автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Совершенствование процесса удаления водорастворимых примесей из паст органических пигментов путем циклической промывки-продувки осадка

На правах рукописи

КОЛМАКОВА Марина Анатольевна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА УДАЛЕНИЯ

ВОДОРАСТВОРИМЫХ ПРИМЕСЕЙ ИЗ ПАСТ ОРГАНИЧЕСКИХ ПИГМЕНТОВ ПУТЕМ ЦИКЛИЧЕСКОЙ ПРОМЫВКИ-ПРОДУВКИ ОСАДКА

05.17.08 - Процессы и аппараты химических технологий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 7 ню:-; ш

Иваново 2012

005045315

Работа выполнена на кафедре «Химические технологии органических веществ» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО «ТГТУ»).

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

Орехов Владимир Святославович

Официальные оппоненты: Рудобашта Станислав Павлович,

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Теплотехника и энергообеспечение предприятий», ФГБОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина»

Кормилъцин Геннадий Сергеевич,

кандидат технических наук, профессор, профессор кафедры «Техносферная безопасность», ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет»

Ведущая организация Научно-исследовательский институт

химикатов для полимерных материалов (ОАО «НИИхимполимер»), г. Тамбов

Защита диссертации состоится «^У» ¿¿¿ОМ*} 2012 г. в /О часов на заседании диссертационного совета Д 212.063.05 при Ивановском государственном химико-технологическом университете по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7, тел.(4932) 32-54-33. Факс: (4932) 32-54-33, E-mail: dissovet@isuct.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановского государственного химико-технологического университета по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 10.

Автореферат разослан « Л »UM^J 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета f j Г.А. Зуева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Полиграфическая промышленность предъявляет к офсетным краскам все более жесткие требования по таким параметрам, как: блеск, прозрачность, чистота, оттенок, укрывистость, электропроводность, которые в значительной степени определяют качественные характеристики пигментных наполнителей офсетного связующего — азопигментов.

Колористическая концентрация или относительная красящая способность является основным показателем выпускных форм азопигментов и зависит от дисперсного состава их частиц и концентрации водорастворимых примесей, образующихся в результате синтеза, - реакций диазотирования и азосочетания.

В качестве водорастворимых примесей выступают хлориды, сульфаты и ацетаты натрия, которые в реакционной массе находятся в виде электролитов.

Присутствие даже незначительного количества этих примесей в органических пигментах ухудшает их показатели качества (колористическую концентрацию, электропроводимость, диспергируемость). Поэтому разработка эффективного способа, обеспечивающего удаление водорастворимых примесей из паст пигментов на фильтровальной перегородке, представляет теоретический интерес и имеет большое практическое значение.

Разработанные технологические режимы процесса удаления водорастворимых примесей из паст азопигментов на фильтровальной перегородке при цикличном режиме подачи промывной жидкости позволяют решить задачу обеспечения требуемых показателей качества пигментов при снижении расхода промывной жидкости и длительности процесса.

Работа выполнялась в рамках НТП «Научные исследования высшей школы в области химических технологий» (2003-2004 гг.); АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы» (2005 — 2009 гг.); ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007 — 2012 гг.» (государственный контракт № 02.513.11.3377 от 26 ноября 2007 г.); ФЦП «Научные, научно-педагогические кадры инновационной России» (2010-2011 гг.) и в рамках программы «У.М.Н.И.К.» проект № 10155 от 01.02. 2010 г. НИОКР по теме № 1.

Целью работы является разработка технологических режимов процесса удаления водорастворимых примесей из паст азопигментов на фильтровальной перегородке при цикличном режиме подачи промывной жидкости, позволяющих получить продукт с высокими показателями качества на основе результатов экспериментальных исследований: влияния природы промывной жидкости и скорости ее подачи на кинетику процесса удаления водорастворимых примесей; влияния давления фильтрования на влажность формируемой пасты, форму и размер пор на примере Пигмента оранжевого Ж; кинетических характеристик процесса удаления водорастворимых примесей при непрерывном и цикличном методе подачи промывной жидкости; а также создания физической модели процесса удаления водорастворимых примесей из пасты азо-пигмента в промывную жидкость и разработки математического описания процесса удаления водорастворимых примесей из паст пигментов, позволяющего определить концентрации водорастворимых примесей в пасте и промывной жидкости в поре при неподвижном и движущемся потоке промывной жидкости.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:

— определены природа и концентрации примесей в суспензии азопигмента;

— разработана методика определения концентрации растворимых и нерастворимых органических и неорганических примесей в суспензии и пасте азопигментов;

— определены значения влажности осадка и его сопротивления в зависимости от давления фильтрации;

— определено влияние начальной концентрации водорастворимых примесей в промывной жидкости на кинетику процесса их удаления из паст азопигментов;

— оценено влияние расхода промывной жидкости на скорость удаления водорастворимых примесей;

— исследован процесс переноса водорастворимых примесей из жидкой фазы осадка в промывную жидкость;

— определены технологические параметры процесса цикличной промывки паст азопигментов на фильтровальной перегородке;

— предложена физическая модель процесса удаления водорастворимых примесей из паст органических пигментов на фильтровальной перегородке при непрерывном и цикличном режимах подачи промывной жидкости;

— разработано математическое описание процесса удаления водорастворимых примесей из паст органических пигментов на фильтровальной перегородке при непрерывном и цикличном режимах подачи промывной жидкости;

— создана инженерная методика расчета процесса удаления водорастворимых примесей цикличной промывкой паст азопигментов на фильтровальной перегородке, позволяющая определить количество циклов промывки, концентрацию водорастворимых примесей в пасте в конце процесса промывки;

— осуществлена идентификация разработанного математического описания и оценка ее адекватности реальному процессу на лабораторной и промышленных установках.

Научная новизна работы заключается в том, что:

— предложен способ удаления водорастворимых примесей из паст пигментов на фильтровальной перегородке с цикличным режимом подачи промывной жидкости;

— определены размеры пор осадка и концентрация водорастворимых примесей в их объеме в зависимости от давления фильтрации в диапазоне 0,2... 1,0 МПа;

— предложена физическая модель процесса удаления водорастворимых примесей из паст органических пигментов на фильтровальной перегородке;

— определены зависимости изменения концентрации водорастворимых примесей в осадке от скорости подачи промывной жидкости и времени ее пребывания в порах;

— разработано математическое описание процесса удаления водорастворимых примесей из паст азопигментов на фильтровальной перегородке при непрерывном и цикличном режимах подачи промывной жидкости.

Практическая ценность результатов работы:

— разработана методика определения концентрации растворимых (ионоселек-тивный метод) и нерастворимых (избирательная экстракция, с последующей термо-гравиометрией) органических и неорганических примесей в суспензии и пасте азопигментов;

— предложена методика определения кинетических характеристик процесса удаления водорастворимых примесей из паст азопигментов на фильтровальной перегородке с использованием кондуктометрической ячейки;

— разработана методика исследования кинетики процесса переноса водорастворимых примесей в пасте азопигментов и в сквозных порах;

— получена эмпирическая зависимость концентрации водорастворимых примесей в пасте пигмента от объема промывной жидкости и цикличности режима;

— определены технологические параметры процесса удаления водорастворимых примесей из паст пигментов на фильтровальной перегородке в цикличном режиме подачи промывной жидкости, практическая реализация которых позволила сократить время процесса в 2,2 раза и количество промывной жидкости в 3,4 раза;

— разработана инженерная методика расчета процесса удаления водорастворимых примесей цикличной промывкой пасты азопигментов на фильтровальной перегородке, позволяющая определить количество циклов промывки и концентрацию водорастворимых примесей в пасте;

— осуществлена идентификация разработанного математического описания и проверена ее адекватность реальному процессу на лабораторной и промышленной установках - расхождение между значениями, полученными расчетным и экспериментальным путем на промышленной установке, составило 6%;

— выданы практические рекомендации по организации процесса удаления водорастворимых примесей промывкой осадков на фильтр-прессах с использованием цикличного режима подачи промывной жидкости в производстве Пигмента оранжевого Ж на ОАО «Пигмент» (Тамбов), экономический эффект от внедрения предложенных технических решений составил 1 837 ООО р./год.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: международных научно-практических конференциях «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2006 — 2008 гг.), «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностой-кая обработка материалов)» (Москва-Тамбов, 2008 г.), «Инновационная экономика и промышленная политика региона (ЭКОШЮМ-2009)» (Санкт-Петербург, 2009 г.), международных научных конференциях «Математические методы в технике и технологии» (Саратов, 2008 г.; Псков, 2009 г.), Международной научно-технической конференции «Инновационные исследования в сфере критических технологий» (Белгород, 2007 г.); Всероссийской (с международным участием) заочной научно-практической конференции «Актуальные проблемы естественных наук» (Тамбов, 2009 г.).

Материалы по теме диссертации были отмечены дипломом международной научно-технической конференции «Инновационные исследования в сфере критических технологий» (Белгород, 2007 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, предусмотренных перечнем ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, списка используемых источников и приложений. Диссертация содержит 159 страниц машинописного текста, в том числе 30 рисунков и 3 таблицы, список использованных источников включает 158 наименований отечественных и зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований. Обозначены научная новизна и практическая ценность результатов работы.

В первой главе рассмотрены вопросы влияния примесей различной природы на характеристики качества азопигментов (прозрачность, интенсивность, оттенок, чистота, блеск, колористическая концентрация, укрывистость), пути формирования примесей в суспензии азопигментов; приведены данные физико-химических свойств примесей, образуемых в процессе производства азопигментов (на примере Пигмента оранжевого Ж); представлены данные о физико-химических свойствах осадков азопигментов, анализ существующих способов удаления водорастворимых примесей из паст азопигментов и методики количественного анализа основных примесей; рассмотрен математический аппарат, используемый для описания процессов удаления водорас-

Реальные границы зон диффузии

творимых примесей из паст, а также диффузии и массопереноса на границе раздела фаз; представлен анализ аппаратурного оформления процесса удаления водорастворимых примесей из плотных осадков; сделаны выводы и сформулированы задачи теоретических и экспериментальных исследований.

Вторая глава посвящена разработке математического описания процесса удаления водорастворимых примесей из осадков пигментов на фильтровальной перегородке на основе предложенной физической модели процесса:

- при фильтровании на фильтровальной перегородке формируется осадок, состоящий из пасты и сквозных пор;

- паста представляет собой структуру, состоящую из твердых частиц пигмента и раствора водорастворимых примесей;

- при промывке осадка поры заполняются промывной жидкостью (рис. 1);

- границу раздела зон диффузии в объеме пасты представляем как окружность с радиусом (рис. 1);

- при решении уравнений диффузии водорастворимых примесей принимаем среднестатистический радиус поры Я„ и радиус идеализированной зоны диффузии водорастворимых солей в пасте (рис. 1);

- радиус Лм = Яп/л/ш , где Л„ - радиус поры, отнесенный к функции распределения пор по объему пасты;

- перенос водорастворимых примесей из пасты в промывную жидкость пор осуществляется диффузией;

- объем пасты делится на зоны диффузии: каждой зоне соответствует пора и определенный участок пасты, из раствора которой водорастворимые соли переносятся к поверхности поры (рис. 1).

Процесс переноса водорастворимых примесей в осадке при отключении подачи промывной жидкости описывается уравнением молекулярной диффузии.

Уравнение, описывающее процесс переноса примесей для промывной жидкости в цилиндрических координатах, имеет следующий вид:

ЭС_(г; к т)

/ Идеализированные границы зон диффузии

Рис. 1. Граница зоны диффузии водорастворимых примесей

(п у; х] Эт

о.,

д2сЛп у-, т)+1 дСж(г; у; т) ^ д2Сж(г; у; т) г

дг

д г

ау2

(1)

где координата по радиусу г изменяется от 0 до Лп, координата по длине поры у изменяется от 0 до /. Для пасты:

дх

Э2См(г;

Эг2

2И1 + 1

ЭСм(г;

у; V

,Э2См(г;

у; V

дг

ду2

(2)

где координата по радиусу г изменяется от Яп до , координата по длине поры у изменяется от 0 до I.

Концентрация водорастворимых примесей по длине поры (толщина осадка) изменяется незначительно как в пасте, так и в промывной жидкости поры, следовательно:

Э2Сж{г; у т) _ д2Сж[г; у т) Э2См(г; у, т) _ Э2См(г; у, т)

Эг2

ду2

дг2

(3)

Начальными условиями для уравнений (1), (2) являются концентрации примесей в пасте и в промывной жидкости в момент прекращения ее подачи:

Сж(г;0) = Сж0(г;/), См(г; о) = См0(г; /). (4)

Граничные условия для системы зона диффузии-пора определяются из условий равенства нулю потока водорастворимых примесей при г = 0, и равенства нулю потока водорастворимых примесей через границу идеализированной зоны диффузии в пасте:

(5)

Граничные условия на границе пора-зона диффузии определяются из условия неразрывности потока:

(б)

Решая уравнения (1), (2) с учетом допущения (3) с начальными (4) и граничными (5), (6) условиями методом интегральных преобразований в конечных пределах, получим зависимость для определения концентрации водорастворимых примесей в пасте зоны диффузии:

Г г \ г \\

у=0

+ с2му0

СдгУ,

(7)

зависимость для определения концентрации водорастворимых примесей в промывной жидкости поры:

г \

5,7"

>о

О,,,

(8)

(9)

Процесс переноса водорастворимых примесей в промывной жидкости при ее движении в поре описывается уравнением

ЭСж(г; У;т)_ Гд2Ся(г; у; т)1 дСж(г; у; т)) дСх(г; у; т) Эт ж ( Эг2 г дг ) " ду

Процесс переноса водорастворимых примесей в пасте при движении промывной жидкости в поре описывается уравнением (2). Начальные условия для уравнений (2), (9):

Сж (г; у; 0) = Сж0 , См (г; у; 0) = См0 . (10)

Граничные условия по координате /:

Сж(г;0;т)=0, См(г; 0; т)= ф(г, т). (11)

Решая уравнения (2), (9) с начальными (10) и граничными (5), (6) и (11) условиями методом интегральных преобразований Лапласа и преобразований в конечных пределах, получим зависимость для определения концентрации водорастворимых примесей в пасте зоны диффузии при движущейся промывной жидкости в поре:

п=0*=0У=0

/ / N / \

С,м -/о ч !5кг + сгл

)

сЖ)

вк-е^'-^Усп (*? + V

х-^-г----еРкУ . (12)

+ V Рп -1)Г>ч

Концентрацию водорастворимых примесей в промывной жидкости поры при ее движении определяем по зависимости

п=0к=0j=О

Р„В,\\-е

CN{sk)e

0Ж/ (sk+VyxPn-t-j0«)*

+ С„

: [Sk+VyX Pn-^2JDu)

1 'уж .

В третьей главе представлены методики определения концентраций примесей в суспензии и осадке азопигмента.

Паста Пигмента оранжевого Ж содержит: NaCl, Na2S04, HCl, и H2S04, а также растворимые органические примеси. Твердая фаза пасты состоит из частиц пигмента и нерастворимых органических примесей. Определение водорастворимых примесей в пасте проводили ионоселективным методом определения ионов

Na+, FT, SO4", СГ (рис. 2). Массу растворенных органических веществ определяли методом термогравиметрии, концентрацию пигмента в твердой фазе - методом избирательной экстракции различными экстрагентами (кислотами, щелочами, алифатическими спиртами, неполярными растворителями).

Для определения концентрации водорастворимых примесей в суспензии азопиг-ментов предложены зависимости (14)- (17):

Рис. 2. Установка для определения содержания водорастворимых примесей в пасте:

1- рН-метр/иономер РР 50; 2 - магнитная мешалка; 3 - блок ионоселективных

электродов СГ, вО^ , Ка+;

4 — автоматическая микробюретка

mH,SO<

= 330,5327 га,т+ + 14,3702mx, +

Н Na

- 9,3117тс|_

- 2,3958т

т,

= 5,3495/я + +3,4664»г + 0,8919т , -86,5487т

на -'-■'-■-Na+ ' ">-------er 1 ......sof

= -381,7073т + +16,5950ты+ -10,7534т

"Na2S04

mNaci = 8,5743т

.к + -3,9081т -1,42956т ,

Na C1 SO4

-3,9335т 2-

ci ' so4 -138,723.

(14)

(15)

(16) (17)

Установлено, что содержание водорастворимых примесей в суспензии азопигмента оранжевого Ж находится в пределах: по №С1 - 1,16... 1,39%; по Ка2804 — 0,04...0,05%; по НС1 - 0,34...0,40%; по Н2804 - 0,01...0,02%; по растворимым органическим примесям - 0,065...0,07%; по Пигменту оранжевому - 3,2...3,9%; по нерастворимым органическим примесям - 0,05...0,1%. Данные концентрации водорастворимых примесей, рассчитанные по зависимостям (14) — (17), имеют погрешность 8,2%.

С учетом того, что суммарная масса ионов Ыа+ и СГ в жидкой фазе пасты составляет - 96,35 мае. % от общей массы водорастворимых примесей, предложена зависимость для определения концентрации водорастворимых примесей в пасте азопигмента оранжевого Ж на основе определения суммарной проводимости фильтрата:

Сж =6-Ю"6ер- 0,0254. (18)

Лабораторная установка для исследования процессов фильтрования суспензий и удаления водорастворимых примесей из паст на фильтровальной перегородке представлена на рис. 3.

Влажность осадка, формируемого в фильтровальном элементе при различных давлениях фильтрации, определяли по значениям массы суспензии с известной концентрацией твердой фазы и массы отведенного фильтрата (рис. 4).

Рис. 3. Модель фильтрующего элемента с системами цикличной промывки и продувки осадка:

1 - напорная емкость; 2, 8, 9, 10,11, 13,15 - шаровой кран; 3 - клапан предохранительный; 4 - насос шестеренчатый, 5 - компрессор; 6-расходомер; 7, 12-манометр; 14 — ротаметр; 16 — фильтровальный элемент; 17-регулятор расхода; 18- выносная плата БВ-16Я, 19 - компьютер с платой ЦАП-АЦП; 20 - преобразователь частоты; 21 — первичный преобразователь датчика; 22 - преобразователь сигналов; 23 — измерительная ячейка; 24 — патрубки;

25 - рН-метр/иономер РР 50; 26- стакан лабораторный; 27- весы

Время процесса, Тф™, мин

Рис. 4. Влажность осадка Пигмента оранжевого Ж в зависимости от времени фильтрования при различных давлениях:

1 - 0,2 МПа; 2 - 0,4 МПа; 3 - 0,6 МПа; 4-0.8 МПа; 5- 1,0 МПа

С„р, кг/м3

V -

ч J_ 3

ъ / / /

\ L 7

0,4 s

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5

Рис. 5. Содержание водорастворимых солей в пасте Пигмента оранжевого Ж при использовании в качестве промывной жидкости:

/ - воды артезианской; 2 - воды речной; 3 — воды дистиллированной

Осадок Пигмента оранжевого Ж имеет глинообразную структуру с частицами твердой фазы размером 1... 12 мкм, склонными к агломерации.

Повышение давления фильтрования с 0,2 до 1 МПа приводит к разрушению координационных связей материал-влага, образованию устойчивых агломератов и уплотнению слоя осадка и увеличению сопротивления слоя осадка с 0,097 до 0,72 МПа. Увеличение давления фильтрования с 0,2 до 0,6 МПа приводит к снижению влажности пасты на 6,9% и времени процесса на 41,6%; дальнейшее увеличение давления до 1,0 МПа нецелесообразно.

Исследовано влияние начальной концентрации водорастворимых примесей в промывной жидкости на эффективность удаления водорастворимых примесей из осадка (рис. 5). При этом была использована дистиллированная (содержанием водорастворимых солей 0,5 мг/л), речная (150 мг/л) и артезианская (910 мг/л) воды.

Обнаружено, что для достижения требуемой концентрации водорастворимых примесей наиболее эффективно использование в качестве промывной жидкости дистиллированной воды, позволяющей снизить объем промывных вод по отношению к речной воде на 4.. .16%, артезианской - 10.. .32%.

Использование дистиллированной воды для промывки осадка азопигментов экономически нецелесообразно, так как ее себестоимость в 8 - 12 раз выше артезианской; использование речной воды обоснованно в случае наличия близлежащих открытых водоемов.

Результаты оценки влияния расхода промывной жидкости на скорость удаления водорастворимых примесей, представленные на рис. 6, позволили сделать вывод, что оптимальный расход промывной жидкости, обеспечивающий равномерное заполнение сквозных пор осадка и более эффективное удаление водорастворимых примесей, составляет 1,8 кг/ч.

Сщ, кг/м3

1 3 4

%

^VHli

А \

0,41" \

00 1 0 2 0 3 0 4, "У 5, 6,0 7 0 \ 8

0 6600 13200 19800 23100 Ув К

0 3300 6600 9900 13200 16500 19800J

0 1650 3300 4950 6600 8250 9900 11550

Рис. 6. Содержание водорастворимых солей в пасте Пигмента оранжевого Ж при расходах промывной воды:

1 - 0,25 мл/с; 2 - 0,5 мл/с; 3 - 1 мл/с; 4 — 2 мл/с; а — область требуемой концентрации водорастворимых примесей в пасте азопигмента

Получены значения скоростей изменения концентрации водорастворимых примесей в пасте Пигмента оранжевого Жив промывной жидкости в зависимости от разности концентрации и времени пребывания промывной жидкости в порах осадка (рис. 7).

Концентрация водорастворимых примесей, Свр, кг/кг

0,018 0,016 0,014 0,012 0,010 0,008 0,006 0,004 0,002 0,000

1 2 3

.1 /

/

/

i 11 / <

<>— i^j ■

; — П1"

Концентрация водорастворимых примесей, Сп., кг/кг

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 Удельный объем промывных вод, Упр.*, кг/кг

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 Удельный объем промывных вод, Уч,ш, кг/кг

а)

б)

Рис. 7. Концентрация водорастворимых примесей в пасте в зависимости от количества промывной жидкости при непрерывной и цикличной ее подаче:

I-период линейной убыли концентрации примесей в пасте; II-период падающей скорости убыли концентрации примесей в пасте; III— период падающей скорости убыли концентрации; 1 - в проточных порах; 2- в пасте; 3 - сорбированных на поверхности частиц пигмента; а - непрерывный режим подачи промывной жидкости; б - время отключения подачи 6 мин; в - время отключения подачи 10 мин

0,018 0,016 0,014 0,012 0,010 0,008 0,006 0,004 0,002 0,000

1 2 3

/ / / /

/ / /

1 и / /

ч /

/

> ! Ш Л :

£ \

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1.4 1,6 1,8 2,0 Удельный объем промывных вод, кг/кг

ж (1, _ ж(н) е е

Рис. 7. Продолжение

Отключение подачи промывной жидкости в проточные поры увеличивает эффективность использования промывной жидкости по отношению к режиму ее непрерывной подачи с 31 до 78%. Получена зависимость скорости диффузии (19) водорастворимых примесей в пасте азопигмента от удельного объема промывных вод и времени отключения подачи промывной жидкости:

(19)

Скорость процесса переноса водорастворимых примесей в пасте описывается с погрешностью 7,3%:

Четвертая глава посвящена разработке технологических параметров цикличной промывки паст азопигментов на фильтровальной перегородке, режимы которой заключаются в чередовании операций: 1 - непрерывная подача промывной жидкости; 2 - отключение подачи промывной жидкости; 3 - продувка пасты сжатым воздухом для вытеснения промывной жидкости из проточных пор.

Кинетические характеристики процесса удаления водорастворимых примесей при цикличной подаче промывной жидкости, полученные при следующих технологических параметрах: объем подаваемой промывной жидкости - 0,2 Кпрж, время непрерывной подачи промывной жидкости - И мин; время отключения подачи промывной жидкости — 6 мин; время продувки пасты сжатым воздухом для вытеснения промывной жидкости из проточных пор — 3 мин, представлены на рис. 8.

Концентрация водорастворимых примесей, Спр, кг/кг

Рис. 8. Концентрация водорастворимых примесей

в жидкой фазе пасты и сорбированных на Пигменте оранжевом Ж в зависимости от количества промывной жидкости и времени выстойки: 1 - в жидкой фазе пасты; 2 - в проточных порах; 3 - сорбированных на поверхности твердого вещества; 4 - в пасте Пигмента оранжевого Ж; твьш - время

процесса выдержки; Тор™, - время процесса подачи промывной жидкости

0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1.4 Удельный объем промывных вод, У„р

Время операций определялось на основании анализа экспериментальных данных, приведенных на рис. 6, 7, и величин объема пор осадка и расхода сжатого воздуха.

Согласно данным, приведенным на рис. 6 и 8, использование цикличной промывки паст азопигментов на фильтровальной перегородке позволяет сократить расход промывных вод в 3,43 раза, время проведения процесса в 2,2 раза.

Разработанная инженерная методика расчета процесса удаления водорастворимых примесей цикличной промывкой паст азопигментов на фильтровальной перегородке позволяет рассчитать: объем промывной жидкости на каждом цикле промывки; концентрацию водорастворимых примесей в пасте в конце каждого цикла промывки; время отключения подачи промывной жидкости для каждого цикла; количество циклов промывки.

Решение зависимостей (7), (8), (12) и (13) аналитическим путем с использованием справочных значений коэффициентов диффузии в случае переноса ионов водорода, хлора и натрия и сульфата иона затруднительно, так как коэффициент молекулярной диффузии является функцией концентрации ионов этих веществ.

Для определения концентрации водорастворимых примесей в пасте и промывной жидкости при ее подаче и остановке зависимости (7), (8), (12) и (13), в которых концентрация изменяется по экспоненциальному закону, аппроксимировались зависимостями вида: С = АеКт + В, где А, В, К- коэффициенты, определяемые эмпирическим путем.

Уравнения для определения концентрации водорастворимых примесей при непрерывной подаче промывной жидкости и при ее остановке преобразуются к виду:

- концентрация водорастворимых примесей в пасте азопигментов:

(20)

= (21)

— концентрация водорастворимых примесей промывной жидкости поры:

(22)

К Ц-О-

с%=А?е '+ЯГ- (23)

В уравнениях (20) — (23) коэффициент К характеризует скорость изменения концентрации водорастворимых примесей в пасте и поре осадка, и по физическому смыслу является кинетическим коэффициентом массопереноса.

Концентрации водорастворимых примесей в промывной жидкости и в пасте аза-пигменов после отключения подачи промывной жидкости можно описать уравнениями (20), (22), в процессе непрерывной подачи промывной жидкости (21), (23).

Определение времени подачи промывной жидкости, времени ее остановки в порах осадка и объемов подаваемой промывной жидкости проводится следующим образом:

1. Определяем расход промывной жидкости с учетом конструктивных особенностей фильтр-пресса (площади фильтровальной поверхности) и удельного расхода промывной жидкости - 1,83 м'/^ч-м2).

2. Находим время подачи и объем промывной жидкости, решая уравнение (23), с изменением времени с шагом т =15 с. При выполнении условия > 0,99 (снижение концентрации водорастворимых примесей в промывной жидкости за 15 с составляет менее 1%) фиксируем номер шага и определяем время подачи промывной жидкости.

3. Рассчитываем объем промывной жидкости на основании данных времени процесса и ее расхода.

4. Определяем концентрацию водорастворимых примесей в пасте решением уравнения (21) при значении т, определенной в пункте 2. При выполнении условия

> 0,041 кг/м3 переходим к расчету по пункту 5.

5. Находим время остановки подачи промывной жидкости решением уравнения (24), с изменением времени с шагом т = 15 с. При выполнении условия

? < 0,99 С™'°_1 (повышение концентрации водорастворимых примесей в промывной жидкости за 15 с составляет менее 1%) фиксируем номер шага и определяем время остановки подачи промывной жидкости.

6. Определяем концентрацию водорастворимых примесей в пасте решением уравнения (22) при значении т, определенной в пункте 2. При выполнении условия

> 0,041 кг/м3 переходим к расчету по пункту 2.

7. При выполнении условия или < 0,041 кг/м3 расчет считается завершенным. Количество переходов в расчете от пункта 6 к пункту 2 является значением количества циклов промывка-выдержка-продувка.

8. Общий объем промывных вод определяем суммированием объемов, найденных по пункту 2.

Промышленная апробация процесса удаления водорастворимых примесей из паст азопигментов с цикличной подачей промывной жидкости осуществлена в цехе № 15 ОАО «Пигмент» (Тамбов) по технологической схеме, представленной на рис. 9.

Рис. 9. Технологическая схема обвязки фильтр-пресса, позволяющая реализовать процесс подачи промывной жидкости в цикличном режиме:

1 - фильтр-пресс; 2 - пульт управления; 3, 14 - центробежные насосы; 4 - реле времени;

5,19- универсальные датчики давления; б - расходомер;

7, 8, 18-краны; 9, 10,11,12,13,15, 16,17-задвижки

Проверка адекватности предложенной инженерной методики расчета технологических параметров процесса удаления водорастворимых примесей путем промывки осадка азопигментов на фильтровальной перегородке при цикличной подаче промывной жидкости осуществлялась путем сравнения экспериментальных данных, полученных на лабораторной и промышленной установках, с результатами расчета, расхождение составило не более 5%.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Определены концентрации растворимых и нерастворимых примесей органического и неорганического происхождения в суспензии и пасте азопигментов (на примере Пигмента оранжевого Ж).

2. Разработана физическая модель процесса удаления водорастворимых примесей из паст азопигментов на фильтровальной перегородке при непрерывном и цикличном режиме подачи промывной жидкости.

3. Предложено математическое описание процесса переноса водорастворимых примесей из пасты азопигментов в промывную жидкость при ее движении и остановке в сквозной поре.

4. Разработана методика определения концентрации водорастворимых примесей в суспензии и пасте азопигментов, основанная на ионоселективном методе определения ионов Ыа+, Н"1", 804* > С Г, и предложены зависимости для их расчета с погрешностью определения 8,2 мае. %.

5. Определена структура осадка Пигмента оранжевого Ж в зависимости от давления фильтрования.

6. Оценено влияние природы и начальной концентрации водорастворимых примесей в промывной жидкости на кинетику процесса их удаления из паст азопигментов.

7. Определено влияние расхода промывной жидкости на скорость удаления водорастворимых примесей из паст азопигментов: увеличение расхода до 0,0036 м3/ч приводит к снижению эффективности ее использования в 1,85 раза.

8. Исследована кинетика процесса диффузии водорастворимых примесей в пасте азопигмента в зависимости от времени пребывания промывной жидкости в поре осадка: увеличение времени пребывания в 10,5 раза приводит к увеличению эффективности использования промывной жидкости в 2,5 раза. Предложены зависимости по определению концентрации водорастворимых примесей в пасте.

9. Предложен способ удаления водорастворимых примесей из паст пигментов на фильтровальной перегородке с цикличным режимом подачи промывной жидкости. Определены его технологические параметры, заключающиеся в чередовании операций: непрерывная подача промывной жидкости (0,1...0,2 К1фж); отключение подачи промывной жидкости (6...9 мин); продувка пасты сжатым воздухом.

10. Разработана инженерная методика расчета процесса удаления водорастворимых примесей цикличной промывкой паст азопигментов на фильтровальной перегородке, позволяющая определить количество циклов промывки, время составляющих цикла, концентрацию водорастворимых примесей в промывной жидкости и пасте.

11. Реализация предложенного способа удаления водорастворимых примесей цикличной промывкой паст азопигментов осуществлена на ОАО «Пигмент» в цехе № 15, экономический эффект от внедрения предложенных технических решений составил 1837000 р./год.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

См - концентрация водорастворимых примесей в пасте, кг/м3; Сж - концентрация водорастворимых примсссй в промывной жидкости, кг/м3; Е— коэффициент линейной равновесной зависимости; Яп — радиус сквозной поры, м; Км — радиус зоны диффузии водорастворимых примесей, м; г — координата по радиусу поры, м; I - длинна поры, м; у — координата по длине поры, м; т - время, с; Ож - эффективный коэффициент диффузии водорастворимых примесей в промывной жидкости (м2/с); Ом - эффективный коэффициент диффузии водорастворимых примесей в пасте (м /с); Сл- - нормирующий множитель; — собственные числа задачи определения ядра интегральных преобразований в конечных пределах для случая подачи промывной жидкости; ¿у - собственные числа задачи определения ядра интегральных преобразований в конечных пределах для случая остановки подачи промывной жидкости; У0 — функции Бесселя

первого рода нулевого порядка; У0 - функции Бесселя второго рода нулевого порядка; С - изображение функции концентраций; С1м,С2и, С№ -коэффициенты, зависящие от граничных условий; рп, рк - полюса функции в обратном преобразовании Лапласа; уж - скорость движения промывной жидкости в поре, м/с; Bj - вспомогательный коэффициент, учитывающий граничные условия для случая движения промывной жидкости; Xj - собственные числа задачи определения начальных условий для случая движения промывной жидкости; т - масса, кг; Gp - общая проводимость жидкой фазы пигмента, (мкСм/см); V— объем, м3; А - коэффициент, характеризующий процесс молекулярной диффузии по радиусу поры и радиусу зоны диффузии; В - коэффициент, характеризующий изменение концентрации водорастворимых примесей в пасте и промывной жидкости по оси поры; К - коэффициент, учитывающий скорость изменения концентрации водорастворимых примесей в пасте и поре осадка; См0 - начальная концентрация водорастворимых примесей в пасте, кг/м3; Сх0 - начальная концентрация водорастворимых примесей в промывной жидкости, кг/м3; ш - доля осадка, заполненная раствором; Ущ ж - удельный объем промывной жидкости.

Индексы:

g - индекс, характеризующий шаг изменения объема промывной жидкости; ж - промывная жидкость; м - паста; пр - промывка; 0 - начальное значение; ц.п - подача промывной жидкости; ц.о - остановка подачи промывной жидкости; I - индекс, характеризующий шаг изменения времени составляющих операций цикла.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИ

1. Леонтьева, А.И. Использование циклично-импульсного режима промывки паст на фильтровальном оборудовании для повышения качественных характеристик пигментов / А.И. Леонтьева, М.А. Колмакова, B.C. Орехов // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - Тамбов, 2009. - Т. 15, № 1. - С. 113 -119.

2. Колмакова, М.А. Моделирование процесса удаления водорастворимых солей из паст азопигментов / М.А. Колмакова, B.C. Орехов, A.A. Дегтярев // Электронный научно-образовательный журнал «Инженерный вестник Дона». - 2011. - № 3. (http://www.ivdon.ru/magazine/latest/n3y2011/513/)

3. Колмакова, М.А. Эффективность удаления водорастворимых солей из тонкодисперсных осадков при использовании вод различной кластерной структуры / М.А. Колмакова, B.C. Орехов, Д.Н. Труфанов // Перспективы науки. - 2012. - № 1. -С. 91-94.

4. Колмакова, М.А. Снижение расхода промывных вод в производстве азопигментов / М.А. Колмакова, A.A. Дегтярев // Экология Центрально-Черноземной области Российской Федерации. - Липецк : Изд-во Липецкого эколого-гуманитарного института, 2008. -№ 1-2 (20-21). - С. 164 - 167.

5. Эффективные методы очистки суспензий полупродуктов органических красителей с преобладающим содержанием в качестве примесей сульфатов щелочных металлов / Н.П. Утробин, H.A. Колиух, Д.М. Ковальчук, М.А. Колмакова // Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование : сб. тр. 2 Междунар. науч.-практ. конф. «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2006. - Т. 5. - С. 304-305.

6. Колмакова, М.А. Исследование процесса отмывки осадков азопигментов на фильтровальном оборудовании с применением цикличной подачи промывной жидкости / М.А. Колмакова, П.Н. Сергеев, A.A. Коленченко // Инновационные исследова-

ния в сфере критических технологий : сб. материалов Междунар. науч.-техн. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов. - Белгород : Изд-во БелГУ, 2007. -С. 51-55.

7. Леонтьева, А.И. Математическое описание процесса удаления вдораствори-мых примесей из паст азопигментов с использованием циклично-импульсного режима подачи промывной жидкости / А.И. Леонтьева, М.А. Колмакова, A.A. Дегтярев // Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование : сб. тр. 4 Междунар. науч.-практ. конф. «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». - СПб. : Изд-во Политехи, ун-та, 2007. -Т. 11.-С. 204-206.

8. Утробин, Н.П. Повышение эффективности процесса удаления водорастворимых примесей внедрением циклично-импульсного режима подачи промывной жидкости на фильтровальном оборудовании / Н.П. Утробин, М.А. Колмакова, B.C. Орехов // Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование : сб. тр. 4 Междунар. науч.-практ. конф. «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». - СПб. : Изд-во Политехи, ун-та, 2007. -Т. 11. -С. 414—415.

9. Удаление водорастворимых солей из плотных слоев материала методом циклично-импульсной подачи жидкости и газа / Н.П. Утробин, М.А. Колмакова, Т.П. Дьячкова, A.A. Коленченко // Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование : сб. тр. 5 Междунар. науч.-практ. конф. «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». - СПб., 2008. -Т. 12. - С. 306-307.

10. Моделирование процесса удаления водорастворимых примесей из паст азопигментов / А.И. Леонтьева, М.А. Колмакова, М.Ю. Субочева, Т.П. Дьячкова // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-21 : сб. тр. XXI Междунар. науч. конф. - Саратов, 2008. - Т. 5. - С. 69 - 72.

11. Орехов, B.C. Циклично-импульсный режим подачи промывной жидкости и воздуха — способ повышения эффективности отмывки осадков на фильтровальных перегородках / B.C. Орехов, М.А. Колмакова, Т.П. Дьячкова // «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и тепловые процессы) СЭТТ-2008» : материалы 3 Междунар. науч.-практ. конф. - Тамбов - М., 2008. - Т. 2. - С. 325-326.

12. Методика расчета процесса удаления водорастворимых солей из паст азопигментов / М.А. Колмакова, М.Ю. Субочева, Е.Г. Жохова, Д.В. Васяткин // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-22 : сб. тр. XXII Междунар. науч. конф. - Псков, 2009. - Т. 9. - С. 25 - 27.

13. Повышение эффективности удаления водорастворимых примесей из паст азопигментов / М.А. Колмакова, Н.В. Воякина, A.A. Дегтярев, B.C. Орехов // Труды 11 ТУ : сб. науч. ст. молодых ученых и студентов. —2008. - Вып. 21. - С. 29 - 32.

Подписано в печать 18.05.2012. Формат 60 х 84/16. 0,93 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 269

Издательско-полиграфический центр ФГБОУ ВПО «ТГТУ» 392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, к. 14

Условные обозначения

Введение

ГЛАВА 1 УДАЛЕНИЕ ВОДОРАСТВОРИМЫХ СОЛЕЙ - СПОСОБ 14 ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

АЗОПИГМЕНТОВ

1.1 Влияние примесей на основные характеристики пигментов 14 (прозрачность, интенсивность, оттенок, чистота, блеск, колористическая концентрация, укрывистость)

1.1.1 Формирование примесей в производстве органических 16 азопигментов

1.1.2 Физико-химические свойства осадков

1.1.3 Физико-химические свойства примесей, формирующихся в 19 процессе синтеза органических пигментов

1.2 Методы удаления водорастворимых солей из паст азопигментов

1.2.1 Методы удаления водорастворимых солей из паст азопигментов 20 без разрушения их структуры

1.2.2 Методы удаления водорастворимых солей из паст азопигментов 22 с разрушением их структуры

1.2.3 Сравнительный анализ методов удаления водорастворимых 23 солей из паст азопигментов

1.3 Методики количественного определения концентрации примесей, 24 формирующихся в процессе синтеза азопигментов

1.4 Математическое описание процесса удаления раствора №С1 из 27 пасты

1.4.1 Математическое описание процесса диффузии

1.4.2 Математическое описание процесса переноса вещества через 30 границу раздела фаз

1.5 Аппаратурное оформление процесса отмывки тонкодисперсных 31 осадков

1.6 Выводы к главе

ГЛАВА 2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА 36 УДАЛЕНИЯ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ПРИМЕСЕЙ ИЗ ОСАДКА АЗОПИГМЕНТОВ

2.1 Физическая модель процесса удаления водорастворимых 36 примесей из пасты в отдельно взятую пору

2.2. Система допущений.

2.3 Перенос водорастворимых примесей в пасте при остановке 39 подачи промывной жидкости

2.4. Перенос водорастворимых примесей в пасте при движении 49 промывной жидкости

2.5 Выводы к главе

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ПРОЦЕССА УДАЛЕНИЯ 61 ВОДОРАСТВОРИМЫХ ПРИМЕСЕЙ ИЗ ПАСТ АЗОПИГМЕНТОВ НА ФИЛЬТРОВАЛЬНОЙ ПЕРЕГОРОДКЕ

3.1 Определение природы и концентраций примесей в суспензиях 62 азопигментов

3.1.1 Определение природы и концентраций примесей в суспензии 64 пигмента оранжевого Ж

3.2. Методика определения компонентов суспензии азопигментов

3.2.1 Методика анализа состава водорастворимых неорганических 67 примесей в жидкой фазе суспензии азопигментов

3.2.2 Методика анализа концентрации растворимых органических 74 примесей в суспензии азопигментов

3.2.3 Методика анализа концентрации нерастворимых органических 75 примесей в пасте азопигментов

3.2.4 Методика определения водорастворимых примесей в жидкой 78 фазе суспензии азопигментов

3.3 Размер и количество пор и концентрация водорастворимых 81 примесей в пасте азопигментов в зависимости от давления фильтрации

3.3.1 Экспериментальная установка для исследования структуры 82 осадка азопигмента полученного методом фильтрования на разделительной перегородке

3.3.2 Настройка режимов работы установки фильтрации суспензий 85 азопигмента

3.3.3 Структура осадка пасты азопигмента в зависимости от давления 86 фильтрования

3.4 Кинетика процесса удаления водорастворимых примесей из 92 осадка азопигмента на фильтровальной перегородке

3.4.1 Методика проведения экспериментальных исследований 93 кинетики процесса удаления водорастворимых примесей из плотных осадков на фильтровальной перегородке

3.4.2 Исследование влияния начальной концентрации 96 водорастворимых солей в промывной жидкости на кинетику процесса удаления водорастворимых солей из паст азопигментов

3.4.3 Исследование влияния расхода промывной жидкости на 100 скорость удаления водорастворимых солей из осадка пигмента

3.4.4 Определение скорости диффузии водорастворимых солей в 102 жидкой фазе и десорбции ионов водорастворимых примесей с поверхности твердых частиц пигмента

3.5 Выводы к главе

ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА ИНЖЕНЕРНОЙ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА 120 ПРОЦЕССА УДАЛЕНИЯ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ПРИМЕСЕЙ ИЗ ПАСТ АЗОПИГМЕНТОВ НА ФИЛЬТРОВАЛЬНОЙ ПЕРЕГОРОДКЕ

4.1 Разработка технологических режимов процесса цикличной 121 промывки паст азопигментов на фильтровальной перегородке с учетом кинетики процессов диффузии и десорбции водорастворимых примесей в жидкой фазе пасты азопигментов

4.2 Инженерная методика расчета процесса удаления 126 водорастворимых примесей из паст азопигмента цикличной промывкой на фильтровальной перегородке.

4.2.1 Расчет концентрации водорастворимых примесей в промывной 126 жидкости и пасте азопигмента и времени остановки подачи промывной жидкости

4.2.2 Расчет концентрации водорастворимых примесей в промывной 129 жидкости и в пасте азопигмента и времени подачи промывной жидкости

4.3 Разработка рекомендаций по реконструкции фильтровального 132 оборудования с целью реализации циклического режима промывки для удаления водорастворимых примесей из паст азопигментов

4.4 Проверка адекватности математической модели процесса 137 удаления водорастворимых примесей из паст азопигмента на лабораторной и промышленной установке

4.5 Выводы к главе 4 141 Основные выводы и результаты работы 142 Список используемой литературы 144 Приложения

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

С - концентрация водорастворимых примесей, кг/м ; Е - коэффициент линейной равновесной зависимости; Яп - радиус сквозной поры, м;

Ям - радиус зоны диффузии водорастворимых примесей, м; г - координата по радиусу поры, м; /- длинна поры, м; у - координата по длине поры, м; т - время, с; - эффективный коэффициент диффузии водорастворимых примесей, (м2/с); См- нормирующий множитель;

- собственные числа задачи определения ядра интегральных преобразований в конечных пределах для случая подачи промывной жидкости; собственные числа задачи определения ядра интегральных преобразований в конечных пределах для случая остановки подачи промывной жидкости; Зо - функции Бесселя первого рода нулевого порядка; У0 - функции Бесселя второго рода нулевого порядка; С - изображение функции концентраций;

С 1м , С2м , Сок -коэффициенты, зависящие от граничных условий; рп,Рк~ полюса функции в обратном преобразовании Лапласа;

- скорость движения промывной жидкости в поре, м/с; В} - вспомогательный коэффициент, учитывающий граничные условия для случая движения промывной жидкости;

Я7 - собственные числа задачи определения начальных условий для случая движения промывной жидкости; т - масса, кг;

Ор- общая проводимость жидкой фазы пигмента, (мкСм/см); V- объем, мЗ;

А - коэффициент, характеризующий процесс молекулярной диффузии по радиусу поры и радиусу зоны диффузии;

В - коэффициент, характеризующий изменение концентрации водорастворимых примесей в пасте и промывной жидкости по оси поры;

К - коэффициент, учитывающий скорость изменения концентрации водорастворимых примесей в пасте и поре осадка; со - доля осадка, заполненная раствором; Упр.ж - удельный объем промывной жидкости.

Индексы: g - индекс, характеризующий шаг изменения объема промывной жидкости; ж - промывная жидкость; м - паста; пр - промывка; 0 - начальное значение; ц.п - подача промывной жидкости; ц.о - остановка подачи промывной жидкости; г - индекс, характеризующий шаг изменения времени составляющих операций цикла.

Актуальность. Полиграфическая промышленность предъявляет к офсетным краскам все более жесткие требования по таким параметрам как: блеск, прозрачность, чистота, оттенок, укрывистость, электропроводность и т.д. Эти показатели качества в значительной степени определяет пигментный наполнитель офсетного связующего - азопигменты.

Колористическая концентрация (относительная красящая способность) является основным показателем выпускных форм азопигментов, которая зависит от дисперсного состава частиц пигмента и концентрации водорастворимых примесей, образующихся в результате синтеза (реакций диазотирова-ния и азосочетания).

В качестве водорастворимых примесей выступают хлориды и сульфаты натрия, которые в реакционной массе находятся в виде побочных продуктов.

Присутствие даже незначительного количества этих примесей в органических пигментах ухудшает их показатели качества (колористическую концентрацию, электропроводность, диспергируемость). Поэтому разработка эффективного способа обеспечивающего удаление водорастворимых примесей из паст пигментов на фильтровальной перегородке представляет теоретический интерес и имеет большое практическое значение.

Разработанные технологические режимы процесса удаления водорастворимых примесей из паст азопигментов на фильтровальной перегородке при цикличном режиме подачи промывной жидкости позволяют решить задачу обеспечения требуемых показателей качества пигментов при снижении расхода промывной жидкости и длительности процесса.

Работа выполнялась в рамках НТП «Научные исследования высшей школы в области химических технологий» (2003-2004 годы); АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы» (2005-2009 годы), ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научнотехнического комплекса России на 2007-2012 гг.» (государственный контракт № 02.513.11.3377 от 26 ноября 2007 г.), ФЦП «Научные, научно-педагогические кадры инновационной России» (2010-2011 годы) и в рамках программы «У.М.Н.И.К.» проект № 10155 от 01.02. 2010 г. НИОКР по теме № 1.

Целью работы является разработка технологических режимов процесса удаления водорастворимых примесей из паст азопигментов на фильтровальной перегородке при цикличном режиме подачи промывной жидкости, позволяющих получить продукт с высокими показателями качества на основе результатов экспериментальных исследований: влияния природы промывной жидкости и скорости ее подачи на кинетику процесса удаления водорастворимых примесей; влияния давления фильтрования на влажность формируемой пасты, форму и размер пор на примере Пигмента оранжевого Ж; кинетических характеристик процесса удаления водорастворимых примесей при непрерывном и цикличном методе подачи промывной жидкости; а также создания физической модели процесса удаления водорастворимых примесей из пасты азопигмента в промывную жидкость и разработки математического описания процесса удаления водорастворимых примесей из паст пигментов, позволяющего определить концентрации водорастворимых примесей в пасте и промывной жидкости в поре при неподвижном и движущемся потоке промывной жидкости.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:

- определены природа и концентрации примесей в суспензии азопигмента;

- разработана методика определения концентрации растворимых и нерастворимых органических и неорганических примесей в суспензии и пасте азопигментов;

- определены значения влажности осадка и его сопротивления в зависимости от давления фильтрации;

- определено влияние начальной концентрации водорастворимых примесей в промывной жидкости на кинетику процесса их удаления из паст азо-пигментов;

- оценено влияние расхода промывной жидкости на скорость удаления водорастворимых примесей;

- исследован процесс переноса водорастворимых примесей из жидкой фазы осадка в промывную жидкость;

- определены технологические параметры процесса цикличной промывки паст азопигментов на фильтровальной перегородке;

- предложена физическая модель процесса удаления водорастворимых примесей из паст органических пигментов на фильтровальной перегородке при непрерывном и цикличном режимах подачи промывной жидкости;

- разработано математическое описание процесса удаления водорастворимых примесей из паст органических пигментов на фильтровальной перегородке при непрерывном и цикличном режимах подачи промывной жидкости;

- создана инженерная методика расчета процесса удаления водорастворимых примесей цикличной промывкой паст азопигментов на фильтровальной перегородке, позволяющая определить количество циклов промывки, концентрацию водорастворимых примесей в пасте в конце процесса промывки;

- осуществлена идентификация разработанного математического описания и оценка ее адекватности реальному процессу на лабораторной и промышленных установках.

Научная новизна работы заключается в том, что:

- предложен способ удаления водорастворимых примесей из паст пигментов на фильтровальной перегородке с цикличным режимом подачи промывной жидкости;

- определены размеры пор осадка и концентрация водорастворимых примесей в их объеме в зависимости от давления фильтрации в диапазоне 0,2. 1,0 МПа;

- предложена физическая модель процесса удаления водорастворимых примесей из паст органических пигментов на фильтровальной перегородке;

- определены зависимости изменения концентрации водорастворимых примесей в осадке от скорости подачи промывной жидкости и времени ее пребывания в порах;

- разработано математическое описание процесса удаления водорастворимых примесей из паст азопигментов на фильтровальной перегородке при непрерывном и цикличном режимах подачи промывной жидкости.

Практическая ценность результатов работы:

- разработана методика определения концентрации растворимых (ионо-селективный метод) и нерастворимых (избирательная экстракция, с последующей термогравиометрией) органических и неорганических примесей в суспензии и пасте азопигментов;

- предложена методика определения кинетических характеристик процесса удаления водорастворимых примесей из паст азопигментов на фильтровальной перегородке с использованием кондуктометрической ячейки;

- разработана методика исследования кинетики процесса переноса водорастворимых примесей в пасте азопигментов и в сквозных порах;

- получена эмпирическая зависимость концентрации водорастворимых примесей в пасте пигмента от объема промывной жидкости и цикличности режима;

- определены технологические параметры процесса удаления водорастворимых примесей из паст пигментов на фильтровальной перегородке в цикличном режиме подачи промывной жидкости, практическая реализация которых позволила сократить время процесса в 2,2 раза и количество промывной жидкости в 3,4 раза;

- разработана инженерная методика расчета процесса удаления водорастворимых примесей цикличной промывкой пасты азопигментов на фильтровальной перегородке, позволяющая определить количество циклов промывки и концентрацию водорастворимых примесей в пасте;

- осуществлена идентификация разработанного математического описания и проверена ее адекватность реальному процессу на лабораторной и промышленной установках - расхождение между значениями, полученными расчетным и экспериментальным путем на промышленной установке, составило 6%;

- выданы практические рекомендации по организации процесса удаления водорастворимых примесей промывкой осадков на фильтр-прессах с использованием цикличного режима подачи промывной жидкости в производстве Пигмента оранжевого Ж на ОАО «Пигмент» (Тамбов), экономический эффект от внедрения предложенных технических решений составил 1 837 ООО р./год.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: международных научно-практических конференциях «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2006, 2007, 2008 гг.), «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностойкая обработка материалов)» (Москва-Тамбов, 2008 г.), «Инновационная экономика и промышленная политика региона (ЭКОПРОМ-2009)» (Санкт-Петербург, 2009 г.), международных научных конференциях «Математические методы в технике и технологии» (Саратов, 2008 г.; Псков, 2009 г.), международной научно-технической конференции «Инновационные исследования в сфере критических технологий» (Белгород, 2007 г.); Всероссийской (с международным участием) заочной научно-практической конференции «Актуальные проблемы естественных наук» (Тамбов, 2009 г.).

Материалы по теме диссертации были отмечены: дипломом международной научно-технической конференции «Инновационные исследования в сфере критических технологий» (Белгород, 2007 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 14 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех основных глав и заключения, списка используемых источников и приложений. Диссертация содержит 159 страниц машинописного текста, в том числе 30 рисунков и 3 таблицы, список использованных источников включает 158 наименования отечественных и зарубежных авторов и при