авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 ||

Разработка процесса осаждения дисперсного углерода из аэрозольного потока в слое углеродных гранул

-- [ Страница 3 ] --

На основе представленных результатов экспериментальных исследований были выданы исходные данные для создания опытной установки фильтра со слоем углеродных гранул в реальном процессе получения технического углерода.

Рис. 8 – Логарифмически нормальные распределения агрегатов частиц дисперсного углерода П 267–Э в аэрозолях:

1 – перед слоем углеродных гранул, d50 = 25 мкм;

2 – над слоем углеродных гранул в момент его регенерации, d50 = 35 мкм;

3 – на выходе из слоя углеродных гранул, d50 = 0,8 мкм

В четвёртой главе представлены теоретические расчёты опытной установки зернистого фильтра со слоем углеродных гранул, а также рассматриваются результаты исследований процесса коагуляции и осаждения аэрозоля технического углерода в опытно-промышленных условиях.

Автор принимал непосредственное участие в создании опытной установки фильтра со слоем углеродных гранул: проектировании, подготовке технологической документации и программы-методики испытаний, пуско-наладочных работах, предварительных опытно-промышленных и государственных испытаниях установки.

Опытную установку зернистого фильтра со слоем углеродных гранул рассчитывали исходя из общепринятых методов расчёта газоочистного оборудования. Исходными данными для расчёта опытной установки фильтра со слоем гранул являлись следующие параметры:

  1. Объёмный расход аэрозоля на осаждение (V0) – 10000 м3/ч (н.у.);
  2. Температура аэрозольного потока (t) – 2500С;
  3. Рекомендуемая скорость осаждения (w0) – 0,22 м/с;
  4. Скорость регенерации фильтрующего слоя (wp) – 0,5 м/с;
  5. Время осаждения аэрозоля до регенерации слоя (ф) – 135 с;
  6. Время регенерации фильтрующего слоя (р) – 25 с;
  7. Весовая концентрация дисперсного углерода

в аэрозоле на входе в фильтр (Cвх.) – 9,0 г/м3 (н.у.);

  1. Весовая концентрация дисперсного углерода

в аэрозоле на выходе из установки (Свых.) – 40 мг/м3 (н.у.);

  1. Медианный размер агрегатов в аэрозоле (50) – 5,0 мкм;
  2. Дисперсия аэрозольных агрегатов () – 5,9;
  3. Насыпная плотность гранул фильтрующего слоя (сл.) – 400 кг/м3;
  4. Гранулометрический состав фильтрующего слоя – (0,7-1,0) мм;
  5. Доля свободного объёма фильтрующего слоя () – 0,41 м3/м3;
  6. Высота фильтрующего слоя (Н) – 200 мм;
  7. Плотность дисперсионной среды аэрозоля (г) – 1,1 кг/м3 (н.у.);
  8. Коэффициент динамической вязкости

дисперсионной среды аэрозоля (µ) – 3,010-5 Пас (н.у.);

Площадь поверхности фильтрации рассчитывали по уравнениям:

м3/ч; м2.

Учитывая, что одна секция аппарата должна быть в режиме регенерации фильтрующего слоя 25 с, а время фильтрации до регенерации слоя 135 с, принимаем восьмисекционную конструкцию фильтра. Округляем общую поверхность фильтрации до 24 м2, поверхность одной секции при этом – 3 м2.

Так как одна секция фильтра находится в режиме регенерации фильтрующего слоя, расход газов регенерации слоя (Vр) добавляли к общему объёму аэрозольного потока на входе в фильтр. При этом скорость осаждения аэрозоля составляла:

м3/ч, м/с.

Сопротивление фильтра со слоем гранул определяется сопротивлением фильтрующего элемента состоящего из аэродинамической решетки (Рр.), слоя подложки (Рпод.) и фильтрующего слоя гранул (Рсл.).

Сопротивление фильтрующего слоя рассчитывали по формуле:

Па,

где Рч – сопротивление чистого слоя углеродных гранул, Па, Рз – прирост сопротивления фильтрующего слоя за счёт накопления уловленных аэрозольных агрегатов, Па.

Па,

где к – коэффициент извилистости каналов фильтрующей среды.

Па.

Сопротивление слоя подложки высотой 50 мм рассчитывали аналогичным образом: 74 Па, а сопротивление распределительной решетки при скорости осаждения 0,32 м/с определяли экспериментально: 70 Па

Общее аэродинамическое сопротивление элемента фильтрующего слоя:

Па.

Эффективность процесса осаждения:

. Фильтр ФЗ-24/83 (рис. 9) представляет собой-26.

Фильтр ФЗ-24/83 (рис. 9) представляет собой восьмисекционный аппарат, каждая секция которого состоит из трёх фильтрующих элементов (рис. 10), в них находится фильтрующий слой из углеродных гранул. Поперечное сечение элемента секции фильтра представляет квадрат с длиной стороны 1 м. В состав фильтрующего элемента входят: верхняя камера запылённых газов и нижняя камера чистого газа, распределительная решетка, выполненная из нержавеющих трубок диаметром 323 мм с расстоянием между трубками 1 мм. Между распределительной решеткой и фильтрующим слоем расположен слой подложки из плотных углеродных гранул7. На основе экспериментальных данных полученных при исследовании процесса осаждения дисперсного углерода в лабораторных условиях установлено, что высота элемента секции фильтра должна составлять не менее 750 мм, это необходимо для предотвращения уноса гранул фильтрующего слоя при регенерации.

  Фильтр со слоем гранул ФЗ-24/83 -27

  Фильтр со слоем гранул ФЗ-24/83 -28

Рис. 9 – Фильтр со слоем гранул ФЗ-24/83

а. б.

Рис. 10 – Секция фильтра ФЗ-24/83

а – режим фильтрации; б – режим регенерации

Восемь секций объединены между собой в два блока по четыре секции в каждом блоке. Аэрозольный поток подводится к каждой секции от общего коллектора. Между коллектором и входным патрубком каждой секции установлен механический затвор необходимый для переключения секции фильтра в режим фильтрации аэрозоля или регенерации слоя. Нижние патрубки механических затворов соединяются с коллектором регенерации фильтрующего слоя гранул.

С целью интенсификации процесса коагуляции и снижения концентрации технического углерода в аэрозоле существует система предварительным осаждением аэрозольного потока в двух последовательно установленных циклонах-концентраторах (рис. 11). Аэрозоль дисперсного углерода с концентрацией от 40 до 80 г/м3 (н.у.) от реактора направляли в циклоны-концентраторы (1,2), где осаждали от 80% до 90% целевого продукта. Для интенсификации процесса коагуляции аэрозоля в газоход между циклонами – концентраторами вводили поток дисперсного углерода с более крупными аэрозольными агрегатами. Аэрозольный поток с концентрацией твёрдых частиц от 3,0 до 8,5 г/м3 (н.у.) при температуре не более 2500С подавали на осаждение в зернистый фильтр со слоем углеродных гранул.

Рис. 11 – Принципиальная технологическая схема системы улавливания установки получения технического углерода

1,2 – циклон-концентратор; 3,13 – турбовоздуходувки; 4 – фильтр ФЗ-24/83

Регенерацию фильтрующего слоя осуществляли в режиме псевдоожижения очищенным газом. Очищенный газ подавали снизу вверх через распределительную решетку, подложку и слой углеродных гранул. Регенерация фильтрующего слоя проводили последовательно в каждой секции в течение 25 секунд со скоростью 0,50 м/с. Для предотвращения уноса гранул из секции фильтра при смене цикла осаждения-регенерация, регенерация в каждой соседней секции начиналась с пятисекундным опережением. Циклограмма работы зернистого фильтра ФЗ-24/83 изображена на (рис.12).

Уловленные фильтрующим слоем агрегаты дисперсного углерода через механический затвор (6) направляли турбогазодувкой в циклон - концентратор (1). Очищенные газы направляли в установку обезвреживания газов (10).

  Циклограмма работы зернистого-34

Рис. 12 – Циклограмма работы зернистого фильтра ФЗ-24/83

Опытная установка зернистого фильтра ФЗ-24/83 прошла испытания в промышленном процессе производства технического углерода электропроводных марок (П 267–Э, П 277–Э, П 268–Э, П 367–Э) и технического углерода П 514.

Результаты экспериментальных исследований осаждения аэрозоля дисперсного углерода на лабораторной установке, были подтверждены в опытной установке фильтра со слоем гранул ФЗ-24/83 производительностью более 10000 м3/ч (н.у.) (таблица 6).

Таблица 6

Результаты исследования процесса осаждения аэрозоля дисперсного углерода в условиях опытной установки фильтра со слоем гранул ФЗ-24/83

№ п/п Наименование показателей Технический углерод
П 267–Э П 367–Э П 514
1 Скорость осаждения, м/с 0,25 0,25 0,25
2 Время осаждения, с 135 135 135
3 Аэродинамическое сопротивление, кПа 1,55 1,25 1,80
4 Концентрация на входе, г/м3 (н.у.) 4,80 4,05 8,50
5 Концентрация на выходе, мг/м3 (н.у.) 44 31 100
6 Эффективность, % 99,1 99,4 99,1

Применением опытной установки зернистого фильтра со слоем углеродных гранул удалось снизить выходную концентрацию технического углерода до 25-40 мг/м3 (н.у.), что сравнимо со среднестатистическими данными по концентрации технического углерода на выходе из стеклотканевых рукавных фильтров.

В полномасштабном процессе получения технического углерода
П 267–Э в условиях высокой температуры (250 0С) и вязкости дисперсионной среды константа коагуляции составила 0,710-11 м3/с при скорости потока 19,4 м/с. Низкую величину константы коагуляции в данном случае, можно объяснить наличием в дисперсионной среде водяных паров. Как известно пары воды создают на поверхности частиц плёнку, которая уменьшает количество эффективных столкновений между частицами, и тем самым препятствуют процессу коагуляции8. В условиях опытной установки подтверждено, что введение в аэрозольный поток агрегатов частиц с более крупными размерами, чем в исходном аэрозоле, интенсифицирует процессы кинематической и турбулентной коагуляции.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

В работе дано решение актуальной задачи совершенствования процесса осаждения аэрозоля в производстве технического углерода. По результатам проведенных теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие основные выводы:

1. Высокие значения показателя структурности по абсорбции дибутилфталата (выше 100 см3/100г) и суммарного содержания линейных и разветвленных форм агрегатов в образце дисперсного углерода (выше 85%) способствуют росту констант процесса коагуляции аэрозоля.

2. Проникающая способность аэрозольных агрегатов в фильтрующий слой углеродных гранул при осаждении аэрозоля различного по физико-химическим свойствам технического углерода определяется размером и кажущейся плотностью агрегатов. Аэрозольные агрегаты дисперсного углерода (П 161 и П 267–Э) с низкими значениями кажущейся плотности наряду с формированием слоя на поверхности гранул глубоко проникают в объём фильтрующей среды, а технический углерод П514 с крупными аэрозольными агрегатами высокой кажущейся плотности при осаждении образует на поверхности гранул плотный слой из осаждённых аэрозольных агрегатов, который является высокоэффективной фильтрующей средой.

3. Эффективность осаждения аэрозоля технического углерода в слое гранул, как в лабораторных условиях при скорости осаждения 0,2 – 0,4 м/с и времени осаждения до 360 с, так и в условиях получения высокодисперсных марок технического углерода при скорости осаждения 0,2 – 0,4 м/с и времени осаждения до 135 с превышает 99%.

4. Фильтрующий слой углеродных гранул гранулометрическим составом 0,7-1,0 мм, плотностью 400 кг/м3 и высотой слоя не менее 170 мм обеспечивает высокую эффективность процесса осаждения аэрозоля 99,1 – 99,4% и остаточная концентрация агрегатов технического углерода в очищенных газах 30-40 мг/м3.

5. Процесс регенерации фильтрующего слоя гранул псевдоожижением слоя очищенным газом при скорости 0,5 м/с в течение 25 сек. восстанавливает его первоначальное аэродинамическое сопротивление.

6. Предварительное осаждение аэрозоля в циклонах – концентраторах для обеспечения концентрации дисперсного углерода в аэрозольном потоке перед фильтром 3 – 9 г/м3 при нормальных условиях необходимо для эффективного осаждения аэрозоля дисперсного углерода в зернистом фильтре со слоем углеродных гранул в производстве технического углерода.

7. Процесс осаждения аэрозолей и фильтр со слоем углеродных гранул, испытан в опытной технологической установке в реальном процессе получения технического углерода рекомендован для опытно-промышленной отработки и промышленной реализации.

основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

Публикации в ведущих рецензируемых научно-технических журналах

1. Шопин, В.М. Исследование фильтрации аэрозоля в слое пористых углеродных гранул [Текст] / В.М. Шопин, К.И. Дмитриев // Каучук и резина. – 2009. – № 4. – С. 22-25.
2. Дмитриев, К.И. Исследование коагуляции аэрозоля дисперсного углерода в турбулентном потоке [Текст] / К.И. Дмитриев, В.М. Шопин // Каучук и резина. – 2010. – № 6. – С. 20-23.
Публикации в ведущих научно-технических журналах
3. Шопин, В.М. Осаждение и фильтрация аэрозоля в производстве дисперсного углерода [Текст] / В.М. Шопин, К.И. Дмитриев // Мир нефтепродуктов. – 2007. – Т. 5. – С. 22-29.

Патенты

4. Пат. №2317134 Российской Федерации. Зернистый фильтр для выделения высокодисперсной сажи из аэрозольных потоков / Шопин В.М., Супонев К.В., Дмитриев К.И. Дата приоритета 29.05.2006 г.

Материалы конференций и выставки

5. Шопин, В.М. Исследование особенностей фильтрации аэрозоля дисперсного углерода в слое пористых гранул [Текст] / В.М. Шопин, К.И. Дмитриев, К.В. Супонев // Химия-XXI век: новые технологии, новые продукты : тез. докл. IX межд. науч.-практ. конференции. – Кемерово, 2006. – С. 293-297.
6. Дмитриев, К.И. Исследование особенностей коагуляции аэрозоля дисперсного углерода [Текст] / К.И. Дмитриев, В.М. Шопин // Химия под знаком Сигма : тез. докл. всерос. науч. молодёжной школы-конф. – Омск, 2008. – С. 94-96.
7. Дмитриев, К.И. Разработка процесса осаждения дисперсного углерода из аэрозольного потока в слое углеродных гранул [Текст] / К.И. Дмитриев // Динамика систем, механизмов и машин : материалы VII междунар. науч.-техн. конф. : в 4 кн. – Омск : Изд-во ОмГТУ, 2009. – Кн. 3. – С. 231-233.
8. Дмитриев, К.И. Исследование осаждения дисперсного углерода из аэрозольного потока в слое углеродных гранул [Текст] / К.И. Дмитриев, В.М. Шопин // Химия под знаком СИГМА: исследования, инновации, технологии : материалы всерос. научн. молод. школы-конф. – Омск, 2010. – С. 108-110.

Подписано в печать 28.02.2012 г.

Формат А4/2. Ризография

Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 59

Отпечатано в ООО «Позитив-НБ»

634050 г. Томск, пр. Ленина 34а


1 Smoluchowski M.V. Опыт математической теории кинетики коагуляции коллоидных растворов // Zeltschr. f. physic. Chimie. 1917. Bd. 92. S. 129-168.

2 Ивановский И.В. Технический углерод. Процессы и аппараты : учеб. пособие. Омск, 2004. 228 с.

3 А.с. №1260739. Раздьяконова Г.И., Орехов С.В. Способ определения кажущейся плотности тонкодисперсных материалов. Опубл.: 30.09.1986.

4 Herd C.R., McDonald G.C., Hess W.M. Morphology of carbon black aggregates: fractal versus Euclidean geometry // Rubber Chem. Technol. 1991. Vol. 65. P. 107-129.

5 Табл. 1. Для П 267–Э, П 514 и П 161 – Razdiakonova G.I., Dugnova Y.V. Experimental estimation of a volume of pores of aggregates Carbon black // Mater.II Int. Symp. on Carbon for Catalysis –CarboCat-II. July 11-13. SPb., 2006. P. 186-187.

Для Т 900 – Филипьева А.А., Раздьяконова Г.И., Шопин В.М., Лихолобов В.А. Исследование процесса формирования плотноупакованного материала на основе глобулярного дисперсного углерода // Перспективные материалы. 2010. № 3. C. 84-89.

6 Красовицкий Ю.В., Дуров В.В. Обеспыливание газов зернистыми слоями. М., 1991. 192 с.

7 Патент РФ №2317134. Шопин В.М., Супонев К.В., Дмитриев К.И. Зернистый фильтр для выделения высокодисперсной сажи из аэрозольных потоков Дата приоритета 29.05.2006 г.

8 Фукс Н.А. Механика аэрозолей. М., 1955, С. 275.



Pages:     | 1 | 2 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.