния эффективности и ускорения ряда процессов.
Работа шдалнялась в соответствии с постановлениями ГШГГ СССР N БЗЭ ОТ 13.12.82 И Н Є7 от 11.03.87.
\ШШ роботи являлись теорэтическна и акспорименталышо исследования воаможности применения механических воадеаствиа для изменения характеристик твердея фазы, участвующая в гетерогенной прсцасее, повышения ее активности и разработка ка отоа осново новых, более совершенных технологических процессов и оборудования. При атом роаа-дась следующие задачи:
моделирование процесса механического воздействия;
устаноплонио связи между характером и величиной деаствующих нагрузок и изменениями в обрабатываемом материал»;
получение расчетных зависимостей для определения величины энергии, накопленной твердой фззоя при механическом воздействии;
- исследование влияния виц;; механического нагружения и
режима работы оборудования на эффек;квность процесса активации;
- разработка рекомендаций по практическому применения
катода: «зханичоскай активации в конкретных технологических
провесах.
рагчная новизна работы заключается в обосновании принципов интенсификации химических и массообменных процессов, лимитируемых диффузией в твердой фазе и кинетикоя мекфаэного взаимодействия, основанной на использовании эктгаации твердого материала путем механического воэдеяствия. При этом впервые:
- в рамках единого подхода рассмотрено преобразование
подводимоа энергии при деформировании дисперсной фазы; получено
условие изменония кинетики химической реакции при механическом
воздействии на твердое тело;
разработана модель процесса деформирования твердого тела, учитывающая эффекты поглощения энергии при механической обработке;
предложены кагетаттэстлэ зависимости для расчета величины зпоргии, поглоаеняоз толом при механической обработке;
- с применением катодов макроскопической квантовой термо
динамики получено выражение, позволяющее учитывать атаяние
упругих свойств тела и параметров окружающая среда на колпчест-
во поглоданной энергии;
- получены зависимости, связывающие параметры «еяаничеоко-
го воздействия с количеством и распределением ГОГЛОМЄЯПОЙ экор-
гни, а также с величино» тепловых потерь; проведена оценка эффективности различные видов воздействия;
предло1!ены вырашния, позволяет»» оценить степень изменения кинетичоских коэффициентов в активированной твердой фазо и соответствующие уравнения кинетики процессов с ео участием;
проведена классификация существующих и новых аппарэтов--активатарез.
Практическая ценность, роботы состоит в слэдуклдам.
-
Разработана методика расчета количества энергии, погло-гонгюя материалом гфИ иоханическом воздепствии, что в конечном итого позволяет оценить изменепио кинетики технологического протеса с участиои активированной твердой фазы..
-
Рассмотрены диапазоны извэиепил параметров нагрушяия, роалиоуокь» в реальных машинах, указаны мори по пошгаонкя эффективности механического воздействия.
3. Дапы рококоидации по выбору типа активатора в
чависимости от конкретного технологического процесса.
-
Разработаны образны новых конструкция аппаратов для активации и измельчения твердых тол, защищенных авторскими свидетельствами СССР 601880, Й73156, 11624137, 1235524.
-
Предложен ряд интенсивных технология с использованиям механической обработки материала для повышения активноегга твердой фазы, в том число:
предварительная активация исходного сырья пря получения гидрохинона, приводящая к увеличению выхода готового продукта (внедрена на Дзержинском п/о "Оргстекло");
предварительная активация гидроокиси аллюмкнил с целью увеличения полноты и скорости растворопия (принята к внедрении на Днепродзержинском п/о "Азот");
активация с одновременным смешевт* исходных еощоств а производстве композиционных материалов на основе' фторопласта, позволяющая повысить физико-мехзяичоскиэ свойства продукта (испытана на Пермском и/о "Галоген", принята к внедрения яа Кирово-Чапэцком хим.комбинате);
- технология получения фосфата цинка и конструкция
реактора-активатора, дающие возможность в несколько раз сократить продолжительность процесса (приняты к внедрению на Ивановском п/о "Химпром", конструкция и методика расчета реактора приняты к внедрению в НИИ ИРЕА);
- технология и оборудование для ускорения процесса
газофазного сульфирования метэллофталоцизшшов (защищены
авторским свидетельством СССР 1395645, приняты к внедрению на
Заволжской хим.заводе).
Алробация работы. Результаты исследований докладывались:
- на Всесоюзных симпозиумах по механоэмиссии и мехаяохимии
твердых тел (Ташкент,1070; Таллинн,1981);
на Всесоюзных конференциях: "Современные машины и аппараты химических производств" (Чимкент,1980; Навои,1083); "Проблемы тонкого измельчения, классификации и дозирования" (Иваново,1962); "Пути повышения эффективности использования вторичных ресурсов" (Кишинев,1085); "Процессы и аппараты производства полимерных материалов" (Москва,1988); "Технология сыпучих материалов (Белгород,1986, Ярославль 1989); "Механика сыпучих материалов" (Одесса,1991);
иа Республиканской конференции "Физико-химическая механика дисперсных систем и материалов" (Одесса,1983);
на Всесоюзных научно-технических совещаниях: "Пути совершенствования, интенсификации и повышения надежности аппаратов в основной химии" (Сумы,1980,1982); "Перспективы развигия производства по выпуску микро-, и тонкоизмельченного кальцита, барита и цеолита" (Цхалтубо,1981);
на Всесоюзных семинарах: "УДА-технология" (Таллинн, 1983); "Дззинтеграторная технология (Таллинн,1989);
на научно-технических конференциях Ивановского химико-технологического института (Иваново, 1978-1992)
Публикации. Материалы работы отражены в 48 публикациях, получено 6 авторских свидетельств СССР на изобретения.
Обгони работы, диссертация состоит из введения,' 8 глав, общих выводов, списка использованной литературы (289 наименований) и приложений. Работа изложена на 259 стр. и содержит 38 рисунков и 19 таблиц.