WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

Юнусов Ленар Ринатович

«ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ КОНВЕКТИВНОГО

ТЕПЛОМАССООБМЕНА В УСЛОВИЯХ ВАКУУМНО-КОНВЕКТИВНЫХ СУШИЛЬНЫХ КАМЕР»

05.17.08

технические науки

Д 212.063.05

Ивановский государственный химико-технологический университет

153000, Иваново, пр-т. Ф. Энгельса, 7, ИГХТУ

Тел: (4932) 32-54-33

Email: dissovet@isuct.ru

Предполагаемая дата защиты диссертации – 16 июня 2008 года

На правах рукописи

Юнусов Ленар Ринатович

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ КОНВЕКТИВНОГО

ТЕПЛОМАССООБМЕНА В УСЛОВИЯХ ВАКУУМНО-КОНВЕКТИВНЫХ СУШИЛЬНЫХ КАМЕР

05.17.08 – Процессы и аппараты химических технологий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Иваново – 2008

Работа выполнена в Казанском государственном технологическом универси­тете на кафедре переработки древесных материалов.

Научный руководитель

доктор техни­ческих наук,

профессор Р.Г. Сафин

Официальные оппоненты

доктор техни­ческих наук,

профессор Е.Г. Авдюнин

доктор техни­ческих наук,

профессор А.Г. Липин

Ведущая организация

Татарская лесная опытная станция (ТатЛОС)

Защита состоится «16» июня 2008 г. в 14.00 час. на заседании совета по защите кандидатских и докторских диссертаций Д 212.063.05 в Ивановском государственном химико-технологическом универ­ситете по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф.Энгельса, 7, ауд. Г-205.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановского государственного химико-технологического универ­ситета.

Автореферат разослан «15» мая 2008 г.

Ученый секретарь

совета Д 212.063.05 Г.А. Зуева

Общая характеристика работы

С каждым годом к сушке пиломатериалов на лесопильно-деревообрабатывающих предприятиях предъявляются все более жесткие условия, требующие сокращения энергозатрат и длительности процесса сушки без ущерба качеству высушиваемого материала. В связи с этим камерная сушка становиться одним из важнейших участков предприятий, ответственным звеном общего технологического процесса обработки древесины.

Актуальность темы. В современных условиях при наблюдаемой тенденции роста тарифов на энергоносители, особенно актуальной становится проблема энергосбережения в производственно-хозяйственной деятельности предприятий. По оценкам специалистов в ближайшие годы государство перестанет регулировать цены на электроэнергию, и они будут определяться законами спроса и предложения. Поэтому внедрение энергосберегающих технологий является одним из важных направлений повышения эффективности производства и умелого ведения технологических процессов в рыночных условиях хозяйствования предприятий.

При этом сушка материалов на многих предприятиях является одним из самых энергоемких процессов. Особенное значение данный технологический процесс приобретает в условиях, когда необходимо сохранение определенных свойств высушиваемого материала. В частности, продолжительность сушки массивной древесины, занимает от двух недель до двух месяцев в зависимости от сортамента высушиваемого пиломатериала, что обусловлено развитием внутренних сушильных напряжений, приводящих к нарушению целостности и снижению качества сушки. Подобная длительность процесса приводит к значительному потреблению тепло- и электроэнергии.

Значительно сократить продолжительность процесса, а значит, и снизить её себестоимость позволяют вакуумные технологии сушки материалов. Однако при сушке в вакууме возникает проблема подвода тепловой энергии к высушиваемому материалу. Такие известные методы подвода теплоты, как контактное, диэлектрическое нагревание или нагрев в СВЧ-поле не всегда позволяют получить требуемое качество или приводят к значительному удорожанию стоимости сушильного процесса. Поэтому наиболее перспективным направлением, как с позиций себестоимости процесса, так и с позиций качества получаемой продукции, считаются вакуумные технологии сушки с подводом тепла конвекцией, которые можно осуществлять путем чередования стадий нагрева и вакуумирования или конвективной сушкой в разреженной среде.

Несмотря на все преимущества вакуумных технологий на этапе их аппаратурного оформления возникают серьезные затруднения, связанные с выбором рациональной конструкции аппаратов и режимов их работы. Поскольку разработанные ранее применительно к традиционным атмосферным конвективным камерам технические и технологические решения по созданию равномерного подвода тепловой энергии конвекцией в условиях вакуумных аппаратов вызывают значительные затруднения, вследствие необходимости экономии дорогостоящего вакуумного пространства. Поэтому существующие в настоящее время на рынке сушильной техники вакуумно-конвективные камеры в большинстве своем не удовлетворяют требованиям по равномерности конечной влажности высушенного штабеля.

Поэтому разработка методов расчета процессов, протекающих при вакуумно-конвективной сушке пиломатериалов, совершенствование действующих и создание новых высокоэффективных вакуумных аппаратов, позволяющих получать равномерную по штабелю конечную влажность, а также разработка новых ресурсо- и энергосберегающих технологий и их аппаратурного оформления является актуальной задачей.

Работа выполнялась в соответствии с координационным планом НИР ВУЗов по процессам и аппаратам химических производств и кибернетике химико-технологических процессов.

Цель работы состоит в разработке метода расчета и аппаратурного оформления процессов вакуумно-конвективной сушки пиломатериалов.

В соответствии с поставленной целью в настоящей работе решались следующие задачи:

  • разработка математической модели для процессов вакуумно-конвективной сушки пиломатериалов, отражающей особенности подвода тепла конвекцией в условиях вакуумных аппаратов;
  • разработка инженерной методики расчета, позволяющей рассчитать оборудование и конструктивные особенности вакуумно-конвективной сушильной камеры;
  • разработка алгоритма расчета и моделирование процессов, с целью рекомендации режимных параметров исследуемых процессов и конструктивных особенностей вакуумно-конвективных аппаратов сушки;
  • разработка экспериментальных установок для физического модели­рования рассматриваемых процессов;
  • разработка энергосберегающего оборудования вакуумно-конвективной сушки древесины;
  • промышленная реализация результатов теоретических и эксперимен­тальных исследований и конструкторских разработок;
  • реализация результатов исследований применительно к традиционным конвективным сушильным камерам.

Научная новизна. Исследованы закономерности конвективного теплоподвода к пиломатериалам в условиях вакуумных аппаратов сушки:

    • создано математическое описание технологических процессов, протекающих при вакуумно-конвективной сушке пиломатериалов, отражающее особенности подвода тепла конвекцией в условиях вакуумных аппаратов;
    • по результатам математического моделирования и экспериментальных исследований выявлены пути интенсификации процессов, установлено, что при удалении свободной влаги давление в аппарате целесообразно поддерживать на постоянном значении; при снижении влагосодержания древесины ниже 25% производить повышение давления в зависимости от породы, текущей влажности и толщины сортимента;
    • для наиболее равномерного удаления влаги по штабелю пиломатериалов в условиях вакуумных аппаратов целесообразна поперечная схема обтекания с установкой нагревательных элементов теплового оборудования только во всасывающем канале вентилятора;
    • разработана энергосберегающая технология вакуум-осциллирующей сушки древесины и конструкция комплекса вакуумной сушки для её реализации (положительное решение на выдачу патента РФ по заявке № 2007111612/20).

Практическая ценность. В результате исследования технологических процессов, протекающих при вакуумно-конвективной сушке пиломатериалов:

    • разработаны новые конструкции оборудования, направленные на снижение энергозатрат на процесс сушки и улучшение качества высушиваемого материала;
    • разработана инженерная методика расчета вакуумно-конвективной камеры;
    • предложены режимные рекомендации для проведения вакуумно-конвективной сушки пиломатериалов;
    • разработаны и реализованы рекомендации по усовершенствованию существующих конвективных камер для сушки пиломатериалов;
    • разработаны экспериментальные установки и методики исследований, позволяющие определить недостающие для моделирования характеристики.

Внедрение вакуумных аппаратов для сушки массивной древесины на деревообрабатывающих предприятиях «Искра» и «Айлант» осуществлено с общим экономическим эффектом свыше 800 тыс. руб.

На деревообрабатывающих предприятиях «Карпентер» и «Вельд» произведено усовершенствование конвективных камер периодического действия с целью снижения продолжительности и повышения качества сушки. Экономический эффект от внедрения данных технических решений составил более 1,6 млн. руб.

Разработанные конструкции аппаратов приняты к серийному изготовлению предприятием ЗАО «Ферри Ватт», специализирующемся на производстве вакуумного оборудования.

Разработанные экспериментальные установки, методики исследований и программные продукты внедрены в учебный процесс в рамках курсов «Гидротермическая обработка и консервирование древесины» и «Методы математического моделирования процессов в деревообработке».

Основные положения, выносимые на защиту. Решение проблемы, состоящей в создании ресурсо- и энергосберегающих технологий и аппаратурного оформления процессов вакуумно-конвективной сушки древесины, на основе режимных параметров и конструктивных характеристик, полученных в результате расчета математического описания, а именно:

    • математическое описание технологических процессов, протекающих при вакуумно-конвективной сушке древесных пиломатериалов, отражающее особенности подвода тепла конвекцией в условиях вакуумных аппаратов;
    • результаты математического моделирования и экспериментальных исследований вышеуказанных процессов;
    • методику расчета вакуумно-конвективной сушильной камеры;
    • способы и конструкции установок вакуумно-конвективной сушки пиломатериалов;
    • усовершенствованные схемы конвективных камер периодического действия для сушки пиломатериалов.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на конференциях «Актуальные проблемы развития лесного комплекса» (Брянск, 2007); «Проблемы использования и воспроизводства лесных ресурсов» (Казань, 2006); «Вакуумная техника и технология» (Казань, 2007), а также на научных сессиях по технологическим процессам Казанского государственного технологического университета (Казань, 2006-07).

Личное участие автора состоит в выборе темы и разработке основных идей диссертации, а также в постановке и решении задач теоретического, экспериментального и прикладного характера. При непосредственном участии автора изготовлены лабораторные установки; разработаны, спроектированы и изготовлены опытно-промышленные образцы вакуумных сушильных установок, выполнены эксперименты и проведены промышленные испытания; разработаны и реализованы мероприятия по усовершенствованию ряда существующих технологических процессов. Автору принадлежат основные идеи опубликованных в соавторстве и использованных в диссертации работ.

Публикации. По результатам выполненных исследований автором опубликовано 14 печатных работ, в том числе статья в рецензируемом журнале и два положительных решения на выдачу патентов РФ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Основное содержание диссертации составляет 143 страницы машинописного текста.

На всех этапах работы в качестве консультанта активное участие принимал д.т.н., профессор Сафин Р.Р.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определена цель исследований, отмечена научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе проанализированы и классифицированы способы сушки древесины, основанные на конвективном методе подвода тепловой энергии к материалу, исследованы процессы конвективного тепломассообмена в процессах сушки и представлен анализ древесины как объекта сушки.

В качестве агентов тепловой обработки древесины могут быть использованы различные газообразные (горячий воздух, насыщенный и перегретый пар, паровоздушная смесь, топочные газы) и жидкие (горячая вода, гидрофобные и гидрофильные жидкости) теплоносители, каждый из которых имеет свои преимущества и используется в зависимости от поставленных целей. Влияние теплоносителей в их различных состояниях на процесс прогрева и непосредственно сушки изучалось многими исследователями, среди которых Кныш В.А., Гей Н.Н., Кротов Л.Н., Михайлов Ю.А., Шубин Г.С. и др. Исследования этих авторов указали на необходимость быстрого предварительного прогрева пиломатериалов перед процессом сушки, поскольку удаление влаги из предварительно непрогретых пиломатериалов приводит к нарушениям целостности поверхностных слоев, поэтому на стадии прогрева степень насыщенности при влажности древесины выше 25 % устанавливают в интервале 0,98 – 1, при влажности ниже 25 % - 0,90 – 0,92.

Исследования целесообразной скорости циркуляции сушильного агента при конвективной сушке пиломатериалов проводились Серговским П.С., Микитом Э.А. и Уиманисом К.К, Гринхила В.Л., и др. В этих работах предельно высокая скорость потока, до которой её влияние оказывается существенным, оценивается по-разному. По мнению В.Л. Гринхила такая скорость составляет 0,6 м/с, а по опытам Серговского на перегретом паре 4 – 4,5 м/с. По расчетам Гей Н.Н. величина оптимальной скорости потока, обеспечивающей наилучшие технико-экономические показатели работы традиционных конвективных сушильных камер, лежит в пределах 2 – 2,5 м/с.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»