автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Кинетика и аппаратурное оформление процесса сушки полупродуктов органических красителей на инертных телах

^ л

Ск.

На правах рукописи

БРЯНКИН КОНСТАНТИН ВЯЧЕСЛАВОВИЧ

КИНЕТИКА И АППАРАТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ ПРОЦЕССА СУШКИ ПОЛУПРОДУКТОВ ОРГАНИЧЕСКИХ КРАСИТЕЛЕЙ НА ИНЕРТНЫХ ТЕЛАХ

Специальность 05. 17. 08 - Процессы и аппараты

химической технологии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тамбов - 1997

Работа выполнена в Тамбовском государственном техническом университете

Научные руководители: кандидат технических наук, доцент Леонтьева Альбина Ивановна; кандидат химических наук, доцент Угробин Николай Павлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Рудобашта Станислав Павлович; кандидат технических наук, доцент Коробов Виктор Борисович

Ведущая организация: АО "Синтез", г. Тамбов

Защита состоится " 5 " - (¿¿¿¿уиЯ ] 997 г. в _^£_часов ^Йлинут в ауд. 60, ул. Ленинградская, 1 на заседании диссертационного совета К 064.20.01 Тамбовского государственного технического университета. Отзывы в двух экземплярах, скрепленные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 392620 г.Тамбов, ул. Советская, 106

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТГТУ,

Автореферат разослан 1097 г.

Ученый секретарь диссертационного совета I В.М. Нечаев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ .

Актуальность работ ы. Потребность в красителях и пигментах в современных условиях очень значтельна. При этом к ним предъявляются все более жесткие требования но качественным показателям. Определяющее влияние на их формирование окаn>niaioi физико - химические еиойсша используемых полупродуктов: содержание основного компонента и примесей, кислотность и т.д. Таким образом, улучшив ян иоказак'ли, можно добиться высокого и стабильного качества синтетический красителей. Большое значение для обеспечения качества полупродуктов краен I ел ей имеет выбор меюда и режима сушки. В процессе этой операции возможны не только изменения в их физико - химических свойствах, но и в химическом а роении.

Среди полупродуктов органических красителей можно выделить класс материалов, выпускаемых в пастообразном виде с концентрацией твердой фазы порядка 30,0 %, напоминающих по внешнему виду вязкую глинообразпую массу. Выбор метода сушки таких наст затруднен их термолабильными свойствами, а также повышенной чувствигельностыо к длительному воздействию температуры. Сушка таких материалов методами, традиционно применяемыми в химическом произведете: на вальце - ленточной и вакуум - гребковой сушилках, - не дает положительных результатов (не удалось достичь требуемых влажности и концентрации пеленою вещества). Апатит полученных данных позволяет сделать вывод, что сушку подобных материалов необходимо вести в тонком слое на поверхности инертного носителя. При этом способе сушки отсутствует перегрев материала, время пребывания исчисляется минутами. Поэтому он применим для сушки термочувствительных материалов. Кроме того, использование этого метода дает возможность создавать малогабаритные аппараты, имеющие низкую металлоемкость и стоимость, позволяющие получить высококачественный продукт.

Применительно к полупродуктам органических красителей этот метод сушки мало изучен. Различными авторамп исследовались отдельно процессы тепло - мас-сопереноса, гидродинамической картины в кипящем слое. В совокупности эта задача не решалась.

В связи с этим исследование кинетики и разработка аппаратурного оформления процесса сушки на основе математическою моделирования, рассмотренные в данной работе, имеют актуальное научное и хозяйственное значение.

Пель рабшы. Настоящая дмссср! анион пая работа посвящена исследованию кинетических характеристик и разработке аппаратурного оформления процесса сушки на инертых 1слах. В связи с я им, в задачу данной работы входило:

- исследование степени перемечнииания сушильного агента в кипящем слое инертных ic.'i.

- исследование особенное (ей т епло - массообменны.ч процессов на одиночной чнеише инерпнио постели.

- определение коэффициентов массоотдачи при сушке и скалывании ма-юриала;

- моделирование процесса сушки на инертных телах;

- экспериментальное исследование сушки полупродуктов органических красителей на инертных телах;

- разработка аппаратурного оформления процесса сушки,

- практическая реализация результатов работа;

- разрабожа способов интенсификации процесса сушки на инертных \е-

лах.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- разработана математическая модель процесса Сушки на инершых 1елах, в которой нашли отражение функции плотности распределения частиц инертных тел но размерам н времени пребывания газовой фазы в слое;

- разработана методика исследования закономерностей тепло - мпссооб-менных процессов на одиночной частице инертного носителя:

- получены зависимости для определения коэффициентов массоотдачи при сушке и скалывании продукта.

Практическая ценность. Расширена область применения метода сушки на инертных телах для суспензий полупродуктов органических красителей, напоминающих по внешнему виду вязкую глинообразную массу в тонком слое на поверхности тел инертного носителя.

Разработана методика расчета технологических параметров сушилки ятя полупродуктов органических красителей с использованием м'а/емашческой модели.

Предложены зависимости для определения параметров массопереноса процесса сушки и скола высушенного материала, позволяющие рассчитать, с учетомI особенностей теплофизических свойств полупродуктов органических крагиIелей,наиболее благоприятные условия сушки.

Определены максимально допустимые границы нро1екания процесса сущки с учетом термолабильных свойст в материалов.

, Разработаны пути повышения уровней технологии произволе та полупродуктов органически* красителей и организации единого гибкою произволе! на

Предложена принципиальная технологическая схема производства по.1>-продуктоп.

Апробация работы. Метод сушки полупродуктов органических краен юлей был апробирован на промышленной сушилке СИ! п чс.юпиях дейсплю-шего производства (АО ''Пигмент', г. Тамбов). При сушке Р - соли (.? - нафюл -3.6 - дисульфокиело!а. дииагриевая соль) расхождения между расчешыми и экспериментальными значениями не превышали 7,0 "о.

Рсчулыа1ы работы доложены на 3 - ей региональной на\чн. - 1схн. конф (Воронеж, 1995); 2 - ой научи, конф. (Тамбов, ТГТУ, 1945); 3 - ей традиционной научи. - техн. конф. о ран СНГ(ВолЮ1 рад, 1495); межд\ народной научи - к'.чи конф (Воронеж, !^1>7)

Публикации. По материалам диссертации имеется 16 публикаций, в т.ч. одно положительное решение но заявке на патент.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Do введении рассмотрено краткое содержание работы и показана актуальность решаемых в ней задач. I ,

В первой главе анализируются работы, посвященные методу сушки влажных материалов на инертных телах, а также рассмотрены современные представления об основных процессах, протекающих при обезвоживании продуктов.

Исследования процесса сушки на инертных телах базируются на работах, посвященных общим вопросам теории и техники сушки (Лыков A.B., Романков П.Г., Долинский A.A.. Кий Р.Б., Куц П.М., Мушгаев В.И., Сажин Б.С., Фролов В.Ф.), а также псевдоожижению (Айлштейн В.Г., Баскаков А.П., Гельперин Н.И., Минаев Г. А ., Тодес О.М.).

Взаимосвязь кинетики и гидродинамики процесса сушки органических продуктов и полупродуктов красителей недостаточно отражена в научной литературе. Поэтому исследование этих вопросов требует более пристального внимания.

По результатам анализа существующих методов измерения влажности и температуры материалов выбран мектрокондуктометрический метод измерения влажности и терморезисторный - температуры; для изучения характера движения газовой фазы в исевдоожиженном слое - способ меченого компонента.

Огсутствие в справочной литературе тшофизических свойств полупродуктов органических красителей потребовано их экспериментального определения.

Во второй главе разработана балансно - кинетическая математическая мотель процесса сушки на инертных телах, достаточно простая и приемлемая для шженерной постановки на данном этапе исследований. При этом были сделаны :лед\кнцие допущения:

- частицы инертного тела имеют форму прямоугольного параллелепипеда;

- в материале и на поверхности ttucpi пого тела отсутствует градиент температуры;

- после впрыска суспензии с потоком сушильного агента происходит ее мгновенное перемешивание по всему обьему аппарата и мгновенное осаждение па поверхностях инертных тел и частично на внутренних поверхностях аппарата;

- сушкой суспензии на внутренних поверхностях аппарата можно пренебречь;

- процесс сушки имеем мест лишь па щжермюеш инертных тел;

- для любой частицы инертною тела nweei мест распределение суспензии но тшерхносш, ее сушка и скол высушенного продукт;

- « аппарате не происходит накопления высушиваемого материала;

- диффузионные сопротивления массопроводности не лимитируют процесс, сушки; скорость процесса полностью определяется конвектиннои .диффузией паров воды от поверхности раздела фаз ( Т — Г ) в ядро газового потока (диффузия во внешней области );

- толщиной материала на инертном теле пренебрегаем ( по сравнению с. размерами самой 'истицы );

- вся суспензия, попадающая в аппарат, осаждается на всех внутренних поверхностях аппарата и инертных тел;

- для газовой фазы осуществляется режим промежуточного смешения (с нормированной функцией плотности распределения Ч'(0), где 0 - нормированное время пребывания); ..

-давления внутри аппарата и снаружи являются известными параметрами.

Поскольку в сушилке "нет химических превращений, связанных с ненаблюдаемым притоком компонентов, то выполняется закон сохранения вещества, i.e. соблюдаемся равенство суммарных входных и выходных потоков, следи-, вательно:

Gin + Gfn =GSut + GOUf

Уравнение материального баланса по целевому продукчу: Уравнение материального баланса по влаге: Уравнение материального баланса по испаренной влаге:

Г.L • WL

¡11 Ill

или

Gw + Gp. -W:g.

: Ci w + G out • Wout

r,s W8

^out vvouf

'W • "in Уравнение теплового баланса сушильного агрегата:

G?t ■ d ■ Т;* + GЬ -ch- Til; = Gh ■ ct

,+G

out ^out

^nilt ' 'nut + G

(D '(2) (3)

..(4) (6) ■

6 -rs . T out ''out 'out

0*

Обозначения в уравнениях (I) - (6) и последующих даны на стр. ) 4 автореферата.

Для определения неизвестных величин в уравнениях (!) - ((■>) рассмотрим чепло - массообменные процессы.'протекающие на одиночной частно инер|-ного носи челя.

Динамику изменения массы для одной чаоицы инершою к'.ча можно описан) следующей системой дифференциальных уравнений:

с!т

1Г

с1т

: О;,,

егщ

-Р\у5

eпg

\У

сЛ

= О ■ ■ W•

Б

с!т

dt с11г

спЕ с)1

т О" ^^ )

1

Б

- V/ е eng

3

ЯТ,

рг

Ч Ь

<1т

аГ

(7)

(8) (9)

,-(1.0) (И)

Р рг ' ^епй Начальные условия:

т(0) = то;т^0)= т^;т5(0) = т5о;Ьепё(0)= Иепе(Ь,

На рис. 1 показана схема "обстановки" вокруг частицы инертного тела. В соответствии с этой схемой могут быть записаны следующие уравнения теплового баланса:

ат,

егщ

К, -в

Л

СС11£ ' Рс»£> *

(Трг "Геп^.) *

¿Т,

рг

Л

срг ' Ррг ' ^еи^

К2 (Т_Трг)~ '(Трг _ Тепй ) —

с!«

(12) (13)

Систему уравнений (12) - (13) необходимо решать совместно с уравнениями (7) - (10) при начальных условиях: ' '• " "> '"■

Трг(0) = трг0;теп8(0) = тепё0;т = трп. • (14)

Коэффициент'теплоотдачи Кг определялся по количеству тепла, необходимого для испарения влаги, в пересчете на поверхность инертного тела:

К2=-

N11 • Хс

-■епа

слои влажного материала

N4 = 5,97- Ю-2 Аг-0-43Яе2'0Си0'61

Лс

Коэффициент теплопроводности К] опреде лялся по известному уравнению Вебера.

Считаем, что вся суспензия, попадая в аппарат, распределяется равномерно по внутренней поверхности, состоящей из полной поверхности инертных тел 5С1Щ, внутренней поверхности аппарата и поверхности 5( выводных отверстий. Таким ооразом, относительную долю суспензии, попадающей на сушку можно определить:

Рис.. 1. Схема "обстановки" нокру! частицы инерт-

ного тела

8

I

G!

Gcng = процесс

сушки Go„l

G8 1

П1 + Л2 = u * GL

G'=Gl-ll2

4l =

eng

S,

(17)

Полное количество суспен зии, попадающей на частиць инертных тел, будет

G^g=Gj-n-Tii. (18)

Дальнейшее распределена

.. - ,, потоков процесса сушки происхо

Рис. 2. Схема основных потоков процесса '

дит в соответствии со cxeMoi сушки в сушилке с инертным носителем , _ч _,

(рис.2). Суспензия, попадающая н;

инерт, участвует в процессе сушки, где происходит перераспределение влап между потоком G eng и потоком G jj,. Результатом этого перераспределена является образование потока высушенного продукта (целевого вещества) Gqu1 i

обогащенного влагой (отработанного) газа G lüt. G„u( представляет собой по ток сухого вещества, скалываемого с частиц инертных тел и направляющегося i ядро потока в аппарате. Он является в определенном смысле гипотетически ввиду того, что реальному наблюдению (контролю) поддается лишь поток G;Jut получаемый в результате смешения потоков G„ut и G*. Из совместного реше ния системы уравнений (7)-(10) и (12)-(13) с начальными условиями (11) и (14 могут быть получены зависимости mw(t) и Tpr(t) по заданным db d2, di и t, те фактически (7)-(14) и определяют mw(t,d|,d2,d3) и Tpr(t,d1,d2,d3) Тогда общук массу влаги, которая перейдет из продукта в газовую фазу в результате пере распределения можно вычислить из уравнения: lmax U1 шах d2 max u3 max J J j |v|;(t)9(d1>p{d2)<p(d3)mw(t)d1,d2,d3)-dtdd1dd2dd3

0 dimln d2mjn d3min_

G

.(19)

1тах О

а температуру продукта па выходе: тах "Зтах

Т08и1= ) | ] ]ч'(»)ф(с11^2>р(<13)ГрГ(1,<1Ь(12,ёз)сЙ«М1(М2<Мз, (20)

0 <^1111111 с12т1п ^Згп1п

где 4^(0- представляет собой функцию плотности распределения по времен пребывания газовой фазы в слое :

4/(t) = f(4/(0),Gtv)

(21)

Таким образом, система балансовые уравнений (1) - (6) замыкается еще еше .шумя уравнениями (19) - (20), что формирует модель процесса сушки на иперишх телах. Анализ математической модели позволяет сделать вывод, что по известному времени процесса сушки на одной частице инерта можно сделать приближенный расчет массы твердой фазы. удаленной с частицы инерта, ее влажности и -температуры. Суммирование по всем .частицам инертных тел и учет перемешивания газовой фазы в аппарате позволит решить-систему уравнений материальных и тепловых балансов для всей сушилки в целом.

И третьей главе приведены результат экспериментальных исследований сушки полупродуктов на одиночной час-■|ине и промышленной апробщии.

Для определения коэффициентов \iaccooiдачи п процессе сушки полупродуктов органических красителей нами впервые найдены зависимости плотности, юплоемкости и теплопроводности суспензий от содержания в них твердой фазы

Рис. 3. Принципиальная схема экспериментальной установки: 1 - двухкоординатный самописец ЭНДИМ 622.01; 2 - датчики температуры и влажности; 3 - Сушилка кипящего слоя; 4 - термопара: 5 - контрольный самопишущий прибор: 6 - источник постоянного тока; 7 - калорифер; 8 - воздуходувка; 9 -короб вытяжной системы; 10 - вытяжной вентилятор

с пе.чыо исследования кинетики сушки на одиночной частице разработаны экспериментальная установка (рис. 3) и дамик влажности на основе элекгрокопдукюметрического меюда, в качесже датчика температуры использовался терморезистор СТЗ-19. В процессе сушки суспеншй чмсныиаеюя влажное! ь, а слсловщелмю, возрастает удельное обь-емпое сопротивление (для исследуемых суспензий от/>,,~!0"2 Ом-см до Ом-см) В ходе исследований получены зависимости изменения электрического напряжения 11-1(1) и тарировочиые трафики \ЛМ'(1_1), 1-1(1.1), что позволило определи Iь ил;мкиль маюриала в процессе сушки.

Эксперимент по сушке на одиночной частице проводился следующим обра (ом. прш О! аклииалась суспензия с требуемой кинцен Iранней 1ве|>дой фазы, осуществлялся протрев сушилки и инертного носителя до юмиературы сушки, шмешииа.тнеь навеска суспензии материала; шприцеванием суспензия наноси. |м<_|. и.т понерчиос I ь инертного чела (керамический шарике наружной ионерх-носи.ю S 4..522 ■ И) ' м7); полученный таким образом образец помешался меж-|.\ уп-л \ сферических ч.чсктродов; прижимное усилие мпссис'пник'ось снсцн:! и,-

. Ри, кг/м -с

0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0

1

1..

35 45 55 65 75 85

^ 1

_ •ь-г

Т, °С

подобранной пружиной; внутрь слоя высушиваемого материала помещалась чувствительная часть датчика температуры; исследуемый образец с электродами переносился внутрь потока сушильного агента, одновременно включалось питание на самописце и источнике постоянного тока (напряжение тока ипиг=5 В); по окончании процесса сушки (появление стабильного горизонтального участка на графической зависимости и=1~(1)) подача сушильного

Рис. 4. Зависимость коэффициента мас-соотдачи при сушке от температуры прекращалась

процесса в диапазоне скоростей возду- ^^ производился перевод графи. ха: 1) чу= 1,91 м/с; 2) «=1,40 м/с; 3) ческой зависимости (при помощи

графика У/=^и)) из формы 11={"(0 в W=f(t).

Сушка материалов велась в диапазоне температур от 40 °С до 90 °С и при скоростях газа 0,89 -г- 1,91 м/с. В результате анализа получили зависимости для коэффициента мас-соотдачи процесса сушки (рис. 4 и 5). Обрабатывая экспериментальные данные на ЭВМ нашли расчетную зависимость:

Ми'=3,31-КГ2 Яе^Ат-^Си1'52,

(22)

=0,89 м/с

ри, кг/м2-с 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01

°0.8

1

1.2 1.4 1.6

1.8 2 XV, м/с

Рис. 5. Зависимость коэффициента мас-соотдачи при сушке от скорости сушильного агента в диапазоне темпера- чт° позволяет рассчитать коэффици-

тур процесса сушки: 1) 1= 90 °С; ент массоотдачи ПРИ сУшке-

2) 1=70 °С' 3) 1= 40 °С Уравнение справедливо для

следующих значений критериев:

963 < Яе 5 2714; 373,2 • 106 < Аг < 477,8 • Ю4; 0,250 < ви < 0,388.

Скалывание высушенного продукта с поверхности инертного носителя начинает проявляться не с начала процесса сушки, а при достижении некоторого критического значения влажности материала (для Р-соли - \*/кр=5,0 %; одно-хлористой меди - \Укр=5,0 -г 7,0 %; Гамма - кислоты - WKp=7,0 * 9.0 %). Исследование процесса скалывания высушенного продукта проводилось методом последовательного взвешивания частиц инертного носителя с материалом до полного скола сухой оболочки (рис.б и 7).

Рэ, КГ/м~'М'С, *10

3.4

Гистограммы и графики функций плотности распределений частиц инерта по размерам: длине (А), ширине (Б), толщине (В)

»=■/. 91

(1-■----——-

и35 45 55 65 75 85 95 ^Ърич-овЯ Т,°С

Рис. 6. Зависимость условного коэффициента массоотдачи при сколе от температуры процесса сушки в диапазоне скоростей сушильного агента №=0,89-ь 1,91 м/с

кгЛГ-м-с. хЮ"4 3.2Г

аф = 6,88 . о = 0,712

тах Г<с1) = 0,588

Л)

/

<1сР = 6,18

о = 0,416

тах Г(<1) =1,14

/

Хер 5.914444

81дпа - .5735701

Г ( х ) »V» х- .7702343

В)

Рис. 7. Зависимость условного коэффициента массоотдачи при сколе от скорости воздушного потока сушки в диапазоне температуры сушильного агента 1=40 °090 °С

Рис. 8. Гистограммы и графики функций плотности распределений честиц инерта по размерам: длине (А), ширине (Б), толщине (В)

В результате анализа на ЭВМ была получена расчетная зависимость для пределения условного коэффициента массоотдачи скалывания подсушенного атериала с частиц инертного носителя:

1,33-10"°

Рб =

■Р.

-0,313

(23)

'ег^

В качестве инертного носителя используется фторопластовая крошка При ел воде модели предполагалось, что частицы инерта имеют форму прямоуголь-ого параллелепипеда с характерными размерами с1| (длина), с!г (ширина), з(толщина). Как показали измерения линейных размеров частиц, их величины зменяются в довольно широком диапазоне. По этой причине расчет различных оказагелей по средним значениям размеров невозможен, поскольку это может

N=12

привести к заметным отклонениям. Поэтому будем считать, что с! 1 , сЬ , <Ь представляют собой случайные величины, подчиняющиеся некоторым законам распределения. По физическому смыслу к рассматриваемому процессу наиболее близок нормальный закон распределения (рис. 8.). Расхождение расчетных и экспериментальных данных не превышает 5,0 %.

Экспериментальные исследо-Рис. 9. Принципиальная схема установки вания по изучению ^степени пере-по исследованию перемешивания газовой фазы в псевдоожиженном слое: 1 - клапан; 2 - сушилка СИН-6; 3 - газоанализатор; 4 -

мешивания газовой фазы в псевдоожиженном слое проводились на базе промышленной сушилки

баллон с газом; 5,6 - вакуумный насос; 7 - (Р^ ^инертным носителем СИП система очистки отходящих газов * ДГЧ ~ " " Л

/с0

1

- 6 (АО "Пигмент", г. Тамбов).

Установка работает следующим образом. В сушилку (2), под газораспределительную решетку подавался газ - трассер в количестве не более 0,5 % (от объема воздуха). Его концентрация на выходе из слоя замерялась при помощи газового анализатора (3), переоборудованного для непрерывного отбора проб. Пробы из аппарата отбирались через зонд с помощью вакуумного насоса (5). Когда концентрация газа -трассера на выходе из слоя стабилизировалась, его подачу ступенчато прекращали и осуществляли регистрацию показаний прибора. Е качестве газа - трассера был использован углекислый газ. Результаты экспериментов представлены на рис 10.

Для того, чтобы.эти данные были инвариантны к размеру аппарата приведем их к безразмерному по времени виду и осуществим поиск функции для аппроксимации функции плотности распределения нормированного времени (©' пребывания в корпусе аппарата. В качестве подобной функции может быть использовано распределение Эрланга (рис. 11) с плотностью:

Г(©)= 3,48О9-0ехр(-1,866©). (24)

Рис. 10. Кривая "вымывания трассера из корпуса сушилки

Зависимости (22)-(24)были использованы при исследовании кинетики и разработке аппаратурного оформления процесса сушки полупродуктов органических красителей с использованием математической модели.

В четвертой главе представлены результаты проверки адекватности математической модели реальному процессу сушки на'инертных телах. Проверка осуществлялась на двух уровнях: 1 - процесса сушке в промышленной сушилке (рис. 9) с инертным носителем (см. табл.); 2 - тепло-и массообменных процессов на одиночной частице' инертного тела на лабораторной установке (рис. 3) со следующими параметрами работы: температура сушильного агента варьировалась в диапазоне от 60 °С до 80 °С; скорость воздуха \\'=1,91 м/с; концентрация твердой фазы в суспензии продукта 75,0 %.

Оценить адекватность математической модели реальному процессу сушки на инертных телах можно, сопоставляя кинетические кривые сушки и изменения температуры процесса, полученные экспериментальным и расчетным путем (рис. 12 и 13).

Таблица

Сравнение расчетных и экспериментальных результатов процесса сушки Р-соли а

Г(0=С(1)/Со

1

0,75 0,5 0,25 О

1 1 1

— Распределение Эрланга при а= 1,07198 п=2 к= 1,736 -

\

\

о

- чл„„

10

0 2 4 6 8 Безразмерное время Рис. 11. Окончательный вид функции распределения нормированного времени пребывания в сопоставлении с экспериментальными значениями

80 7(1 60 50 40 1 30 20 1<1 о

7 (, мта

Рис. 12. Сравнение расчетных и экспериментальных (точки) кинетических кривых процесса сушки при

Параметр Численное значение Размер

опытное расчетное ность

сг 0.025 0.025 кг/с

\У™1 0.06 0.55 кг/кг

•р ош 358 358 К

4.200 4.422 кг/с

П/ 0111 ** Ц 0.05 0.07 кг/кг

0111 408 400 к

1'ис. 13. Сравнение расчетных и экспериментальных значений температуры процесса сушки на инертных телах при температуре сушильного агента 80 °С

Отработанный сушильный агси к высушенный продукт

} Исходная суспензия

Относительная погрешность между ра четными и экспериментальными знач ниями составила 7,5 % и 11,0 % для кр вой сушки и изменения температуры, с ответственно.

Сделан вывод, что в сушилке инертными телами (рис. 9) нельзя пол чить продукт с конечной влажностью м нее 3^-5%. Это можно объяснить ел дующим образом: высушенный продул скалываясь с частицы инерта, частим: перемалывается и досушивается влажности »1,0 %; подхватывается с шильным агентом и направляется в сег рационное пространство сушилки, ир ходя зону распыла исходной суспенз: (форсунки), которая представляет соб' область, обогащенную влагой; при эт< частицы высушиваемого материала чг тично абсорбируют влагу, удалить кот рую при их дальнейшем движении уже представляется возможным, т.к. они г ходятся в среде отработанного увдажне ного сушильного агента.

Значительно снизить этот эффект можно, специально организовав прш осушенного горячего воздуха в сушилку выше зоны распыла (рис. 14) в танге циальаом направлении, закручивая поток. Благодаря этому происходит разбг ленне отработанного теплоносителя сухим компонентом, снижение его влажн ста и, как следствие, увеличение движущей силы процесса сушки. Закручш ние потока приводит к увеличению пути, проходимого частицами на выходе аппарата и, следовательно, времени их пребывания в процессе сушки, что об« печивает получение сухого продукта с низкой влажностью (менее 1,0 %). По сво сути характер материальных потоков на выходе из аппарата (в сепарационном щ странстве) соответствует методу сушки в пневмотранспорте.

В пятой главе представлены результаты экспериментальной работы по г вышению технологического уровня производства полупродуктов органичеок ¡срасителей.

Внедрение в технологическую схему производства лишь дололнительн стадии сушки не может обеспечить получения материалов с высокими и стабш ными качественными показателями, поскольку на этом этапе имеют дело с ирод; том, полученным на предыдущих стадиях, сильно влияющих на качество конечне продукта. Как показали результаты исследований, длительность процесса сушки инертных телах очищенного продукта в среднем на 50 % меньше, чем у матер!

Рис. 14. Модернизация сушильной установки на инертных телах

г полученного в заводских условиях (не влажное п., 9 >двер| ну I ого предварительной очиС1ке) -ис. 15). Причем эта тенденция наблюла- % ся и при других методах сушки (на 1дьце - ленточной и вакуум - гребковой 60 'шилках). Таким образом, решение по-авленной задачи по улучшению качест-:нных характеристик полупродуктов тре-/С! комплексного подхода ко всем эза-1м производства в совокупности. С

В результате многолетней рабогы, >!ла предложена новая схема производ-ва, реализующая следующую техполо-

15 , 20

Время, мнн

Рнс. 15-Кинетические кривые процесса сушки на инертных телах: 1 - техническую цепочку: синтез основного ве- ского иатериала, 2 - очищенного про-ества > получение полупродукта в кри- дукта аллическом виде, при реализации сту-

знчатого режим;! охлаждения —> центрнфу! ирование суспензии с промежуточным ;ремешиванием твердой фазы —> очистка пасты методом репульпации -> повгор-эе центрифугирование (фуга! используется на стадии выделения) —> приготовле-ie суспензии полупродукта нужной кониентрации —» сушка в сушилке с инерт->im носителем —» улавливание и усреднение твердой фазы -» упаковка.

Существующие технологии произволен«! (в условиях АО '"Пигмент"', г. Там-ш) полупродуктов органических красителей во многом идентичны. Поэтому по-¡дяеюя возможность обьединения uexou и организации единого гибкого произ-Vicrna, расположенного компактно и одном цехе. При -этом, меняя входные пото-t сырья, полупродуктов и режимные характеристики (аппаратурное оформление пается неизменным), можно оперативно переориентировать производство на вы-,ск необходимого продукт. Насюищие предложения ириняты АО "Пигмент", i. ямбов к проработке с целью решения вопросов их практического применения.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

Подтверждена возможность расширения применения метода сушки на инертных 1сла\ для суспензий полупродуктов органических красителей с внедрением на АО "'Пигмент", г. Тамбов

Разработана математическая модель процесса сушки на инертных телах. Предложены приближенные зависимости для расчета тепло - мпссообменных процессов на одиночной частице и коэффициентов маееоотдачи при сушке материала и скалывании сухою вещества с части иперта (Зависимости исиользу-кпсн ;1ля расчета icxhojoi ичсскнх параметров процесса сушки на АО "I !игмент". г. Тамбов).

С оставлен алтортм и рашабошиа npoi рамма инженерно! о расчет сушилки е инертным носителем (Дигортм и нргирамма пгпп.п.чуюге'.! ,аля расчета чехио-.нч ичеекич режимов процесса сушки ни пара юн СП! i АО ! 1ш мен i .г. i амбов).

5. Разработана " изготовлена экспериментальная установка дня исследования особенностей тепло - массообмениых процессов на одиночной часпщс

6. Исследованы теплофизические характеристики нескольких видов полупродуктов органических красителей (Плотность, теплоемкое! ь, 1еплоироводнос I ь).

7. Определен характер влияния рабочих скоростей, температуры газа., теплофизи-ческих характсрисшк полупродукта на скорость процесса сушки на примере разных материалов (Р - соль, Гамма - кислота, однохлористая медь).

8. Исследовано явление перемешивания сушильного агета и иеевдоожиженном слое инерта методом трассирующего газа.

9. Произведен расчет массы твердой фазы, сколотой с поверхности тел инертного носителя, ее влажности и температуры с использованием функции пложоеш распределения частиц инерта по размерам.

10. Проведена проверка адекватности математической .модели сушилки с инертным постелем (СИН) реальному процессу сушки и промышленном ашшрате СИ11-6 (АО "Пигментг. Тамбов) для различных материалов (Р - соль. Гамма -кислота, однохлориетая медь, дисиергаторы).

1 ¡. Проведен критический анализ технологии получения полупродуктов органических красителей; предложены и внедрены меронрижия пи модернизации существующего метода производства на АО "Пигмент"", г. Тамбов. 12. Представлена новая схема получения полупродуктов органических краен 1е.тей и намечены пути по организации единого гибкого производства полупродуктов со сшбильными качественными харак I ери с 1 и ка.ч и

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ А г, Ке, Рг. Он - критерии подобия: Архимеда, Рейнольдеа. Пран>н ля и Гечмнна: сш' <?„- теплоемкость суспензии и газа на входе в сушильный атреин. Дж'кг-К;

со1»-сои1 " теплоемкость газа и твердой фазы на выходе из ап.чаплра ¡а. Дм-.-'кг-К: СрГ.са,с№.сеп„ - теплоемкость продукта, воздуха ( абсолютно сухого ). воды и материала инерта. Дж/кг-К: с11, (Ь.с13 - размеры частицы инерта в большем ( длима ). среднем ( ширина ) и меньшем ( высота ) направлениях, м; П| О-., И. П-. - основные ¡сометрические размеры сушильного аппарата, м: в'^.О^ - расход сусиен.ши

исходного вещества и газовой фазы, кг/с; О^.О^ - расход газовой н шер.юй фа$ па выходе и« сушилки, кг/с; С- массовый расход ( масса ) испаренной пиши. кгс. ^«ми - толщина слоя мап'риала на поверхности частицы мнерга. м: Кт - к<>'и|и|)илн-

еш теплоотдачи через границу материал - ядро потока сумжлмюю ¡пеша. Д,к'м"с-К: 1ч | - ко н]|фициси ■ !С11лонроводности на границе маюркил - инерт. Иг'м ■ К": т •• ммп.-а суспензии на частице инертного тела, кг; Шу,- - масса влаги. удаляемой с частим пнерпюго тела, кг: т^ - масса целевого продукта, сколовшеюся с чаепшм оперт. К1; N - количество частиц инертного носителя в аппарате; |\у - чче.м.паи и-н ими

парообразования, кДж/кг; Ryy - скорость;удаления влаги с частицы инерта, кг/с; Rg - скорость удаления твердого вещества ( целевого продукта ) с частицы инерта, кг/с; St - полная поверхность слоя частиц инерта, м2; Seng -поверхность одиночной частицы инертного тела, м2; - температура суспензии и газовой фазы ( воздуха ) на входе в аппарат, К; Teng, Трг - температура частицы инертного тела и продукта, высушиваемого на поверхности частицы инертного носителя, К; Тс, Тт - температуры сухого и мокрого термометров, К; Q* - потери тепла в окружающую среду, Дж/с; ßw, ßg- коэффициент массоотдачи процесса сушки и скалывания высушенного материала, соответственно кг/с м2 и кг/с м2 м; peilg - плотность материала инерта, кг/м3; ; f

W«t, Wour относительная влажность газовой и твердой фаз на выходе из аппарата, кг/кг; Wj^, W- относительная влажность исходной суспензии и газовой фазы на входе в аппарат, кг/кг; Veng - объем частицы инерта, м3; s - порозность псевдо-

ожиженного слоя; Xg - теплопроводность сушильного агента, Вт/м • К; jig - коэффициент динамической вязкости газовой фазы, Па • с; peng, pg - плотность материала инерта и газовой фазы, кг/м3; со - скорость движения газовой фазы, м/с; (р^^ФгОО'ФзОО " функции плотности распределения геометрических размеров частиц инерта; ч/(0) - функция распределения времени пребывания газовой фазы в псевдоожиженном слое инертного носителя; 0 - нормированное время.

ИНДЕКСЫ

g-(gas) - относится к газу; L-(liquid) -к жидкой фазе; s-(solid) -к твердой фазе; in-(input) -к входному потоку; out-(output) - к выходному потоку; pr-(product) - целевой продукт ; w-(water) - вода; a-(air) - воздух; max - максимальный; min - минимальный; eng-(engineering) - откосится к инертному носителю; * - относится к потерям. OCHOBIЮЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Математическое моделирование процесса сумки суспензий полупродуктов органических красителей на одиночной частице инертного носителя / К.В. Брянкин, А.И. Леонтьева, Н.П. Утробин и др. // Вестник ТГУ. - Т. 2, вып. 2, 1997. - С. 208-210.

2. Исследование кинетики процесса сушки полупродуктов красителей (Р-соли) на одиночной частице / А.И. Леонтьева, Н.П. Утробин, К.В. Брянкин и др. // Вестник ТГУ. -Т. 1,вып. 2, 19%. -С. 163-165.

3. Исследование способов выделения Р - соли / А.И. Леонтьева, Н.П. Утробин, К.В. Брянкин и др. // Вестник ТГУ. - Т. 2, вып. 2, 1997. - С. 230-231.

4. Интенсификация процесса отделения Р - соли / А.И. Леонтьева, Н.П. Утробин, КВ. Брянкин и др. // Вестник ТГУ. - Т. 2, вып. 2, 1997. - С. 227-229.

5. Математическое моделирование процесса кристаллизации водорастворимых примесей из суспензий полупродуктов органических красителей в поле цешробежных сил. / А.И. Леонтьева, Н.П. Утробин, К.В. Брянкин и др. // Вестник ТГУ. - Т. 2, вып. 2, 1997 -С. 227-229.

б. Выделение водорастворимых примесей из суспензий полупродуктов органичесю красителей / А.И. Леонтьева, Н.П. Утробин, К.В. Брянкин и др. // Вестник ТГТУ. - Т. вып. 2,1996. -С. 408-413.

8. Исследование тепло - массопереноса на одиночной частице инертного носите; / К.В. Брянкин, А.И. Леонтьева, A.A. Арзамасцев и др. // Труды молодых ученых студентов ТГТУ: Тамбов, 1997. - Выл. 1 - С.354.

9. Интенсификация процесса сушки термолабильных продуктов / К.В. Брянкин, А.И. Л > онтьева, Н.П. Утробин, С.Ю. Чупрунов // Прогрессивные технологии и оборудован: . для пищевой промышленности: тезисы докл. международной научн. - техн. конф.

Воронеж, 1997. - С.63.

10. Исследование процесса сушки пищевых продуктов в виброаэрокипящем сл / А.И. Леонтьева, Н.П. Утробин, К.В. Брянкин и др. II Прогрессивные технологии оборудование для пищевой промышленности: тезисы докл. научн. - техн. конф. - В ронеж, 1997.-С.59.

11. Способы снижения примесей в полупродуктах органических красителей I А.И. Лео тьева, Н.П. Утробин, К.В. Брянкин и др. II Процессы и оборудование экологическ производств: тезисы докл. 3-ей традиционной научн. - техн. конф. стран СНГ. - Вс го град, 1995. -С.103.

12. Сравнительный анализ кинетических характеристик процессов сушки полупродукт органических красителей / А.И.Леонтьева, Н.П. Утробин. К.В. Брянкин и др. II Пр блемы химии и химической технологии: тезисы докл. 3-ей региональной научн техн. конф. - Воронеж, 1995. - С.78.

13. Методы повышения качественных показателей полупродуктов органических краен; лей / А.И. Леонтьева, Н.П. Утробин, К.В. Брянкин и др. // Проблемы химии и хим ческой технологии: тезисы докл. 3-ей региональной научн. - техн. конф. - Вороне I995.-C.90.

14. К вопросу о повышении качественных показателей полупродуктов органических kj сителей / А.И. Леонтьева, Н.П. Утробин, К.В. Брянкин и др. // Тезисы докл. 2-ой i учн. - техн. конф. - Тамбов, ТГТУ, 1995. - С. 112.

15. Кинетические характеристики процессов сушки полупродуктов органических крас телей / А.И. Леонтьева, Н.П. Утробин, К.В. Брянкин и др. // Тезисы докл. 2-ой нау> - техн. конф. - Тамбов, ТГТУ, 1995. - С.35.

16. Пат. Россия "Способ удаления растворимых примесей" / А.И. Леонтьева, Н.П. Ут{ бин, К.В. Брянкин и др. - №96107139/25; заявл. 24 июня 1997 г.