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:   || 2 | 3 |

Методология экологической модернизации технологического оборудования на примере сушильного барабанного агрегата

-- [ Страница 1 ] --

УДК 577.4:615.614.32 На правах рукописи

Балабеков МадИ Оразалыулы

Методология экологической модернизации технологического

оборудования на примере сушильного барабанного агрегата

25.00.36 – Геоэкология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Республика Казахстан

Тараз, 2010

Работа выполнена в Академическом инновационном университете.

Научные руководители: доктор технических наук

Алтухов А.В.

кандидат технических наук

Раматуллаева Л.И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Акбасова А.Ж.

кандидат технических наук

Исаева Р.А.

Ведущая организация: Казахский национальный технический

университет им. К.И.Сатпаева

Защита состоится « » 2010г. в ______ часов на заседании диссертационного совета Д 14.13.02 в зале заседании Ученого совета Таразского государственного университета им. М.Х. Дулати по адресу: 080000, г. Тараз, пр. Толе би, 60.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Таразского государственного университета им. М.Х. Дулати.

Автореферат разослан «____»_______________ 2010г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Сахы М.

Введение

Общая характеристика работы. Выступая перед парадом войск, посвященным 15-летию Конституции Республики Казахстан, Президент Назарбаев Н.А. акцентировал внимание на необходимость «технологической модернизации казахстанской экономики», что охватывает экономическую эффективность, конкурентоспособность продукции и прежде всего экологическое совершенство технологии и техники.

Промышленные отходы и выбросы, выделяющиеся в технологических циклах предприятий представляют наибольшую опасность прежде всего, для населения крупных промышленных центров и окружающих их регионов и в целом для всей страны.

В связи с этим в дальнейшем необходимо внедрение инновационных технологий, процессов, аппаратов и агрегатов, дающих минимальные выбросы, при которых самоочищающаяся способность природы в достаточной степени будет препятствовать возникновению необратимых экологических изменений.

Актуальность проблемы. Известно, что для региона страны и мирового пространства наиболее опасным последствием обладает загрязнение воздуха (по сравнению с жидкими и твердыми отходами), относящегося к самой подвижной фазе токсичных выбросов.

Наиболее распространенным компонентом выбросов в атмосферу является пылевидные частицы, выделяемые практических во всех промышленных предприятиях, ТЭЦ и транспорте.

На современном этапе развития науки и техники процесс пылевыделения следует рассматривать как показатель эколого-экономического несовершенства и технологии, и технологического оборудования. Процесс обеспыливания воздуха включает три стадии: предотвращение пылевыделения (ПП), пылеулавливание (ПУ) и рассеивание пыли (РП) в воздушном бассейне. Известно, что стадия РП является следствием второстепенного отношения к экологической проблеме, а система пыле- и газоочистки предназначена для восполнения недостатков технологии и технологического оборудования.

Стоимость очистки воздуха от пыли в различных аппаратах значительно отличается. Как правило, более эффективная очистка обходится значительно дороже. Если стоимость очистки определенного количества воздуха в таком сравнительно простом аппарате, как циклон большой производительности, принять за 100%, то стоимость очистки такого же количества воздуха в батарейном циклоне составит 120%, в циклоне с водяной пленкой - 130%, в скруббере ВТИ - 140%, в электрофильтре - 220%, в тканевых фильтрах (в зависимости от типа) от 260 до 280%. Двухступенчатая очистка по схеме батарейный циклон - электрофильтр стоит 330%.

Поэтому любые исследования должны быть направлены на экологическую модернизацию технологического оборудования (агрегата, аппарата, машины или установки), что определила актуальность рассматриваемой проблемы.

Цель работы заключается в разработке методологии экологической модернизации технологического оборудования, позволяющей повысить его экономическую эффективность при максимальном снижении выбросов в окружающую среду, незначительных капитальных и эксплуатационных затратах.

Для достижения поставленной комплексной цели решены следующие задачи:

- обоснование и выбор исследуемого объекта, являющегося аналогом технологического агрегата общепромышленного назначения;

- разработка поэлементного и поэтапного экспериментально-теоретического исследования по экологической модернизации технологического оборудования;

- установление основных закономерностей единичного и группового акта, а также массового взаимодействия дисперсного материала с теплоносителем при различных режимных и конструктивных параметрах разрабатываемого технологического аппарата;

- разработка безуносной барабанной сушилки и методики ее расчета;

- формулировка рекомендаций по экологической модернизации сушильно-барабанного агрегата для обезвреживания твердых и жидких отходов фосфорных производств и снижения пылевых выбросов из барабанного гранулятора - сушилки в цехе гранулированного аммофоса.

Основная идея работы заключается в предотвращении уноса пыли, стока жидкости и образования твердых отходов в сушильных процессах и технике для сертифицирования технологического оборудования по экологическим признакам.

Методы и объекты исследования. Объектом исследования выбран сушильный барабанный агрегат, который наиболее распространен в химической, нефтехимической, лакокрасочной, пищевой и агроиндустриальной отраслях, а также в производствах стройматериалов. В работе использованы общепринятые методы исследования и экспериментальные установки по сушке.

Научная новизна работы:

- разработана системно-поэлементная методология исследования и экологической модернизации технологического оборудования общепромышленного назначения;

- на основе гидродинамической аналогии переноса массы и импульса предложено уравнение числа единиц переноса в аэрозольном потоке, которые позволило получить уравнение для оценки эффективности осаждения частиц пыли на плоской и цилиндрической поверхностях;

- исходя из энергетического подхода получено уравнение для расчета проскока частиц пыли в зигзагообразном канале, учитывающее широкий спектр возможных механизмов турбулентно-инерционного взаимодействия аэрозольных струй с поверхностью осаждения.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

- результаты экспериментальных исследований равномерности распределения обрабатываемого сыпучего материала и времени пребывания его, в зависимости от скоростей теплоносителя и вращения барабана, его угла наклона, плотности материала и конструктивных параметров разработанного аппарата в сопоставлении со стандартной Г-образной насадкой;

- конструктивные схемы барабанного аппарата с подвижной насадкой и двумя зонами контакта фаз, защищенные предварительными патентами РК №10816 и №12485, а также безуносной сушилки (№госрегистрации 2010/0870.1);

- расчетное уравнение для определения проскока пыли из сушильного агрегата с модернизированной выгрузочной камерой.

Практическая ценность работы. Выявлены оптимальные конструктивные и режимные параметры разработанных барабанных сушильных аппаратов, соответствующие высоким эколого-экономическим требованиям.

Разработаны рекомендации по применению исследованных конструкций барабанного сушильного агрегата на практике, показана возможность их использования для обработки высоковлажных материалов, получения высокоэффективных сложных удобрений на основе отходов производств фосфора электротермическим методом и улучшения экологических и экономических показателей производства аммофоса.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в работе, базируются на фундаментальных закономерностях механики сыпучих материалов и аэрозольного потока, тепло- и массообмена. Достоверность экспериментальных исследований разработанных конструкций сушильных барабанов подтверждается результатами сопоставительных исследований со стандартной Г-образной насадкой.

Реализация результатов работы. Безуносная сушилка вследствие простоты конструкции и реализации может быть использована проектными организациями и промышленными предприятиями в различных отраслях промышленности для снижения уноса ценного продукта и достижения высокой экологической эффективности.

Проведенная экспертиза показывает, что барабанный аппарат с двумя зонами контакта фаз может быть успешно использован для получения фосфорно-калийного (РК) удобрения из фосфорного шлама и коттрельного молока, хранящихся в шламовых бассейнах. Экономический эффект от внедрения безуносной сушилки с модернизированной разгрузочной камерой в ТФ ТОО «Казфосфат» «Минеральные удобрения» составляет 174,6 тыс. долл. США, что в эквиваленте составляет 25667 тыс. тенге в год.

Личный вклад автора заключается в:

- формулировке задач исследования, научных положений и выводов работы;

- в разработке экспериментальных установок, методов исследований, проведении опытов и обработке их результатов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на международных научно-технических конференциях: Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы сушки и термовлажностной обработки материалов» (Воронеж, 2010); Materialy VI mezinarodni vedecko – prakticka conference “Dny vedy - 2010” (Прага, 2010); Международной научной конференции Х Сатпаевские чтения «Стратегический план 2010: Казахстанский путь к лидерству» (Павлодар, 2010); Международной научно-практической конференции «Перспективные направления альтернативной энергетики и энергосберегающие технологии» (Шымкент, 2010).

Публикации. По результатам исследований автором опубликованы в 10 печатных научных работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных Комитетом по контролю в сфере образования и науки МОН РК, 5 работ в сборниках международных и республиканских конференций, получено 2 предварительных патента РК.

Основная часть

Во введении дано обоснование актуальности решаемой проблемы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна, основные положения, выносимые на защиту, практическая ценность, структура и объем диссертационной работы.

В первом разделе диссертации содержится оценка современного состояния экологической проблемы в странах Западной Европы и США в сравнении с Казахстаном, в которых количество токсичных отходов проанализировано исходя из удельного количества токсичных отходов на одного человека и квадратный км. каждого государства.

Выявлено, что в мировой практике отсутствует методология экологической модернизации (совершенствования) технологического агрегата (аппарата, машины или в совокупности).

Во втором разделе обоснован выбор основного объекта исследования и описан предложенный системно-поэлементный подход к экологической модернизации технологического оборудования.

Выявлено, что самым распространенным технологическим процессом в различных отраслях промышленности: горнорудной, химической, пищевой, фармацевтической, а также в производствах стройматериалов, красок, минеральных удобрений и др. является сушка, для осуществления которой в основном (более 50%) используются барабанные аппараты. В них несмотря на простоту эксплуатации и конструкции происходит сложное взаимодействие теплоносителя с дисперсными твердыми частицами во вращающемся и пересыпающемся слое.

Выбранный объект исследования состоит, как правило, из самого барабанного аппарата с насадкой, топки для нагрева или холодильника для охлаждения теплоносителя, вентилятора, питателя для дозированной подачи влажного материала, загрузочного и разгрузочного бункеров, системы пылеулавливания и газоочистки, т.е. является аналогом технологической установки, где имеются практически все известные общепромышленные машины и аппараты.

Разработана системно-поэлементная методология (СПМ) к экологической модернизации технологического оборудования, состоящая из 10 этапов (рисунок 1):

1 этап – проблема и исходные данные. Передовые машиностроительные фирмы США, Западной Европы и Японии этому этапу уделяют самое пристальное внимание. К нему привлекаются крупные ученые, менеджеры, экономисты, технологи и проектировщики. Практически от их решения зависит конкурентоспособность производимой продукции;

Рисунок 1 – Структура системно-поэлементной методологии (СПМ) экологической модернизации технологического оборудования.

2 этап – явления в наномасштабах. На молекулярном уровне эти исследования практически завершены. Здесь следует отметить, что закономерности тепло- и массообмена на макро-, микро- и наномасштабах аналогичны;

3 этап – процессы в микромасштабах, которые применительно к направлению по обработке дисперсных материалов должны включать закономерности взаимодействия частиц между собой и внешней средой (столкновение, коагуляция и другие эффекты);

4 этап – исследования единичного акта, без которого невозможно оценить механизм взаимодействия дисперсных частиц под воздействием внешних сил;

5 этап – выявление механизма взаимодействия дисперсных частиц со сплошным потоком с учетом конструкционных особенностей разрабатываемого аппарата;

6 этап – выбор конструктивных и режимных параметров разрабатываемого аппарата с целью определения эколого-экономической эффективности;

7 этап – разработка методики расчета и конструирования основного технологического аппарата;

8 этап – оптимальный выбор технологического и вспомогательного оборудования, без которого невозможна компоновка агрегата, установки и технологической линии производства;

9 этап – разработка методики расчета экологически совершенного агрегата (машины, аппарата, установки);

10 этап – задание на проектирование, что является конечной стадией комплексной НИР с участием исследователей, технологов, экономистов и проектировщиков.

Безусловно, что в зависимости от поставленных задач, их изученности и наличия аналогов разрабатываемого объекта количество этапов может быть сокращено. Например, учитывая, что в процессах пересыпки и сушки дисперсных материалов практически отсутствует пыль наноразмеров, 2 этап исследования был исключен из наших задач. Процессы в микромасштабах (3 этап) достаточно исследованы в фундаментальных исследованиях, основные научные положения которых были использованы нами для анализа и разработки методики расчета применительно к разрабатываемому объекту. 10 этап является практически известной нормативной составляющей методологии создания новой техники, который может быть выполнен только крупной специализированной организацией.

Учитывая, что сушильные барабанные аппараты являются достаточно изученными, 4-9 этапы нашего подхода к исследованию были сокращены. При этом сохранена целостность исследования, отвечающая цели и задачам работ.

Задачей третьего раздела являлось выполнение 4 и 5 этапов СПМ экологической модернизации технологического агрегата.

Выбрана методика экспериментального исследования единичного и группового акта пересылки дисперсного материала. Эффективность конструкции насадки оценивалась по распределению материала в поперечном сечении секции барабана. Исследования равномерности распределения дисперсного материала от конструктивных и режимных параметров аппарата с разработанными самовстряхивающими лопатками (рисунок 2) проведены в сопоставлении со стандартной Г-образной насадкой.

Дана оценка возможности эффективного использования различных конструкций насадок барабана при сушке высоковлажных дисперсных материалов. Выявлено, что конструкция (предварительный патент РК №10816) позволяет образованию компактной струи ссыпающего материала, что снижает пылеунос.

Целью четвертого раздела является выполнение экспериментальной части 6-этапа СПМ к экологической модернизации технологического агрегата на примере приближенной к реальной картине модели промышленного установки.

Определены время пребывания дисперсного материала и коэффициент заполнения барабана, являющиеся основными показателями эффективности и экологичности сушилки. Для выбора режимных и структивных параметров сушилки в качестве критерия приняты приведенные энергозатраты на удаление влаги.

Комплексная оценка времени пребывания дисперсного материала и приведенных затрат на удаление влаги показала, что эколого-экономическому требованию соответствует скорость вращения барабана 2-3 об/мин, скорость теплоносителя 1,02,0м/с и угол наклона барабана в сторону разгрузки 1-1,5о.

Расчеты, проведенные по эксергетическом балансу материального и теплового потоков, показали, что эксергетический к.п.д. идентичных сушильных агрегатов, в которых барабаны снабжены Г-образной насадкой равен 0,22 и подвижной насадкой (самовстряхивающей лопаткой) – 0,25;

С целью повышения эксергетического к.п.д. барабанных сушильных агрегатов разработана конструкция, получен предварительный патент РК №12485 на аппарат для сушки дисперсных материалов с двумя зонами контакта фаз в кипящем и вращающем слое (рисунок 3). Кроме того, в ней благодаря установке перфорированных решеток 3 и 4 мелкие частицы дисперсного материала постепенно удаляются из рабочей зоны и тем самым предотвращается пылеунос.

Пятый раздел содержит научное обоснование методики расчета и конструирования согласно 7 этапа СПМ, установлены основные механизмы осаждения частиц пыли на элементах сушильного барабанного аппарата. Дано обобщающее уравнение для оценки эффективности осаждения частиц пыли в плоских к цилиндрических каналах барабанного сушильного аппарата.

1-барабан; 2,3,4-отверстия; 5,6,7,8-патрубки; 9-вал; 10-спицы; 11,12-лопатки; 13,14-бункера; 15-пылеуловитель; 16-пылеподавитель.

Рисунок 3 – Барабанный сушильный аппарат с двумя зонами контакта фаз.

Предложен энергетический подход к расчету эффективности сепарации частиц пыли аэрозольного потока:

(1)

где A – коэффициент пропорциональности;

dч и ч – размер и плотность частиц пыли;

г и г – кинематическая вязкость и плотность газа (теплоносителя);

Р – сопротивление на трение при прохождении потока или струи газа через каналы между насадками барабанного аппарата или зигзагообразного пылеуловителя;

uk – средняя скорость газовоздушных струй в каналах;

l – длина канала (рисунок 4);

dэ – эквивалентный диаметр канала, определяемый по известному соотношению для четырехугольного канала с размерами bВ (b – ширина канала, В – ширина разгрузочного бункера).



Pages:   || 2 | 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.