автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Исследование тепломассообмена при разделении мелкодисперсных шламов и разработка установки для его переработки

кандидата технических наук
Петрова, Галина Михайловна
город
Череповец
год
2000
специальность ВАК РФ
05.14.04
цена
450 рублей
Диссертация по энергетике на тему «Исследование тепломассообмена при разделении мелкодисперсных шламов и разработка установки для его переработки»

Автореферат диссертации по теме "Исследование тепломассообмена при разделении мелкодисперсных шламов и разработка установки для его переработки"

На правах рукописи

РГБ ОД

1 с да гзсй

Петрова Галина Михайловна

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОМАССООБМЕНА ПРИ РАЗДЕЛЕНИИ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ ШЛАМОВ И РАЗРАБОТКА УСТАНОВКИ ДЛЯ ЕГО ПЕРЕРАБОТКИ

Специальность 05.14.04 - промышленная теплоэнергетика

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Череповец - 2000

Работа выполнена в Череповецком государственном университете. Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Шаров Г.И., кандидат технических наук, профессор Синицын H.H.

Научный консультант - доктор технических наук, профессор, академик Нью-Йоркской академии наук и МААНОИ Шестаков Н.И.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор Осипов Ю.Р.,

Кандидат технических наук, доцент Григорьев Н.С.

Ведущая организация - ОАО «Череповецкий сталепрокатный завод»

Защита состоится 27 декабря 2000 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д.064.79.01 в Череповецком государственном университете по адресу: ¡62600 г. Череповец Вологодской обл., Советский пр., 8.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Череповецкого государственного университета.

2 ноября 2000

г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Кабаков З.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность проблемы.

На металлургических предприятиях образуется большое количество сточных вод, содержащих масло и окалину. Обработка их в системах водоочистки приводит к образованию другого вида отходов — мелкодисперсных шламов, которые наиболее трудно поддаются обработке при последних стадиях очистки. Твердым компонентом таких мелкодисперсных шламов является мелкодисперсная окалина с размерами частиц несколько мкм. Полное разделение мелкодисперсных шламов на масло, окалину и воду возможно как с применением растворителей, так и с применением моющих средств. На практике для обработки мелкодисперсных шламов применяются механические методы, позволяющие извлекать масло лишь частично до остаточной концентрации 15-30%. Оставшиеся после обработки мелкодисперсные шламы используются в агломерации. Актуальной проблемой является разработка безотходной технологии полного разделения компонентов мелкодисперсного шлама, основанной на использовании перегретого водяного пара, не требующей применения химических реагентов. При этом возвращается в производство терявшееся ранее технологическое масло и расширяется сфера утилизации мелкодисперсных шламов.

Цель работы.

Исследовать тепломассообмен одиночных частиц мелкодисперсных шламов в потоке перегретого водяного пара . Разработать опытно-промышленную установку для переработки мелкодисперсных шламов.

Методы исследования.

Выполнить работу на основе стендовых и расчетно-теоретических исследований на базе математического моделирования тепломассообмена одиночных частиц мелкодисперсных шламов

Научная новизна работы.

1. На основании экспериментальных исследований определены: коэффициенты теплоотдачи шламов в зависимости от параметров струи водяного пара и состава мелкодисперсных шламов; продолжительность кипения мелкодисперсных шламов в зависимости от параметров струи водяного пара и состава шламов; !

степень извлечения масла из мелкодисперсных шламов в зависимости от температуры водяного пара;

состав мелкодисперсных шламов к моменту окончания кипения при температуре 700 К

2. Разработана математическая модель тепломассообмена одиночных частиц мелкодисперсных шламов при движении в свободном потоке водг.::ого пара я в результате ее реализации определены:

траектории движения частиц шламов, иммитирующих возможные способы его распыления;

зависимости начальной скорости частиц шламов от их траектории ь струе и параметров водяного пара;

зависимости длины траектории частиц шламов от параметров струи водяного пара.

3. Обоснован номограммный способ определения: высоты распылительной камеры; допустимой скорости шламов на входе в камеру; объема сушильной камеры.

Практическая ценность работы.

1. Создана экспериментальная установка для исследования

мелкодисперсных шламов различного состава. 2.. Определена концентрация масла в мелкодисперсных шлам ах, при которой возможно его разделение в струе перегретого пара.

3. Разработана опытно-промышленная установка для переработки мелкодисперсных шламов.

4. Обоснована методика расчета элементов установки: распылительной и сушильной камер для мелкодисперсных шламов.

Реализация результатов исследования.

Опытно-промышленная установка позволяет утилизировать более 12 тыс. т. в год мелкодисперсных шламов, снизить загрязнение окружающей среды и нашла применение на ОАО «Северсталь»

Апробация работы.

Основные результаты работы доложены и обсуждены на Международной конференции ИНФОТЕХ-96 "Информационные технолгии в производственных, социальных и экономических процессах" (г. Череповец. 1996), на Международной научно-технической конференции "Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства" (г. Череповец, 1998г.), на XIII Межвузовской военно-научной конференции (г. Череповец, 1999), на [I Международной научно-технической конференции "Повышение эффективности теплообменных процессов и систем" (г. Вологда 2000г.), на кафедре Теплотехники и гидравлики Череповецкого государственного университета (г. Череповец, 1993-96).

Публикации.

По результатам диссертационной работы опубликованы четыре печатные работы.

Структура и объем.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (133 наименования), содержит 166 стр. машинописного текста, 48 рисунков и 8 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованна актуальность создания новых технологических решений при переработке мелкодисперсных шламов в металлургической промышленности.

В первой главе дан анализ существующих процессов переработки мелкодисперсных шламов металлургических предприятий и поставлены следующие задачи исследования:

1. Дать анализ существующих способов переработки мелкодисперсных шламов.

2. Провести комплекс экспериментальных исследований тепломассообмена мелкодисперсных шламов с перегретым водяным паром. Определить граничную величину концентрации масла, разделяющую жидкое и структурированное состояние образующейся мелкодисперсной гранулы. Получить функциональную зависимость степени выкипания масла в мелкодисперсных шламах от температуры водяного пара. Получить критериальные уравнения для коэффициентов теплоотдачи на стадии кипения. Определить максимальную концентрацию масла в мелкодисперсных шламах, при которой целесообразно применение распыленной сушки в среде перегретого пара.

3. Разработать математическую модель тепломассообмена частиц мелкодисперсных шламов при их движении в струе водяного пара и определить способ разделения мелкодисперсных шламов. Получить функциональную зависимость координат частиц мелкодисперсного шлама из состояния суспензии в состояние структурированных частиц.

4. Построить номограммы для расчета размеров разделительной камеры и скорости подачи в нее мелкодисперсных шламов. Разработать методику расчета элементов разделительной камеры для мелкодисперсных шламов.

5. Разработать опытно-промыжгтенную установку для разделения мелкодисперсных шламов.

Во второй главе производятся и анализируются экспериментальные тепловые процессы разделения мелкодисперсных шламов. На основе шламов, взятых из систем очистки ОАО "Северсталь", приготовлены экспериментальные смеси с концентрацией масел №1-ио=0.25кг, №2-ио=0.45кг и №3-ио=0.65кг на кг сухой окалины. Исследования проводились на специально разработанной экспериментальной установке, которая приведена на рис.1.

Рис.1 Схема экспериментальной установки:

1-автоклав, 2- пароперегреватель, 3-рабочая камера, 4-автотрансформатор, 5-блок крепления образца, 6-несущий стержень, 7-конденсатосборник, 8- термопара, 9-потенциометр, 10-оптическая система, 11-видеокамера, 12-экран, 13-секундомер, 14-направляющие рельсы.

Наблюдение за образцом в рабочей камере проводилось при помощи оптической системы (рис. 2). При этом обеспечивалось достаточное увеличение объекта для измерений и записи процесса на видеопленку.

6

9 10

С

Рис. 2 Схема оптической системы:

1-лампа, 2-направляющие линзы, 3-отражающие линзы, 4-обьектив, 5-корпус, 6-экран, 7-стеклянная трубка, 8-теплоизоляция, 9-цилиндрический экран, 10-образец, 11-видеокамера, 12-секундомер, 13-измерительная линейка.

В процессе проведенных исследований получены следующие результаты:

1. Установлено, что кипение мелкодисперсных шламов начинается при температуре кипения легких углеводородных фракций, что соответствует 430 К.

2. Определена математическая зависимость степени выкипания масел мелкодисперсных шламов от температуры водяного пара.

Ах = 1,08-10~5; Ву = -3,60-10"' ;С ч =0,3146;

Т-температура водяного пара.

Обработка мелкодисперсных шламов водяным паром при температуре

670К позволяет извлечь из него 60% масел за период кипения (рис.3).

3. Для расчета теплопередачи при кипении мелкодисперсных шламов получено критериальное уравнение, связывающее число Нуссельта с числом Рейнольдса и с начальной концентрацией жидкости в шламах (рис. 4).

X = АХГ2 + ВХТ + С

'.Г

(1)

где:

X

с

о о га

к з: х и с

X 2 а л

X о с о и о

0.90|

Д / Д /'

д 1

■/

д / ш /

А / 1 1

♦ / < / л ■

I 1

\ - - 1 1

♦ №1 ■ №2 А №3

420 470 520 570 620 670 720 Температура водяного пара Т, К

Рис. 3 Степень выкипания масла из мелкодисперсных шламов при разной температуре водяного пара.

/

Ми = С,

где:

Яе"

+ С,

(2)

С, = 23,337; С, = -2,7034; т = 0,3363; п = 0,06567 .

V "о

4. Для вычисления общей продолжительности стадий прогрева и кипения мелкодисперсных шламов получено критериальное уравнение, связывающее число Фурье с числом РеПнольдса и с числом Ребиндера (рис. 5).

Рокип = А + 02"ГТ > (3)

Ке

где:

А = -0,019; /)2 = 226; / = 1,251; к = 0,442.

Рис. 4 Зависимость числа Нуссельта от числа Рейнольдса на стадии кипения.

5. По мере уменьшения концентрации масла мелкодисперсных шламов его объем уменьшается до достижения постоянного значения, после чего образуется твердая структура материала. Концентрация жидкого компонента, соответствующая началу структуризации, составляет истр = 0,116 кг/кг. Рассчитанная по и1тр пористость гранул равна

0,501 кг/кг.

6. Для достижения концентрации // частиц до окончания кипения

мелкодисперсных шламов в струе нодяного пара с температурой 670 К необходимо, чтобы начальная концентрация масла и(> составляла не более 0,25 кг на кг окалины.

Ро кип

35 30 25 20 15 10 5 0

15 20 25 30 35 40 45 50 Ке

Рис.~5 Зависимость числа Рокил от числа Ке при различных значениях числа ЛЬ

В третьей главе приведено моделирование тепловых аэродинамических процессов разделения мелкодисперсных шламов.

Для исследования траекторий движения частиц мелкодисперсных шламов в потоке газа дана математическая модель, включающая в себя уравнения теплового и материального баланса на стадиях прогрева, кипения и движения, в которых определяются значения коэффициентов гидродинамического сопротивления и теплоотдачи.

(4)

(5)

Стадия прогрева:

[ое(Т/ -Т4 )+а(Т, -Т)]к6оЛ =

Л ^Го. Стадия кипения:

[ое(Т4 -Т4) + а,м(Т. -Т)]п5,> = ^¿Г-Ыт ТI =т

1Т = ТАШ1 'КШ11

<1т = -тж{)йХ = -т щ0(2АхТ + Вх )</'/'

Стадия движения:

¿тУ7

я5

ах 4

¿тУ>

я г л5 г я Пт-О^О

У о

2

У-1У

У-УУ

(7)

(8)

В математической модели учтена зависимость физических параметров от температуры и использованы экспериментальные значения температур начала кипения мелкодисперсных шламов, концентрации структуризации материалов и критериальные уравнения для вычисления коэффициентов теплоотдачи. Для описания поля скоростей потока водяного пара приведена модель свободной затопленной осесимметричной турбулентной струи.

В результате математического моделирования:

1. Определена форма максимально удаленных траекторий частиц мелкодисперсных шламов при различных начальных условиях.

2. Выбран способ распыления мелкодисперсных шламов струей водяного пара в направлении сверху вниз.

Начальная скорость шлама У о, м/с

Скорость водяного пара \л/ ,м/с

Радиус сопла г

Рис. 6 Предельно-допустимое значение начальных скоростей частиц мелкодисперсных шламов.

3. Получены расчетные зависимости различных параметров турбулентной струи водяного пара, максимально допустимых начальных скоростей частиц, при которых их траектории находятся внутри струи водяного пара (рис.6).

У0. = 1,202-10~5 (Р3,521 гс0,893 +0,91 1, (9)

4. Определены максимальные дальности полета частиц мелкодисперсных шламов до завершения ее кипения при начальной скорости, равной предельно допустимой (рис. 7).

2тах = 2,1046-105^2,756гс0,1036 -0,8033 . (10)

Скорость водяного пара \Л/, м/с

Рис.7 Дальность полета частиц мелкодисперсных шламов в вертикальном направлении при предельном значении начальной скорости водяного пара.

5. Время сушки структурированных гранул мелкодисперсных шламов определяются временем полного высыхания его частиц максимального размера при температуре 670К и при минимальном коэффициенте теплоотдачи. Для этого была использована модель углубления фронта испарения. В результате расчета по этой модели концу стадии кипения мелкодисперсных шламов соответствует зависимость приведенная на рис 8.

6. Результаты моделирования двух стадий тепломассообмена частиц мелкодисперсных шламов определили размеры распылительной и сушильной камер для разделения мелкодисперсных шламов.

400

о к

X «

X

о

ш о о

X

с о с

к 2 о а.

ш

350 300 250 200 150 100 50 0

I I

----

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Условный диаметр частиц шлама, мм

Рис. 8 Время полного высыхания мелкодисперсных шламов при числе Ыи=2

В четвертой главе разработана опытно-промышленная установка для разделения мелкодисперсных шламов. Приведен проект опытно-промышленной установки (рис 9) для переработки мелкодисперсных шламов, образующихся в сгустителях вторичных очистных сооружений металлургических предприятий, которая состоит из системы подготовки мелкодисперсных шламов, системы разделения компонентов мелкодисперсных шламов и системы обработки сушильного агента. Основным элементом опытно-промышленной установки является разделительная камера, состоящая из распылительной и из сушильной камер.

На основе тепломассообмена мелкодисперсных шламов получены номограммы для расчета:

высоты распылительной камеры (рис. Ю)

скорости материала на входе в распылительную камеру (рис. 11) объема сушильной камеры (рис.12)

шлам из

фракции

Рис. 9 Принципиальная схема опытно-промышленной установки.

Система предварительной обработки шлама: 1-центрифуга, 2-емкосчь фугата. 3-емкость осадка, 4-насос, 5-накопительная емкость.

Система разделения компонентов: 6-насос. 7-распылительная камера. 8-сушильная камера, 9-затвор-птатель, 10-шнековый транспортер.

Система обработки отработанного сушильного агента: 11-циклон, 12-теплообменник, 13-маслоотделитель, 14-бак масляных фракций, 15-бак топливных фракций, 16-бак воды.

Расход водяного пара 6, кг/с

Рис. 10 Номограмма для определения высоты распылительной камеры.

Выполнен балансовый расчет установки для обработки 12 тыс. т. мелкодисперсных шламов в год. По разработанным методикам выполнен проектный расчет распылительной и сушильной камер для мелкодисперсных шламов.

Радиус сопла Гс,м

Рис. 11 Номограмма для определения допустимой скорости материала на

входе в распылительную камеру.

Заключение.

В работе выполнено и определено следующее:

1. Проанализированы преимущества и недостатки существующих способов переработки шламов. Определены основные задачи, требующие создания нового способа разделения мелкодисперсных шламов.

2. Проведен комплекс экспериментальных исследований тепломассообмена мелкодисперсных шламов с перегретым водяным паром и дана граничная величина концентрации масла, разделяющая жидкое и структурированное состояние образующихся гранул; опреле.шна функциональная зависимость степени выкипания масла от температуры водяного пара; получены критериальные уравнения для коэффициентов

35 40 45 50 55 60

Скорость водяного пара на срезе сопла \Л/, м/с

Рис. 12 Номограмма для определения объема сушильной камеры

теплоотдачи мелкодисперсных шламов на стадиях прогрева и кипения, а также вычислена продолжительность этих стадий; приведена максимальная концентрация масла в мелкодисперсных шпамах, при которой целесообразно применение разделительной сушки в среде перегретого водяного пара.

3. Разработана математическая модель тепломассообмена частиц мелкодисперсных шламов при ее движении в струе водяного пара, на основе которой определен способ распыления мелкодисперсных шламов. удовлетворяющий требованию минимизации пространства тепломассообмена и стабильности траекторий движения частиц этих шламов внутри струи. При этом получены функциональные зависимости координат частиц мелкодисперсных шламов из состояния суспеизии в состояние структурированных частиц.

4. Построены номограммы для расчета размеров разделительной камеры, скорости подачи мелкодисперсных шламов и методика расчета элементов разделительной камеры.

5. Разработана опытно-промышленная установка для разделения мелкодисперсных шламов из систем очистки сточных вод металлургических предприятий.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Синицын H.H., Петрова Г.М. Опытно-промышленная установка для очистки грунтов от нефтепродуктов. // Международная научно-техническая конференция «Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства».: Череповец ЧГУ, 1998. С. 150-151.

2. Синицын H.H., Петрова Г.М., Шестаков Н.И.: Математическое моделирование температурного поля окалиномаслосодержащего шлама // И Международная научно-техническая конференция «Повышение эффективности теплообменных процессов и систем»., часть 1: Вологда ВГТУ, 2000. С. 83-85г

3. Синицын H.H., Петрова Г.М., Шестакова Е.А.: Расчет процесса сушки частиц суспензии с учетом действия внутренних дополнительных источников влаги. // Международная конференция ИНФОТЕХ-99 «Информационные технологии в поизводственных, социальных и экономических процессах»: Сборник трудов. Череповец, 1999. С. 183184.

4. Синицын H.H., Петрова Г.М., Шестакова Е.А. Методика расчета процесса сушки частиц суспензии в условиях действия внутренних дополнительных источников влаги.// XIII Межвузовская военно-научная конференция. Тезисы докладов. Череповец. 1999 г. С. 171-173

Список использованных обозначений.

т-время, с

8 -диаметр частицы шлама, м У-коэффициент кинематической вязкости, м2/с £ -коэффициент аэродинамического сопротивления а -постоянная Стефана-Больцмана, Вт/(м2*К4) р-плотность

X -коэффициент теплопроводности, Вт/(м*К) а -коэффициент температуропроводности, м2/с с -изобарная теплоемкость, Дж/(кг*К) Г -площадь, м2

§ -концёнтрация жидкости, кг/кг материала £'-концентрация жидкости, кг/м3 материала Н -высота, м

Ь -теплота испарения, Дж/кг т -масса, кг

гс -радиус газового сопла, м Т -температура, К

II -концентрация жидкости, кг/кг твердой среды и'-концентрация жидкости, кг/м3 твердой среды У-скорость частицы, м/с V/ -скорость водяного пара, м/с X -степень выкипания масла, кг/кг

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Петрова, Галина Михайловна

ВВЕДЕНИЕ.

1 .АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ

ШЛАМОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ.

1.1. Образование и состав мелкодисперсных шламов сточных вод.

1.2. Состав мелкодисперсных шламов прокатного производства

1.3. Способы утилизации мелкодисперсных шламов

1.4. Термические методы обработки мелкодисперсных шламов без регенерации масел.

1.5. Термические методы обработки мелкодисперсных шламов с регенерацией масел

1.6. Механические, химические и биологические методы обработки мелкодисперсных шламов.

1.7. Свойства компонентов мелкодисперсных шламов

1.8. Постановка задачи исследования.

2.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ

ПРОЦЕССОВ РАЗДЕЛЕНИЯ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ ШЛАМОВ.

2.1. Технический анализ образцов материала

2.2. Разработка экспериментальной установки.

2.3. Методика исследований

2.4. Результаты исследований и их анализ.

2.5. Выводы по главе.

3.МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ И

АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ РАЗДЕЛЕНИЯ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ ШЛАМОВ.

3.1. Математическая модель тепловых процессов в камере

разделения мелкодисперсных шламов.

3.2. Математическая модель аэродинамических процессов в камере

разделения мелкодисперсных шламов.

3.3. Исследование траекторий движения частиц шлама.

3.4. Основные расчетные зависимости.

3.5. Выводы по главе.

4.РАЗРАБОТКА ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ

РАЗДЕЛЕНИЯ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ ШЛАМОВ.

4.1. Проект опытно-промышленной установки

4.2. Разработка инженерной методики расчета разделительной камеры.

4.3. Балансовый расчет установки для переработки мелкодисперсных шламов.

4.4. Выводы по главе

Введение 2000 год, диссертация по энергетике, Петрова, Галина Михайловна

На металлургических предприятиях образуется большой объем сточных вод разнообразных по составу и концентрации загрязнений, в том числе содержащих масло и окалину. Наибольшее количество сточных вод этого типа образуется в прокатном производстве. Обработка их в системах водоочистки приводит к образованию другого вида отходов - окалиномаслосодержагцих мелкодисперсных шламов.

Удельный выход мелкодисперсных шламов цехов прокатного производства в России составляет около 0.2% на тонну металла [1]. В обзоре международного института чугуна и стали [2] отмечено, что в среднем в мире на долю мелкодисперсных шламов с повышенным содержанием масла приходится 0.5%, т.е. 5 кг/т проката. Степень утилизации мелкодисперсных шламов в условиях отечественного производства не превышает 75% [3]. Полное разделение таких шламов на отдельные компоненты по существующим технологиям возможно только с применением растворителей или моющих средств. На практике для выделения масел из мелкодисперсных шламов применяются традиционные механические методы, позволяющие извлекать масло лишь частично, до определенного значения концентрации. Оставшиеся после обработки, сгущенные мелкодисперсные шламы используются в агломерации с потерей неизвлеченных масел.

Актуальной проблемой является разработка безотходной технологии полного разделения компонентов мелкодисперсного шлама, основанной на использовании вторичных тепловых ресурсов металлургического предприятия и не требующей применения химических реагентов.

Целью данной работы является исследование тепломассообмена мелкодисперсных шламов в струе водяного пара и разработка опытно-промышленной установки для переработки мелкодисперсных шламов с получением товарных продуктов. 5

Работа выполнена на основе комплексных лабораторных и теоретических исследований с использованием результатов математического моделирования.

Заключение диссертация на тему "Исследование тепломассообмена при разделении мелкодисперсных шламов и разработка установки для его переработки"

Заключение

1. Проанализированы преимущества и недостатки существующих способов переработки мелкодисперсного шлама, содержащего окалину и отработанные масла. Определены основные задачи, требующие решения при создании нового способа разделения шлама:

- полное разделение компонентов;

- получение окалины в виде пригодном для дальнейшего применения;

- использование ресурсов металлургического предприятия;

- отсутствие образования новых форм отходов.

2. Проведен комплекс экспериментальных исследований тепломассообмена замасленной окалины с перегретым водяным паром. В результате экспериментов:

- определена граничная величина концентрации масла, разделяющая жидкое и структурированное состояние образующейся гранулы;

- получена функциональная зависимость степени выкипания масел от температуры газа;

- получены критериальные уравнения для определения коэффициентов теплоотдачи на стадиях прогрева и кипения, а также для вычисления продолжительности этих стадий;

- определена максимально допустимая концентрация масла в окалине, при которой возможно разделить компоненты способом распылительной сушки при ограниченной температуре сушильного агента.

3. Разработана математическая модель тепломассообмена частицы замасленной окалины при движении в свободной струе горячего газа. На основе реализации математической модели на ЭВМ определен способ

Библиография Петрова, Галина Михайловна, диссертация по теме Промышленная теплоэнергетика

1. Кравченко В.М., Лащев В.Я., Горбунова A.A. Использование железосодержащих шламов черной металлургии // Черная металлургия: Бюл. НТИ. 1990. Вып. 2. С. 1-18.

2. IISI survey of ferruginous iron and steelmaking by-products (Обзор IISI no железосодержащим отходам черной металлургии). //Steel Times. 1994. 22, №11. С.431-432.

3. Уткин Ю.В. Вторичные ресурсы важный резерв черной металлургии. //Сталь. 1994. №3. С. 1-6.

4. Опыт эксплуатации систем оборотного водоснабжения непрерывных станов 2000 горячей прокатки. Г.С.Пантелят, С.Е.Никулин, А.Н.Царенко, Н.А.Кулишенко. //Черная металлургия: Бюл. НТИ. 1989. Вып. 12. С.67-69.

5. Борисов В.М., Яценко-Жук А.Д., Матюх И.Я. Перспективы использования дисперсных отходов прокатного производства в черной металлургии. //Черная металлургия: Бюл. НТИ. 1981. Вып.21. С.45-59.

6. Теплофизические свойства топлив и шихтовых материалов черной металлургии. Справочник. Бабошин В.М., Кривчевцов Е.А., Абзалов В.М., Щелоков Я.М. М.: Металлургия, 1982. 152 с.

7. Пушкарев В.В., Южанинов А.Г., Мэн С.К. Очистка маслосодержащих сточных вод. М.: Металлургия, 1980. 200 с.

8. Утилизация водомаслоокалиносодержащих шламов / П.А.Смирнов, А.А.Буяров, Н.А.Архипов, Н.Д.Егоров //Черная металлургия: Бюл. НТИ. 1985. Вып. 21. С. 62-64.

9. Грудев А.П., Зильберг Ю.В., Тилик В.Т. Трение и смазки при обработке металлов давлением. М.: Металлургия, 1982. 312 с.

10. Белосевич В.К., Нетесов Н.П., Мелешко В.И., Адамский С.Д. Эмульсии и смазки при холодной прокатке. М.: Металлургия, 1976. 416 с.

11. Кривоносов И.В. Утилизация замасленной прокатной окалины в агломерационном производстве. //Черная металлургия: Бюл. НТИ.1985. Вып. 15. С. 38-39.

12. Вахлер Б.Г. Водоснабжение и водоотделение на металлургических предприятиях. Справочник. М.: Металлургия, 1977. 201 с.

13. Физико-химические свойства осадков окалино-маслосодержащих сточных вод / Ю.А.Галкин, Г.С.Пантелят, Л.Г.Галый, В.Г.Березюк // Металлургическая и горнорудная промышленность. 1993. №2. С. 7375.

14. Производство агломерата и окатышей. Справочник. С.В.Базилевич, А.Г.Астахов, Г.М.Майзель и др. М.: Металлургия, 1984. 216 с.

15. Некоторые особенности процесса агломерации при использовании в шихте окалины прокатного производства /Ю.Г.Ефименко, Е.И.Лещинская, И.М.Сальников и др. //Известия вузов. Черная металлургия. 1986. №4. С.21-42.

16. Чередниченко Г.И., Фройштетер Г.Б., Ступак П.М. Физико-химические и теплофизические свойства смазочных материалов. Д.: Химия, 1986. 224 с.

17. Клозе Р., Уппхоф Р., Кучера И. Очистка маслосодержащей прокатной окалины способом мокрой механической промывки. //Черные металлы. 1994. №2. С.44-48.

18. ЛотошВ.Е. Особенности структурообразования в загрязненном маслами шламе прокатной окалины с минеральными вяжущими.// Металлы. Рос. АН. 1994. №5. С. 32-35.

19. A.c. 1407979(СССР). Шихта для утилизации замасленной окалины при агломерации /А.А.Готовцев, Ю.Г.Ефименко, А.В.Кабанов и др.//Открытия. Изобретения. 1988. Бюл.№25.

20. Получение железного порошка из железорудного концентрата/ П.К.Саворский, Б.П.Хливенко, Е.А.Крашенинников и др.// Сталь. 1991. №7. С.74-76.

21. Григорьев С.М. Углетермическое восстановление оксидных отходов производства быстрорежущей стали. //Известия вузов. Черная металлургия. 1996. №6. С.24-27.

22. Бобошко B.C., Студинский Ю.А., Нотыч А.Г. Влияние технологии переплава замасленной стружки в электропечах на характеристики выбросов.//Сталь. 1991. №7. С.85-87.

23. Umwoltgerechte ver wertungs möglichkeit ölkontaminierter Entfallstoffe (Допустимые законом возможности санирования загрязненных маслом отходов). / Krüger W., Kalinovski W., Letzel D., Hunger J. // Chem. Techn. 1993. 45, №5. C.404-407.

24. Лотош B.E. Галкин Ю.А. Совершенствование технологии утилизации окалиномаслосодержащие осадков сточных вод машиностроительных предприятий. // Сталь. 1994. №8. С.65-67.

25. Безотходная термическая переработка водомаслоокалиносодержащих отходов/ В.П.Ульянов, Н.И.Жилина, В.Ф.Ковтун, Л.Д.Болотова // Сталь. 1989. №12. С.88-92.

26. Термическая переработка маслоокалиносодержащих отходов прокатного производства с получением товарных продуктов / В.П.Ульянов, В.Я.Дмитриев, В.Д.Поминов и др. //Черная металлургия: Бюл. НТИ. 1989. Вып. 5. С. 71-72.

27. А.с.1772558(СССР). Шахтная печь для термообработки безобжиговых окатышей /А.В.Печерский, В.Е.Лотош, Ю.А.Галкин и др.// Открытия. Изобретения. 1992. №40.

28. Патент 5100560 (США) Apparatus and method for supercritical water oxidation. (Метод и аппарат для мокрого окисления примесей в сточных водах в сверхкритических условиях). /Huang С.-Y. 1992.

29. К расчету критических параметров нефтепродуктов / Н.П. Жуков, В.И.Выченок, И.А.Черепенников, С.Н. Кузьмин // Химия и технология топлив и масел. 1994. №4. С. 29-32.

30. Дадашев М.Н., Абдулагаров И.М. Сверхкритическая экстракция в процессах добычи и переработки нефти, газа и каменного угля. //Химия и технология топлив и масел. 1993. №5. С.34.

31. Brunner G. Ein Multitalent gegen Schlamm und Abwasser (Универсальный метод обезвреживания осадка сточных вод).// Chem. Ind. 1993. 116, №9. С. 34,36-37.

32. А.с.778739(СССР). Способ разделения побочных продуктов и отходов металлургической промышленности /П.А.Смирнов, А.А.Буяров, В.А.Федулов и др. //Открытия. Изобретения. 1980. №42.

33. Остановка для разделения водомаслоокалиносодержащих шламов/ П.А.Смирнов, А.А.Буяров, Н.А.Архипов и др. //Черная металлургия: Бюл. НТИ. 1987. Вып. 17. С. 62-63.

34. А.с.1 143431(СССР). Способ разделения побочных продуктов и отходов металлургической промышленности /П.А.Смирнов, А.А.Буяров, В.А.Федулов и др.//Открытия. Изобретения. 1985. №9.

35. А.с.1263270(СССР). Способ разделения побочных продуктов и отходов металлургической промышленности /П.А.Смирнов, А.А.Буяров, Н.Д.Егоров и др. // Открытия. Изобретения. 1986. №38.

36. А.с.1318547(СССР). Установка для обработки сточных вод металлургической промышленности / А.А.Буяров, Н.Д.Егоров, П.А.Смирнов, В.П.Ваганов. // Открытия. Изобретения. 1987. №23.

37. А.с.1604752(СССР). Установка для разделения маслосодержагцих отходов металлургической промышленности /Н.Д.Егоров, А.А.Буяров, П.А.Смирнов, Н.А.Архипов //Открытия. Изобретения. 1990. №41.

38. A.c. 1673520(СССР). Установка для разделения маслосодержащих отходов в металлургической промышленности / А.А.Буяров,

39. Н.Д.Егоров, В.А.Дашковский, П.В.Мельников // Открытия. Изобретения. 1991. Бюл. N32.

40. Сергиенко С.Р., Таимова Б.А., Талалаев Е.И. Высокомолекулярные неуглеводородные соединения нефти. Смолы и асфальтены. М.: Наука, 1979.269 с.

41. A.c. 1801136(СССР). Способ разделения побочных продуктов и отходов металлургической промышленности и устройство для его осуществления /В.Я.Тишков, Э.Р.Новацкий, В.П.Кольцов и др.// Открытия. Изобретения. 1993. №9.

42. Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. M.: Химия, 1981. 812 с.

43. Справочник по теплообменникам. / Под ред. О.Г.Мартыненко. М.: Энергоатомиздат, 1987. Т.2.352 с.

44. Чечеткин A.B. Высокотемпературные теплоносители. М.: Энергия, 1971. 499 с.

45. А.с.1351888(СССР). Способ обезвоживания и очистки метал-лосодержащих шламов /С.Г.Кузнецов, A.M.Ворохов, В.С.Бродский, В.И.Ивахно. // Открытия. Изобретения. 1987. №42.

46. Коваленко В.П. Ильинский A.A. Основы техники очистки жидкостей от механических загрязнений. М.: Химия, 1982. 272 с.

47. Установка для утилизации окалиномаслосодержащих осадков сточных вод трубопрокатных цехов/ Ю.А.Еалкин, В.И.Аксенов, А.А.Чесноков и др. // Сталь. 1985. №10. С.91-93.

48. Патент 5125966 (США) Process for de oiling mill sludge. (Способ удаления масел из осадка). /Siefert K.S., Blake N.R. 1992.

49. Hones G.R. The B.E.S.T. Solvent extraction process treatment of soil, sediment, and sludges (Экстракционная технология очистки осадков, масляных отходов и шламов от органических загрязнений).// Environ, progr. 1992. 11, №3. С. 223-227.

50. Titus D. То dispose of oily sludge: divide and conquer. (Способ очистки осадка сточных вод, содержащих отходы нефтеперерабатывающих заводов).// Chem. Eng. (США). 1993. Spec.Suppl."Environ Eng." C.27.

51. Патент 2028174 (Россия) Способ разделения замасленных отходов металлургической промышленности / А.В.Березников, А.А.Вихорев, А.Н.Мартынова/Юткрытия. Изобретения. 1995. Бюл.№4

52. Система работы по охране окружающей Среды на Череповецком металлургическом комбинате/ Н.А.Архипов, Т.М.Давыдова, Н.А.Маракуева, Н.Н.Карышева. //Сталь. 1995. №7. С.77-79.

53. Барсукова Н.В., Денисов A.A. Обезвреживание водомасляных шламов //Химия и технология топлив и масел. 1996. №1. С.4.

54. Улучшение качества прокатываемого металла на станах холодной пркатки/ В.Н.Солоник, В.Н.Паршинов, В.И.Куликов и др. //Черная металлургия: Бюл. НТИ. 1989. Вып. 4. С. 71-72.

55. Кржижановский P.E., Штерн З.Ю. Теплофизические свойства неметаллический материалов. JI.: Энергия, 1973. 336 с.

56. Александров И.А. Перегонка и ректификация в нефтепереработке. М.: Химия, 1981. 352 с.

57. Синицын H. Н., Петрова Г. М. Опытно-промышленная установка для очистки грунтов от нефтепродуктов. // Международная научно-техническая конференция «Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства»: Череповец ЧТУ, 1998. С. 150-151.

58. Синицын H. Н., Петрова T. М., Шестаков Н. И.: Математическое моделирование температурного поля окалиномаслосодержащего шлама // II Международная научно-техническая конференция

59. Повышение эффективности теплообменных процессов и систем»., часть 1: Вологда ВГТУ, 2000. С. 83-85.

60. Гилязетдинов Л.П. Расчет молекулярной массы фракций углеводородного сырья. //Химия и технология топлив и масел. 1992. №9. С.27-28.

61. Теплофизические свойства технически важных газов при высоких температурах и давлениях. Зубарев В.Н., Козлов А.Д., Кузнецов В.М. и др. М.: Энергоатомиздат, 1989. 232 с.

62. Викторов М.М. Методы вычисления физико-химических величин и прикладные расчеты. Л.: Химия, 1977. 360 с.

63. Рид Р., Праусниц Д., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. Л.: Химия, 1982. 592 с.

64. Кузнецов A.A., Судаков E.H. Расчеты основных процессов и аппаратов переработки углеводородных газов. М.: Химия, 1983. 224 с.

65. Папок К.К., Рагозин H.A. Словарь по топливам, маслам, смазкам, присадкам и специальным жидкостям. М.: Химия, 1975. 311 с.

66. Чернышев А.К., Поплавский К.Л., Заичко Н.Д. Сборник номограмм для химико-технологических расчетов. Л.: Химия, 1969. 279 с.

67. Кришер О. Научные основы техники сушки. М.: Издатинлит, 1961. 539 с.

68. Муштаев В.И., Ульянов В.М. Сушка дисперсных материалов. М.: Химия, 1988. 352 с.

69. Эмульсии. /Под ред. А.А.Абрамсона. Л.: Химия, 1972. 449 с.

70. Структурно групповой состав и особенности молекулярного строения полупродуктов производства масел/ Миндияров Х.Г., Каракуц В.Н., Теляшев Г.Г. и др. //Химия и технология топлив и масел. 1994. №11-12. С.65.

71. Белянин Б.В., Эрих В.Н. Технический анализ нефтепродуктов и газа. Л.: Химия, 1975. 336 с.

72. Вексельман Д.Г., Ильченко А.И. Установки с высокотемпературными теплоносителями. Киев: Технка, 1969. 149 с.

73. Ривкин С.Л., Александров A.A. Термодинамические свойства воды и водяного пара. М.: Энергоатомиздат, 1984. 80 с.

74. Кулагин Н.В., Морошкин М.Я. Форсунки для распыливания тяжелых топлив. М.: Машиностроение, 1973. 200 с.

75. НиконоваЕ.Л., ТопоеваО.В. Параметры распыления вскипающего двухкомпонентного потока. //Тепловые процессы в технологических системах: Всероссийский сборник научных трудов. Череповец: ЧГИИ, 1995. Вып. 1 С. 88-91.

76. Вскипающие адиабатные потоки./ В.А.Зысин, Г.А.Баранов, В.А.Барилович, Т.Н.Парфенова. М.: Атомиздат, 1976. 152 с.

77. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент: Справочник /Под общ. ред. В.А.Григорьева, В.М.Зорина. М.: Энергоатомиздат, 1988. 560 с.

78. Нигматулин Р.И. Основы механики гетерогенных сред. М.: Наука, 1978. 336 с.

79. Дейч М.Е. Техническая газодинамика. М.: Энергия, 1974.

80. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1970. 456 с.

81. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. М.: Энергоатомиздат, 1990. 367 с.

82. Муштаев В.И., Ульянов В.М. Сушка дисперсных материалов. М.: Химия, 1988. 352 с.

83. Митропольский А.К. Техника статистических вычислений. М.: Наука, 1971. 576 с.

84. Основы теории горения./ Под ред. В.В.Померанцева. Л.: Энергия, 1973. 264 с.

85. Романков П.Г., Фролов В.Ф. Массообменные процессы химической технологии. Л.: Химия, 1990. 384 с.

86. Брандт. 3. Статистические методы анализа наблюдений. М.: Мир, 1975. 312 с.

87. Архипов H.A., Топоева О.В., Синицын H.H. Тепломассообмен частицы маслошламосодержагцей смеси в неизотермичном газовом потоке //Тепловые процессы в технологических системах: Всероссийский сборник научных трудов. Череповец: ЧГИИ, 1996. Вып. 3. с.63-66.

88. Муштаев В.И., Ульянов В.М., Тимонин A.C. Сушка в условиях пневмотранспорта. М.: Химия, 1984. 232 с.

89. Рудобашта С.П. Массоперенос в системах с твердой фазой. М.: Химия, 1980. 248 с.

90. Фролов В.Ф. Моделирование сушки дисперсных материалов. Л.: Химия, 1987. 208 с.

91. Кулагин Л.В., Морошкин М.Я. Форсунки для распыливания тяжелых топлив. М.: Машиностроение, 1973. 200 с.

92. Сушильные аппараты и установки: Каталог. М.: Цинтихимнефтемаш, 1988. 72 с.

93. Теория турбулентных струй. / Г.Н.Абрамович, Т.А.Гиршович, С.Ю.Крашенинников и др. М., Наука, 1984. 720 с.

94. СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙа коэффициент теплоотдачи,1. Вт/(м -К);т время, с;8 диаметр частицы шлама, м;

95. С, коэффициент аэродинамического сопротивления;- безразмерная координата фронта испарения;2

96. Прил. 1-1 Истинная теплоемкость оксидов железа по данным табл. 1.51. О 200 400 600 800 1000т,°с

97. Прил. 1-Ш Плотность фракций нефти при нормальных условиях в зависимости от температуры кипения 56.1. ГО 900 ти X 880 а.860 840 -820 -800 780760740 1. О 100 200 300 400 500 600т °г

98. Прил. 1-1У Изменение плотности минеральных масел с температурой по формуле (1.3).5 9001. О.8007507006506005505001. Ч V ч ч \ 1. V ' \ ч \ ч Ч \ \ ч 44444 Ч ч N \1. V Чч Ч- ч ч ч N.

99. Плотность при 20° С . 800 кг/м3----850 кг/м-900 кг/м3100 200 300 400500

100. Прил. 1-У Молекулярная масса нефтяных фракций в зависимости от температуры кипения при нормальных условиях (по формуле Воинова1.4))150 250 350 450 5501. Ткип, 0 С

101. Прил. 1-У1 Зависимость теплоемкости масел от температуры по формуле(1.9)а