WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Лебедев Валерий Валентинович

СУШКА ЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ В АППАРАТЕ С

МОДИФИЦИРОВАННЫМ ВИХРЕВЫМ СЛОЕМ

Специальность 05.17.08. Процессы и аппараты химических технологий

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Иваново 2007

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Тверской государственный технический университет» на кафедре «Машины и аппараты химических производств»

Научный руководитель- кандидат технических наук, профессор

Соловьев Игорь Георгиевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Овчинников Лев Николаевич

доктор технических наук, профессор Кваша Владимир Борисович

Ведущая организация - ОАО ПЗР «Плескава», г. Псков

Защита состоится «_26_» марта 2007 г в ____ часов на заседании диссертационного совета Д.212.063.05 при ГОУ ВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет» по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф.Энгельса, 7, аудитория Г-205.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГХТУ.

Автореферат разослан «___» февраля 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор физико-математических наук ___________ Зуева Г.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из современных методов производства керамических и стеклонаполненных изделий является так называемый «сухой» способ изготовления, основанный на формовании изделий из пресс-порошков. Этот способ включает в себя в качестве одного из основных этапов – сушку тонко измельченного порошка, в который добавлено связующее – 45% водный раствор ПЭГ, концентрация и количество которого влияет на начальное влагосодержание. Оно необходимо для дальнейшего прессования заготовок изделий с последующим их прокаливанием.

Добавление и смешивание связующего с порошком приводит к образованию легко разрушаемых агрегатов широкого фракционного состава от 40 до 800мкм с начальным влагосодержанием около 3%.

Наличие раствора ПЭГ не позволяет в дальнейшем при термообработке поднимать температуру сушильного агента выше 100°С, что существенно ограничивает методы интенсификации процесса сушки порошка перед прессованием.

Поэтому в данной работе предложены способ, конструктивное оформление и метод расчета высокоинтенсивного процесса сушки термолабильного агрегированного материала, широкого фракционного состава.

Работа выполнена в соответствии с научно-технической программой Минобразования РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» код 201. Производственные технологии, 2001 – 2004 гг.

Разработке аппарата и процесса сушки в нем промышленных пресс-порошков Б-17, Т-1000 и Т-4000, а также модели тепломассообмена в них посвящена настоящая диссертационная работа.

Цель работы. Разработать способ сушки агрегированных пресс-порошков из композиционных материалов с связующим ПЭГ и создать на этой основе новое оборудование, удовлетворяющее требованиям производства керамических и стеклонаполненных изделий. Найти режимы сушки пресс-порошков, при которых обеспечивается прессуемость и отсутствие трещин, изломов и т.п. в изделиях после прокаливания, и, в конечном счете, необходимое качество конденсаторов и стеклонаполненных изделий. Разработать математическую модель сушки, позволяющую описать процесс, создать алгоритм и инженерную методику расчета аппарата, обеспечивающего непрерывный, управляемый, высококачественный процесс. Внедрить разработки в промышленность.

Научная новизна

  1. На основании исследований процесса сушки пресс-порошков при различных концентрациях связующего водного раствора ПЭГ найдена его оптимальная 45% концентрация, при которой прессуемые изделия удовлетворяют всем требованиям ТУ.
  2. Разработаны новый способ и конструкция двухфазной вихревой сушилки, обеспечивающая различное время сушки частиц разных размеров. Крупных – больше, мелких – меньше, за счет сушки крупных частиц в кипящем слое, а мелких в вихревых потоках сепарационных зон.
  3. Реализована гидродинамика вихревого потока полидисперсных частиц, позволяющая одновременно с процессом сушки проводить и эффективный процесс сепарации частиц.
  4. Найдены неизвестные ранее теплофизические и диффузионные характеристики пресс-порошков.
  5. На основе использования уравнений тепломассообмена и данных идентификации разработана математическая модель сушки пресс-порошков.

Практическая значимость. Разработана установка – комбинированная сушилка, включающая в себя аппарат с активным гидродинамическим режимом, обеспечивающая заданный процесс сушки, пылеотделение и сепарацию, алгоритм инженерного расчета установки, включая камеру очистки теплоносителя, а также вспомогательное оборудование.

Разработаны, спроектированы, изготовлены и внедрены в электронной промышленности три установки – АОПС-2 для пресс-порошка Б-17, производительностью 70 кг/час; АОПС-3 для пресс-порошка Т-1000, производительностью 100 кг/час; АОПС-4 для пресс-порошка Т-4000, производительностью 150 кг/час. Внедрена также установка в резинотехнической промышленности для сушки мела и каолина.

Разработаны оптимальные режимы сушки указанных пресс-порошков. Надежность работы сушилок проверена длительной эксплуатацией в составе линий по приготовлению пресс-порошков и наполнителей резино-технических изделий.

Автор защищает.

  1. Результаты экспериментальных исследований сушки пресс-порошков с определением оптимальных концентраций связующего 45% водного раствора ПЭГ.
  2. Математическую модель и инженерный метод расчета аппарата сушки с вспомогательным оборудованием.
  3. Результаты экспериментов по определению геометрических, диффузионных и тепломассообменных характеристик пресс- порошков.
  4. Результаты численных экспериментов исследования скорости теплоносителя в камере аппарата со вставками - завихрителями.

Апробация работы Основные положения работы доложены на II-ой и III-ей Всесоюзных научно-технических конференциях «Повышение эффективности тепломассообменных и гидродинамических процессов в текстильной промышленности и производстве химических волокон» (г. Москва, 1985 и 1989 г.), научной конференции «Повышение эффективности современных процессов и аппаратов химических производств» (г. Харьков, 1985 г.), XV Всесоюзной конференции «Актуальные вопросы физики аэродисперсных систем» (г. Одесса, 1989 г.), ХVI Международная научная конференция «Математические методы в технике и технологиях» (г. Кострома,2004г.).

Публикация результатов По материалам диссертации опубликовано 17 печатных работ, получено два авторских свидетельства и один патент.

Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 69 наименований отечественных и зарубежных авторов. Работа изложена на 121 странице машинописного текста и содержит 37 рисунков, 9 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении на основе анализа литературных источников обосновывается актуальность темы и объекты исследования, формулируются задачи диссертационной работы, излагаются основные научные положения, выносимые на защиту.

Первая глава включает в себя обзор литературы по вопросам, изучаемым в диссертации, и постановку задач исследований. В ней показано место сушки в технологическом процессе изготовления новых изделий, прежде всего, конденсаторов, для которых приготавливаются пресс-порошки, представлены характеристики высушиваемых материалов, рассматриваемых как объекты сушки.

В главе проанализировано современное сушильное оборудование для дисперсных материалов, и на основе него определено направление работ по совершенствованию агрегатов для сушки пресс-порошков.

Представлен анализ современного состояния вопроса по экспериментальному и теоретическому исследованию процессов сушки порошкообразных материалов, математическому моделированию тепло- и массопереноса между теплоносителем и частицами порошка во взвешенном состоянии.

Вторая глава посвящена разработке математической модели сушки частиц в аппарате с активным гидродинамическим режимом.

При моделировании на этапе качественного анализа модели был сделан ряд допущений и принят ряд упрощающих положений: в процессе обработки частицы не меняют первоначальные размеры; форма частиц сферическая; тепломассообмен частицы и теплоносителя воздуха – симметричный; на всем протяжении процесса сушки интенсивность внешнего тепломассообмена неизменны; температура среды в каждой из зон (псевдоожиженный слой или пневмотранспорт) постоянна; градиент общего давления отсутствует, термоградиентный коэффициент пренебрежимо мал; члены уравнений тепломассопереноса и явления, стоящие за ними, определяемые нелинейностями коэффициентов, кроме записанных, пренебрежимо малы.

В результате система дифференциальных уравнений тепломассопереноса была записана в виде

(1)

(2)

Краевые условия имели следующий вид:

начальные условия:

(3)

граничные условия:

(4)

(5)

(6)

В первом периоде сушки граничное условие сушки (5) было записано в более простом виде:

(7)

при этом величина - может определяться либо по экспериментам, либо с помощью интегральной величины влагосодержания материала. В первом периоде счет ведется при и, определяемых по уравнениям (16) и (13, 14), а во втором периоде по уравнениям (17) и (13, 15).

Критическая точка окончания первого периода сушки определялась из выражения, соответствующего точке перегиба на кривой сушки:

(8)

(9)

Задача (1–9) решалась численным методом – методом конечных разностей с использованием неявной разностной схемы, имеющей второй порядок аппроксимации по координате и первый по времени. Разностные уравнения решены методом прогонки.

На печать выводятся массивы ;. Счет прекращается после того, как (см. (8)) достигает заданной величины. Определяемое по время считается временем сушки. Определены времена сушки 3-х пресс-порошков, представленных выше, а время сушки в кипящем слое находим на основе практических исследований.

Третья глава. В настоящей главе представлены результаты экспериментальной идентификации модели процесса сушки пресс-порошков, гидродинамики вихревого слоя, теплофизических и физико-механических свойств порошков, параметров тепломассообмена, т.е. всех необходимых величин режимных параметров, при которых обеспечивается высокое качество сушки, устойчивый гидродинамический режим, требуемая степень очистки теплоносителя и необходимое качество высушиваемого материала.

Рис. 1. Лабораторный стенд для изучения процессов сушки пресс-порошков.

1-вентилятор; 2,19-задвижки; 3,17-диафрагмы; 4,18-диф. маномееры; 5-аппарат очистки; 6-зона сепарации; 7- пробоотборники; 8,14-бункера; 9-наклонная перегородка; 10-бункерная зона; 11-перегрузочное отверстие с шибером; 12-шнек вывода продукта; 13,21-привод;15-газораспределительная решетка; 16-термопары; 20-нагреватель; 22-дозатор; 23-вихревая зона; 24-камера сушки; 25-вставки завихрители; 26-контрольно-следящий прибор.

Для проведения сушки был разработан прототип промышленной сушилки, схематически представленный на рис. 1. Образцы были высушены на экспериментальном стенде, а затем подвергнуты последующей обработке вплоть до получения готовых изделий - пресс-порошков с различным содержанием связки. В результате работы было найдено оптимальное количество связующего.

На этом же стенде опытным путем были установлены наиболее целесообразные расходы теплоносителя – воздуха, обеспечившие, при выбранных габаритах камеры, требуемую производительность, степень очистки и устойчивый режим работы аппарата. Были также определены максимально допустимые температуры сушильного агента и расходы верхнего и нижнего потоков аппарата очистки, обеспечившие максимальную степень очистки.

На стенде исследована гидродинамика псевдоожижения материалов широкого фракционного состава. Показано, что для сушки данных материалов наиболее целесообразно использовать комбинированный метод: организованный псевдоожиженный в прирешеточной зоне и вихревой в остальном пространстве сушильной камеры. Комбинированный слой оптимальным образом позволяет сушить пресс-порошки, одновременно разбивая комки и обеспечивая различным по крупности частицам разное время сушки. Гидродинамическими исследованиями наглядно показано, что даже при первой критической скорости псевдоожижения всего слоя, 15% частиц, составляющих весовую долю мелких фракций, уже уносятся потоком теплоносителя. При оптимальной скорости псевдоожижения уже около 50% частиц мелких фракций уносятся из прирешеточной зоны сушилки. Уносимые частицы мелких фракций не успевают высушиваться до заданной конечной влажности в потоке пневмотранспорта.

Для увеличения времени пребывания уносимых частиц в объеме сушилки, мы предложили поместить в сушильной камере сепарационные вставки (рис.2), организующие вихревое зигзагообразное движение пылегазового потока. Перегородку между зонами установили наклонно, для улучшения сепарационного эффекта (рис.2а). Установка данных вставок (рис.2б) и увеличение поперечного сечения, позволило надежно отделять крупные частицы от мелких и направлять их в кипящий слой. Для мелких фракций в десятки раз увеличить время пребывания частиц в вихревых потоках зигзагообразных каналов.

Исследования поля скоростей потока теплоносителя в зигзагообразных каналах с различными вставками позволили определить наилучшие их размеры, 50х50 мм, и схему расположения (рис.2б). Знание полей распределения скоростей теплоносителя позволило регулировать продолжительность времени пребывания, а соответственно и сушки, уносимых частиц в объеме сушилки в зависимости от их размера.

Рис. 2 – Схема потоков в камере сушки

а – схема движения двухфазного потока; б – поле скоростей потока теплоносителя в зоне завихрителей; 1 – крупные частицы и агломераты; 2 – частицы средних размеров; 3 – пылевидные частицы

Pages:     || 2 | 3 |






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