Введение к работе
Актуальность работы. В современных условиях качественные показатели органических красителей и пигментов (концентрация целевого компонента, однородность дисперсного состава, чистота, цветность, термо- и светостойкость) определяют конкурентоспособность продукции на рынке, а следовательно, и рентабельность их производства. Определяющее значение на формирование этих показателей оказывают состав и концентрация целевого вещества сырьевых компонентов. Полупродукты органических красителей (ПОК) - вещества с широким диапазоном структурных, физико-механических и теплофизических свойств. Задача выбора метода сушки ПОК требует комплексного подхода: с одной стороны, необходимо учесть свойства продукта как объекта сушки и требования к ПОК по конечному содержанию целевого вещества, так и экологическую и технологическую безопасность процесса; с другой стороны, процесс обезвоживания должен быть энерго- и ресурсосберегающим. Для класса ПОК пиразолонового ряда (1/4-толил-3-метил-5-ли-разолон (ПТМП), 1-фенил-3-метил-5-пиразолон (ФМП)), с учетом высокой пожаро-, взрывоопасное их пылевзвеси, предлагается метод сушки ПОК в плотном слое. При использовании микроволнового способа подвода тепла к слою материала возможно обезвоживание ПОК непосредственно в фильтровальном оборудовании. При реализации совмещенной схемы подвода тепла к высушиваемому материалу — предварительном нагреве слоя до температуры кипения влаги и его микроволновой сушки без доступа воздуха — возможно осуществить сушку пожаро-, взрывоопасных веществ, уменьшить потери целевого вещества, снизить энергозатраты на процесс и сократить количество выбросов в атмосферу. Применительно к классу ПОК пиразолонового ряда предлагаемый метод сушки является неизученным.
В связи с вышесказанным исследование процесса сушки ПОК пиразолонового ряда (и других материалов-аналогов), разработка методики инженерного расчета аппаратов, реализующих данный процесс, имеют актуальное научное и хозяйственное значение.
Работа выполнялась в соответствии с единым заказ-нарядом Министерства образования Российской Федерации, региональной научно-технической программой Министерства и технологии Российской Федерации "Черноземье" на 1997 - 2000 гг.
Цель работы. Теоретическое и экспериментальное исследование процесса сушки ПОК пиразолонового ряда в плотном предварительно нагретом слое при микроволновом способе подвода тепла; разработка методики и алгоритма инженерного расчета аппаратов для обезвоживания и рекомендаций по организации процесса получения ПОК с концентрацией целевого вещества более 99 %. Для достижения указанной цели были поставлены и решены задачи:
исследование возможности применения микроволновой сушки для выделенного класса ПОК;
исследование кинетики процесса микроволновой сушки в плотном предварительно нагретом слое при различных характеристиках мик-
роволнового излучения (напряженность электрического поля) и слоя материала (толщина);
— математическое моделирование процесса микроволновой сушки
предварительно нагретого слоя материала;
— исследование диэлектрических характеристик жидкой фазы
(водный раствор хлоридов и бисульфитов натрия и аммония) слоя мате
риала (относительная диэлектрическая проницаемость, тангенс угла по
терь) в зависимости от концентрации растворенных в ней примесей;
разработка методики инженерного расчета аппарата для обезвоживания ПОК пиразолонового ряда в плотном предварительно нагретом слое при микроволновом способе подвода тепла;
разработка рекомендаций по организации процесса, проектированию и эксплуатации аппаратов реализующих микроволновую сушку ПОК в плотном предварительно нагретом слое.
Научная новизна. Впервые разработана математическая модель процесса микроволновой сушки ПОК пиразолонового ряда в плотном предварительно нагретом слое, учитывающая изменение диэлектрических свойств жидкой фазы слоя и коэффициента обратного отражения мик-роволного излучения.
Исследовано влияние концентрации растворенных компонентов жидкой фазы материала на ее диэлектрические характеристики и кинетику процесса микроволновой сушки для ПОК пиразолонового ряда и материалов-аналогов.
Практическая ценность. Подтверждена возможность применения метода сушки класса ПОК пиразолонового ряда в плотном предварительно нагретом слое при микроволновом способе подвода тепла.
Разработана методика шгженерного расчета процесса сушки ПОК пиразолонового ряда в плотном предварительно нагретом слое при микроволновом способе подвода тепла.
Реализован алгоритм расчета скорости удаления влаги из материала, текущей и средней доли использования СВЧ-энергии, производительности по сухому продукту и величин внутреннего избыточного давления в слое.
Проведен сравнительный анализ энергозатрат на проведение микроволнового способа сушки в плотном предварительно нагретом слое и, используемого на АО «Пигмент» для обезвоживания ПОК пиразолонового ряда, вакуумного способа сушки в вакуум-гребковых сушилках типа «Венулет» на примере ПТМП (ожидаемое снижение энергозатрат на процесс сушки 3,6 ... 4 раза).
Разработаны рекомендации по практическому использованию микроволновой сушки в плотном слое для ПОК пиразолонового ряда и класса арилидов (анилид ацстоуксусной кислоты, ортохлоранилид ацето-уксусной кислоты, ортоанизид ацетоуксусной кислоты).
Метод микроволновой сушки ПОК пиразолонового ряда в плотном предварительно нагретом слое апробирован в лабораторных условиях и на опытно-промышленной установке (ОАО «Пигмент», г. Тамбов).
Апробация работы. Результаты работы доложены на пятой и шестой региональных научн.-техн. конф. «Проблемы химии и химической технологии» (Липецк, 1997 г., Воронеж, 1998 г.); международной научн.-техн. конф. (Воронеж, 1997 г.); научн.-техн. конф. «Экология-98» (Тамбов, 1998 г.); III международной теплофизической школе (Тамбов, 1999 г.); Международной научн. конф. (Воронеж, 2000 г.);
Публикации. По теме диссертации опубликовано б работ.
Объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений. Она содержит 113 страниц основного текста, 42 рисунка, таблицу, 7 приложений и список использованных источников из 106 наименований.