WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Мидуков Николай Петрович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ДИСПЕРГИРОВАНИЯ МНОГОФАЗНЫХ СИСТЕМ ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОГО ПРОИЗВОДСТВА В РОТОРНО-ПУЛЬСАЦИОННОМ АППАРАТЕ

05.21.03 - технология и оборудование химической переработки биомассы дерева; химия древесины.

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург – 2009

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Куров Виктор Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Калинин Николай Николаевич

кандидат технических наук

Смирнов Андрей Михайлович

Ведущая организация: ОАО «Всероссийский научно-исследовательский институт бумаги», Санкт-Петербург.

Защита диссертации состоится « » 2009 года в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 212.231.01 при Санкт-Петербургском государственном технологическом университете растительных полимеров (198095, г. Санкт-Петербург, улица Ивана Черных, д. 4).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГТУРП.

Автореферат разослан « » 2009 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета

Швецов Ю.Н.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Повышение эффективности производства и качества готовой продукции при экономном и рациональном использовании сырьевых, топливно-энергетических и других материальных ресурсов является важнейшим и приоритетным направлением развития любого промышленного предприятия. Для целлюлозно-бумажной промышленности решение этих задач связано с разработкой и внедрением ресурсосберегающих, экологически чистых технологий и оборудования, позволяющих значительно увеличить производство готовой продукции и повысить её качество.

Одним из основных путей экономного расходования древесного сырья и химикатов в целлюлозно-бумажном производстве является выработка бумаги и бумажных изделий пониженной массоёмкости с высокой степенью однородности. Равномерность распределения волокон и наполнителей в формуемых бумажных изделиях во многом определяется степенью диспергирования бумажной массы. Во всех гидравлических машинах и аппаратах целлюлозно-бумажного производства (ЦБП) происходит изменение структуры потока, сопровождающееся изменением реологических параметров. Оценку степени диспергирования и взаимосвязь внутренних напряжений со скоростями деформации можно получить на основании реологической характеристики, являющейся комплексным критерием состояния бумажной массы в процессе производства. Следовательно, получение диспергированного потока и знание его реологических параметров перед формованием является необходимым условием производства готовой продукции высокого качества.

Одним из аппаратов, позволяющих получить диспергированный поток бумажной массы и тем, самым, создать необходимую структуру потока в процессе формования бумажных изделий, может служить роторно-пульсационный аппарат (РПА).

Процесс диспергирования в РПА заключается в воздействии на бумажную массу ряда гидромеханических факторов, причём их влияние будет определяться особенностью конструктивных элементов ротора и статора в зависимости от требуемого технологического результата.

До настоящего времени практически отсутствуют исследования диспергирования бумажной массы в роторно-пульсационных аппаратах, созданных на базе центробежных насосов, вследствие сложности изучения воздействия различных гидромеханических факторов на волокно и конструктивных особенностей аппаратов, работающих с реологически сложными системами, к которым относится бумажная масса.

Поэтому повышение эффективности процесса диспергирования реологически сложных систем и расчет конструктивных параметров РПА являются актуальной задачей для целлюлозно-бумажной промышленности.

Работа выполнена в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» по заданию – «разработка теоретических основ гидроаэродинамических процессов разделения многофазных нестационарных систем с регенерацией химикатов и использованием вторичных биоэнергетических ресурсов при глубокой химической переработке древесного сырья».

Целью работы является разработка и реализация теоретических положений и практических рекомендаций по совершенствованию процесса диспергирования бумажной массы и повышение качества вырабатываемой из неё продукции.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- разработка теоретической модели процесса диспергирования бумажной массы в РПА;

- определение влияния конструктивных параметров РПА и тех-нологических характеристик бумажной массы на повышение эффективности процесса диспергирования;

- разработка методики расчёта конструктивных параметров РПА;

- разработка рекомендаций по совершенствованию конструкций РПА для диспергирования бумажной массы;

- промышленная апробация результатов работы.

Основные положения методики исследования

Теоретические исследования процесса диспергирования волокнистой суспензии в роторно-пульсационном аппарате выполнены на основе анализа влияния основных физических факторов, обусловленных пульсационным, кавитационным, ударным, механическим и воздействием жидкостного трения на волокно.

Экспериментальные исследования осуществлялись на разработанной установке, позволяющей диспергировать волокнистую суспензию с наполнителем, основным элементом которой является роторно-пульсационный аппарат. Установка снабжена измерительными приборами для определения технологических характеристик роторно-пульсационного аппарата. Степень диспергирования волокнистой суспензии контролировалась на разработанном в университете приборе по определению процентного содержания нераспущенных пучков волокон путём отбора проб. В процессе проведения экспериментов контролировались степень помола и длина волокна с применением стандартных методик.

Для решения системы уравнений и неравенств использовалась компьютерная программа MathCAD.

Научная новизна. Разработана теоретическая модель процесса диспергирования бумажной массы в роторно-пульсационном аппарате. Определено влияние конструктивных параметров РПА и технологических характеристик бумажной массы на повышение эффективности процесса диспергирования. Разработаны научные рекомендации по совершенствованию конструкций РПА для диспергирования бумажной массы и методика расчета конструктивных параметров роторно-пульсационного аппарата.

Практическая ценность заключается в использовании разработанных теоретических положений и экспериментальных результатов для решения задач по совершенствованию конструкции РПА для диспергирования бумажной массы. Проведённые исследования позволили разработать конструкцию роторно-пульсационного аппарата для диспергирования бумажной массы и методику инженерного расчёта основных геометрических и технологических параметров РПА, созданного на базе центробежного насоса. Разработанный роторно-пульсационный аппарат защищён патентом Российской Федерации.

Основные результаты работы предназначены для расчётов при проектировании новых и модернизации действующих конструкций РПА с целью стабилизации условий диспергирования и массоподачи.

По результатам проведённой работы были разработаны рекомендации по использованию РПА при модернизации технологической линии массоподводящей системы производства литой тары для упаковки яиц в условиях промышленного предприятия ЗАО «ГОТЭК-ЛИТАР».

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на следующих Всероссийских и Международных конференциях:

Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов: «Молодые ученые университета – ЛПК России». - Санкт-Петербург, 2006 г.;

Международная научно-практическая конференция «Новое в технологии и оборудовании для производства гофрокартона и гофротары». - Санкт-Петербург, 2007 г.;

Международная научно-практическая конференция «Гофрокартон от сырья до печати». - Санкт-Петербург, 2008 г;

Международная научно-практическая конференция «Химия в ЦБП». - Санкт-Петербург, 2008 г.

Структура и объем диссертации.

Диссертация представлена на 139 с. машинописного текста, состоит из введения, четырёх глав, выводов, библиографии и приложения. Содержит: 5 таблиц, 42 рисунка, библиографию из 118 наименований.

Автор защищает:

  1. Теоретическую модель процесса диспергирования бумажной массы в роторно-пульсационном аппарате.
  2. Влияния конструктивных параметров РПА и технологических характеристик бумажной массы на повышение эффективности процесса диспергирования.
  3. Методику расчета конструктивных параметров роторно-пульсационного аппарата для диспергирования бумажной массы.
  4. Конструкцию роторно-пульсационного аппарата для диспергирования бумажной массы и полученные результаты экспериментальных исследований.
  5. Практическое применение результатов работы в промышленности.

Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются основные положения работы, выносимые на защиту.

В первом разделе выполнен критический анализ литературы по вопросу диспергирования многофазных систем в роторно-пульсационных аппаратах. Отмечается, что РПА позволяет получить диспергированный режим и, тем самым, обеспечить технологически необходимую структуру потока при формовании. Однако, как правило, такие аппараты использовались только для приготовления мелкодисперсных суспензий и эмульсий, что значительно ограничивает область их применения, в частности, при работе с бумажной массой.

В ряде работ показано, что высокой степени диспергирования бумажной массы можно достичь в поле механических колебаний. Однако такая обработка, например, в размалывающих машинах, ведёт к укорачиванию волокна и потере требуемых механических и прочностных свойств готовой продукции.

На основании теоретических исследований установлена связь между эффективностью процесса диспергирования и конструктивными особенностями роторно-пульсационного аппарата. Но поскольку большинство исследований процесса диспергирования в РПА проводились на эмульсиях и мелкодисперсных суспензиях, реологические свойства которых существенно отличаются от свойств бумажной массы, проявляющей аномалию уже при незначительной концентрации, то не представляется возможным полученные результаты переносить на более сложные гидродинамические системы с достаточной степенью достоверности. Многие исследователи при теоретическом описании процесса диспергирования в роторно-пульсационном аппарате ориентировались только на то, что обработка происходит за счёт пульсаций скорости, хотя известно влияние механического, ударного, кавитационного воздействия, а также воздействия жидкостного трения на обрабатываемую среду. В работе профессора В. Н. Гончарова описаны физические факторы, действующие на волокно, их удельные энергетические затраты в энтштиппере или пульсационной мельнице. Однако следует отметить, что насосные характеристики этих аппаратов значительно уступают роторно-пульсационным аппаратам, созданным на базе центробежных насосов. Кроме того, обработка бумажной массы в энтштиппере и пульсационной мельнице эффективна только при высокой концентрации суспензии. Это также не позволяет использовать приведённые зависимости для определения геометрических параметров роторно-пульсационного аппарата, созданного на базе центробежного насоса, обладающего комплексным воздействием на волокно и высоким насосным эффектом.

Несмотря на большую значимость проведённых экспериментальных исследований с различными видами эмульсий и мелкодисперсных суспензий, позволивших конструировать различные типы РПА, использование опытных данных и подтвержденных закономерностей возможно только при решении частных задач и невозможно при работе аппарата с бумажной массой, так как отсутствует общая методика расчёта геометрических характеристик РПА, что затрудняет их применение в технологических целях.

В связи с вышеизложенным разработка теоретической модели процесса диспергирования в РПА, определение влияния конструктивных параметров аппарата и технологических характеристик бумажной массы с учётом её реологических особенностей на степень диспергирования, а также разработка рекомендаций по совершенствованию конструкций РПА и общей методики расчёта его конструктивных параметров являются научной задачей, имеющей важное промышленное значение для целлюлозно-бумажного производства. Этот подход и определил основные задачи исследований.

Во втором разделе разработана теоретическая модель процесса диспергирования бумажной массы в роторно-пульсационном аппарате.

В основу теории процесса диспергирования бумажной массы в роторно-пульсационном аппарате, созданном на базе центробежного насоса, положена модель воздействия на волокно основных гидромеханических факторов, обусловленных кавитационным, пульсационным, жидкостным, ударным и механическим воздействием на обрабатываемую среду.

Из литературных источников было выявлено, что для диспергирования бумажной массы наиболее эффективным является механический фактор воздействующий на пучки нераспущенных волокон. Мощность, затрачиваемая на его создание, описывается первым слагаемым в уравнении (1). Кроме того, при диспергировании в роторно-пульсационном аппарате присутствуют ударное, кавитационное, пульсационное и воздействия жидкостного трения, затраты мощности на создание которых соответствуют второму, третьему, четвёртому и пятому слагаемому этого уравнения. В сумме они представляют собой мощность, затрачиваемую на диспергирование. Для РПА, созданного на базе центробежного насоса, отдельно выделена мощность насосного эффекта. В сумме с мощностью диспергирования определяется полезная мощность роторно-пульсационного аппарата:

(1)

где – полезная мощность роторно-пульсационного аппарата, Вт;

-работа размола при совмещении зубьев ротора и статора, Дж/м;

- высота прорезей ротора и статора, м;

, - число зубьев ротора и статора, шт.;

- частота вращения ротора, ;

- разность давлений между нормальным и возникшим в результате гидравлического удара, Па;

- объём в радиальном зазоре между кольцами ротора и статора, м

–плотность бумажной массы, ;

- скорость звуковых волн в жидкости, м/с;

Pages:     || 2 | 3 |






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