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 || 3 |

Разработка и расчет непрерывного процесса получения порошка полиэтилена

-- [ Страница 2 ] --

В аппарат поступает порошок полимера с начальной температу­рой tН и концентра­цией растворителя в нем СА. Навстречу про­тивотоком подается водяной пар с темпера­турой tГН. В результате конденсации водяного пара (компонента В) на части­цах порошка выделяется достаточное количество теплоты для испарения растворителя (компонент А). В случае если в аппарат подается перегретый водяной пар, то в нем можно выделить две условные зоны, соответствующие двум периодам процесса. В первой зоне также происходит удаление из частиц порошка растворителя и конденсация на них водяного пара, но после полного удаления растворителя начинается второй период, сушка влажного порошка за счет подвода теплоты от перегретого пара.

При составлении математического описания данного процесса принимались следующие допущения: порошок полимера и пар движутся противотоком в режиме идеального вытеснения; параметры материала и пара по поперечному сечению аппарата не меняются; форму частиц материала принимаем шарообразной.

Скорость процесса удаления растворителя лимитирована массообменном. Запишем уравнение материального баланса для элементарного объема аппарата длиной dx. Пусть концентрация растворителя при прохождении этого элемента уменьшается на dCA, тогда убыль массы растворителя составит GП·dCA. С другой стороны эту же убыль массы можно записать согласно уравнению массоотдачи:

. (13)

Температура материала меньше температуры насыщенного водяного пара, вследствие чего происходит его конденсация на поверхности частиц порошка. Считаем, что процесс лимитирован переносом молекул воды из паровой фазы к поверхности частиц. Запишем уравнение материального баланса по воде:

, (14)

где dF – поверхность контакта фаз в выделенном элементарном объеме,

. (15)

Совместное преобразование этих соотношений позволило получить дифференциальные уравнения, характеризующие изменение концентрации растворителя и воды в частицах порошка при их движении вдоль аппарата:

, (16)

. (17)

Составим уравнения теплового баланса для материала, находящегося в выделенном элементарном объеме аппарата. Изменение энтальпии материала происходит за счет теплового потока затраченного на испарение растворителя и теплоты выделяющейся при конденсации водяного пара. Кроме того, имеет место теплообмен материала со стенками аппарата:

(18)

Подставим соотношение (15) в выражение (18) и, проводя алгебраические преобразования, получим дифференциальное уравнение для расчета температуры материала:

(19)

Составляя материальные балансы для компонентов по газовой фазе, получаем уравнения относительно массовых потоков растворителя и воды через произвольное сечение аппарата. Изменение расхода растворителя в газовой фазе обусловлено его поступлением за счет испарения с поверхности частиц:

. (20)

Изменение расхода воды в газовой фазе обусловлено конденсацией ее на поверхности частиц материала:

. (21)

Парциальное давление паров компонентов в паровой фазе находим следующим образом. Определяем мольные доли компонентов в паровой фазе:

, (22)

. (23)

Рассчитываем парциальные давления паров растворителя и воды:

, . (24)

Краевые условия для системы (16), (17), (19) – (21):

; ; ; ; . (25)

Если в аппарат подается перегретый пар, то после удаления всего растворителя начинается зона сушки влажного порошка перегретым паром. Водяной пар в перегретом состоянии ведет себя как идеальный газ. Система уравнений математического описания включает уравнения относительно изменения содержания воды СВ в материале, температуры материала t и температуры перегретого пара tГ, которые получены из соотношений материального и теплового балансов для выделенного контрольного объема аппарата:

, (26)

, (27)

. (28)

Первое слагаемое в уравнении (27) характеризует отвод теплоты вследствие испарения, второе слагаемое – подвод теплоты конвекцией от водяного пара к материалу, третье слагаемое – подвод теплоты от стенки корпуса аппарата. Плотности водяного пара над поверхностью частиц и в основной массе паровой фазы находим по формулам:

, . (29)

Данная математическая модель положена в основу методики расчета аппаратов непрерывного действия для удаления растворителя из полимерного порошка с помощью насыщенного и перегретого водяного пара.

Предложенная математическая модель позволяет прогнозировать изменение температуры полимерного порошка, концентрации растворителя и воды в полимерном порошке, расход водяного пара, основные конструкционные параметры аппарата. Программная реализация решения уравнений математической модели выполнена в пакете Mathcad.

В третьей главе изложены результаты экспериментальных исследований. Приводится описание лабораторной установки для получения полимерного порошка (рис. 5).

Установка работает следующим образом. Первой стадией процесса является приготовление полимерного геля. В реактор 5 загружается полиэтилен в виде крупной крошки и растворитель – толуол. Процесс ведется при включенной мешалке и подводе теплоты от электронагревателя 8. Температура в емкостном реакторе 5 поддерживается и контролируется с помощью регулятора температуры 13. С целью предотвращения нарастания давления в реакторе в связи с испарением части растворителя, используется теплообменник-конденсатор 10 в качестве обратного холодильника.

Рис. 5. Схема лабора­торной установки:

1 – корпус диспергатора;

2 – сборник порошка;

3 – редуктор;

4 – электродви­гатель;

5 – емкостной ре­актор;

6 – сборник рас­творителя;

7 – электро­привод мешалки;

8 – электронагреватель;

9, 10 – теплообменник-

кон­денсатор;

11 – термо­статы Т1 и Т2;

12 – вакуум-насос;

13 – регу­лятор температуры;

14 – вентиль

После окончания процесса приготовления полимерного геля включается электродвигатель 4, который через редуктор 3 приводит в движение шнек аппарата 1. Открывается вентиль 14 и гель поступает в дозирующую камеру (А), где его температура поддерживается с помощью термостата Т1. Из дозирующей камеры материал под давлением поступает в концентрический зазор камеры охлаждения (Б), где он охлаждается до определенной температуры с помощью теплоносителя от термостата Т2 циркулирующего через рубашку аппарата. Полимер переходит в аморфно-кристаллическое состояние при одновременном воздействии на него сдвиговых деформаций, вызываемых вращением ротора, в результате чего наблюдается образование тонкодисперсного порошка, который поступает в сборник продукта 2.

С целью удаления из полученного порошка растворителя сборник продукта вакуумируется. Разрежение в системе создается с помощью вакуум-насоса 12. Пары растворителя поступают в теплообменник-конденсатор 9, охлаждаемый водой. Полученный конденсат собирается в сборнике 6 и в последствии повторно используются.

Получаемые по данной технологии порошки имеют размер частиц менее 400 мкм.

 Зависимость среднего размера-53

Рис. 6. Зависимость среднего размера полимерных частиц от температуры теплоносителя в зоне охлаждения при различной концентрации геля: 1 – 50 %; 2 – 45 %; 3 – 40 %

Проведенные эксперименты показали, что размер частиц образующегося порошка полимера существенно зависит от температурного режима в зоне охлаждения и концентрации геля. На рис. 6 приведены зависимости среднего размера частиц от температуры теплоносителя, поступающего в рубашку аппарата при различных концентрациях полимерного геля. На рис. 7 приведен дисперсный состав полимерного порошка, полученного в опыте с параметрами tСТ(а) =90 оС; СР=40 %; n=25 об/мин.

 Дисперсный состав полимерного-54  Дисперсный состав полимерного-55

Рис. 7. Дисперсный состав полимерного порошка: а) tСТ(б) =55 °С; б) tСТ(б) =46 °С

Выполнена оценка сорбционной емкости полученного порошка ПЭНП по отношению к различным жидкостям (табл. 1).

Таблица 1

Сорбционная емкость порошков ПЭНП по отношению к различным жидкостям

Сорбируемая жидкость дизельное топливо керосин машинное масло толуол бензин Аи-92 нефть
на твердой поверхности
max, см3/г 3,08 3,33 3,64 3,64 4,00 4,00
на водной поверхности
max, см3/г 4,17 3,33 3,92 5,00 5,40 6,67

Для проверки применимости предложенной математической модели процесса удаления растворителя из полимерного порошка с помощью водяного пара был выполнен эксперимент на установке, изображенной на рис. 8. Эксперимент проводился следующим образом.

 Схема лабораторной установки: 1 –-56

Рис. 8. Схема лабораторной установки: 1 – теплообменник конденсатор; 2 – вакуум-насос; 3 – сборник конденсата; 4 – измеритель температуры; 5, 12 – электронагрева­тель; 6 – вакуумметр; 7 – емкость; 8 – кювета; 9 – вода; 10 – порошок по­лимера насыщенный растворителем; 11 – конденсат (растворитель + вода)

Перед началом опыта воду в емкости 7 нагревали до температуры кипения при заданном давлении. Затем помещали в емкость кювету 8 с порошком полимера, насыщенным растворителем. Дно кюветы выполнено из проволочной сетки для проникновения паров воды через слой порошка. С помощью вакуум-насоса 2 создавали разрежение, в результате чего наблюдалось кипение воды с интенсивным образованием насыщенного пара. Если требовалось получить перегретый пар, то включался электронагреватель 12 для подвода теплоты от стенок корпуса к водяному пару. Во время экспериментов замеряли температуру порошка с помощью термопары и измерителя 4 и конечное влагосодержание. Графики на рис. 9-12 характеризуют зависимости температуры полимерного порошка, концентраций растворителя и воды в нем от времени процесса. Сплошной линией изображены расчетные данные, точками – экспериментальные. Сопоставление расчетных данных с экспериментальными показывает их хорошее соответствие.

Рис. 9. Изменение температуры полимерного порошка от времени процесса с насыщенным паром: давление в системе Р=0,5 атм Рис. 10. Изменение концентраций растворителя и воды в полимерном порошке от времени процесса: 1 – растворитель; 2 – вода

Рис. 11. Изменение температуры полимерного порошка от времени процесса с перегретым паром: давление в системе Р=0,5 атм Рис. 12. Изменение концентраций растворителя и воды в полимерном порошке от времени процесса: 1 – растворитель; 2 – вода

В четвертой главе приводится описание производственной линии получения полимерных порошков из отходов полимеров, схема которой изображена на рис.13. Установка работает следующим образом.

Рис. 13. Схема технологической линии получения полимерных порошков

1 – загрузочный бункер; 2 – дробилка; 3 – циклон; 4 – емкостной реактор; 5 – роторный диспергатор; 6 – сушильная камера; 7 – теплообменник-конденсатор; 8 – испаритель; 9 – сборник-декантатор; 10 – пылевой центробежный классификатор; 11 – фасовочный автомат; 12 – вакуум насос

Отходы полимеров собирают в загрузочном бункере 1, откуда они поступают в дробилку 2 для измельчения. Затем полимерную крошку направляют в емкостной реактор 4, где получают полимерный гель. Полученный гель поступает в роторный диспергатор 5, где образуется полимерный порошок, насыщенный растворителем. Порошок направляют в сушильную камеру 6 для удаления растворителя с помощью водяного пара. Пары растворителя и воды конденсируют в теплообменнике 7, конденсат собирают в сборнике-декантаторе 9, где воду и растворитель разделяют отстаиванием для повторного использования. Разрежение в системе создается с помощью вакуум-насоса 12. Высушенный порошок поступает в центробежный пылевой классификатор 10, откуда крупные частицы направляются для повторного измельчения, а частицы нужного размера в фасовочный автомат 11.

В данной главе представлена методика расчета установки для получения порошка ПЭНП, с помощью которой определяются рациональные режимно-технологические параметры, а также конструкционные параметры оборудования установки. Приведена блок-схема разработанного алгоритма расчета технологического цикла получения порошка полимера. Выполнен расчет роторного диспергатора производительностью 100 кг/ч, аппарата для удаления растворителя из полимерного порошка с помощью насыщенного и перегретого водяного пара, а так же теплообменника-конденсатора смеси паров.

Рис. 14. Зависимость производитель- ности роторного диспергатора от числа оборотов рабочего органа Рис. 15. Распределение температуры полимерного геля по длине аппарата при различных оборотах рабочего органа: 1 – n=20 мин-1; 2 – n=45 мин-1; 3 – n=70 мин-1


Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 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.