автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Совершенствование теплотехнологических схем производства высоковязких полимерных материалов

р Г 5 ОД

На правах рукописи

ШАЙХУТДИНОВ АЗАТ АЛЬБЕРТОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОВЯЗКИХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.14.04 - промышленная теплоэнергетика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени !сандидага технических наук

Москва - 1996 г.

Работа выполнена на кафедре " Промышленная теплоэнергетика " Казанского филиала Московского Энергетического института (Технического университета).

Научный руководитель - Заслуженный деятель науки

и техники Республики Татарстан, доктор технических наук, профессор Назмеев Ю.Г.

Официальные оппоненты - доктор технических наук

профессор Фафурин А.В.

кандидат технических наук, доцент Шелгинский А.Я.

Ведущая организация - АО "Казанский институт фотоматериалов"

Защита состоится "{{£_" июня 1996 г. в i£ час. О 0 мин. в аудитории Г-410 на заседании Диссертационного Совета К-053.16.03 в Московском Энергетическом Институте (Техническом Университете).

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью, просим направлять по адресу: 111250, Москва, Е-250, ул. Красноказарменная, д.14, Ученый Совет МЭИ(ТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ(ТУ).

420035, г.Казань, ул.Восстания,д.100.

Автореферат разослан

Ученый секретарь Диссертационного Совета К-053.16.03 к.т.н., доцент

Данилов 0.Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.Обеспечение принципа энергосбережения является одним из важнейших условий функционирования и дальнейшего развития современной промышленности. Весьма значимой проблема энергосбережения является для химической и нефтехимической отраслей промышленности , особенно для производств полимерных материалов, характеризуемых большой энергоемкостью.

Одним из способов снижения энергоемкости и повышения эффективности промышленных производств является применение энергосберегающих технологий. Основным недостатком большинства традиционных теп-лотехнологических схем и установок производств полимерных материалов является периодичность их действия.

При разработке новых энергосберегающих теплотехнологических схем необходимо проведение сравнительного анализа теплоэнергетической эффективности, который целесообразно осуществлять с использованием эксергетического метода термодинамического анализа.

Обзор литературных источников показывает, что для анализа эффективности различных теплотехнологических схем и установок широко применяется эксергетический метод с использованием интегральных значений эксергии потока вещества и теплового потока. Для более точной оценки теплоэнергетической эффективности и степени термодинамического совершенства процессов, происходящих в элементах теплотехнологических схем необходимы данные о распределении дискретных значений эксергии в потоках рабочих тел, о динамике изменения величины эксергии в ходе процессов.

Очень часто текучие среды, используемые в качестве рабочих тел в теплотехнологических установках полимерных производств, обладают сложным реологическим поведением ( высоким значением вязкости, наличием аномалии вязкости и упругости ). С целью интенсификации процессов тепломассообмена при использовании высоковязких рабочих тел применяются каналы сложной геометрии. В технологических процессах в потоках рабочих тел могут происходить химические превращения, вызывающие изменение химической формулы вещества и реологических свойств. Вышеперечисленные особенности существенно затрудняют анализ происходящих в установках гидромеханических и тепломассообмен-ных процессов.

Из изложенного следует, что для проведения подробного анализа теплоэнергетической эффективности процессов, происходящих в уста-

новках переработки и синтеза полимерных материалов непрерывного действия, необходимо наличие методики определения термодинамических характеристик, учитывающей реологические свойства используемых рабочих тел, физико-химические особенности процессов, геометрию применяемых каналов.

Цель работы.Данная работа имела целью-.

1. проведение анализа теплоэнергетической и термодинамической эффективности теплотехнологических схем производства конкретных высоковязких полимерных растворов и продуктов на их основе, таких как полиметакрилат, триацетатцеллюлозная основа кинофотоматериалов, сухой пленочный фоторезист;

2. создание методики определения термодинамических характеристик ( значений химической и тепловой эксергии ) химически реагирующих и химически инертных реологически сложных рабочих тел при течении их в каналах теплотехнологического оборудования;

3. проведение численных расчетов и определение дискретных значений термодинамических характеристик реологически сложных рабочих тел при их течении в канале одного из элементов оборудования тепло-технологических схем;

4. совершенствование теплотехнологических схем производства полиметакрилата, триацетатцеллюлозной основы кинофотоматериалов, сухого пленочного фоторезиста с целью повышения теплоэнергетической эффективности.

Научная новизна выполненных исследований.

Проведен анализ теплоэнергетической и термодинамической эффективности традиционных и энергосберегающих теплотехнологических схем производства полимерных материалов с использованием эксергетическо-го метода.

Разработана методика расчета распределения дискретных значений термодинамических характеристик при течении химически реагирующих и химически инертных нелинейно вязко-упругих жидкостей в каналах теплотехнологического оборудования, которая может быть использована при совершенствовании и оценке эффективности теплотехнологических схем производства высоковязких полимерных растворов и продуктов на их основе.

Проведены численные расчеты распределений термодинамических характеристик в потоках химически реагирующих и химически инертных нелинейно вязко-упругих жидкостей при течении их в каналах элементов оборудования энергосберегающих теплотехнологических схем произ-

- 4 -

водства полимерных материалов.

Практическая ценность работы.

Полученные практические рекомендации по усовершенствованию теплотехнологических схем производства высоковязких полимерных растворов и продуктов на их основе ( полиметакрилата, триацетатцел-люлозной основы кинофотоматериалов и сухого пленочного фоторезиста) , позволяют получить значительный эффект экономии энергетических и материальных ресурсов при существенном увеличении производительности.

Применение разработанной методики определения термодинамических характеристик при анализе процессов течения химически реагирующих и химически инертных реологически сложных рабочих тел в [саналах теплотехнологического оборудования позволяет расчетным путем получать: распределение дискретных значений тепловой и химической эк-сергии в потоке, профили характеристик молекулярно-массового распределения, эпюры температурных и концентрационных полей, профили гидродинамических характеристик для различных сечений по длине канала.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены на следующих научно-технических конференциях:

1. первый симпозиум Татарстана по энергетике, окружающей среде и экономике, Казань, 1992 г.;

2. юбилейная научная конференция Казанского филиала МЭИ, посвященная 25-летию КФ МЭИ, Казань, 1993 г.;

3. итоговая научная конференция Казанского филиала МЭИ (технического университета), Казань, 1995 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав основного текста, заключения и списка использованной литературы. Работа изложена на 192 страницах машинописного текста, содержит 51 рисунок и 32 таблицы. Список использованной литературы содержит 101 наименование.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен анализ литературных источников, посвященных вопросу оценки эффективности теплотехнологических и энергетических систем с использованием эксергетического метода термодинамического анализа, рассмотрены методы определения термодинамических

- 5 -

характеристик. Сделан обзор оснопных конструкций и способов применения шпекового оборудования в производствах химической и нефтехимической промышленности с целью повышения их эффективности.

В результате сделаны следующие выводы:

1. Для оценки теплоэнергетической эффективности эксплуатируемых теплотехнологических систем и установок и при разработке новых энергосберегающих теплотехнологий широко применяется эксергетичес-кий метод термодинамического анализа.

2. В работах, описанных в имеющихся литературных источниках, недостаточное внимание уделено использованию эксергетического метода термодинамического анализа для оценки эффективности и совершенствования полимерных производств химической и нефтехимической промышленности.

3. В методиках применения эксергетического метода термодинамического анализа для оценки эффективности различных теплотехнологических систем и установок, приведенных в литературных источниках, авторы ограничиваются рассмотрением интегральных значений эксергии энергетических и материальных потоков, не приводится методов и способов определения дискретного распределения значений эксергии в потоках энергоносителей.

4. В отраслях химической и нефтехимической промышленности, где в качестве рабочих тел используются высоковязкие среды со сложным реологическим поведением, одним из путей создания принципиально новых энергосберегающих теплотехнологических систем и высокоэффективных тепломассообменных установок, является применение шнекового оборудования.

Во второй главе выполнено описание трех традиционных теплотехнологических схем производства высоковязких полимерных растворов и продуктов на их основе: полиметакрилата, триацетатцеллюлозной основы кинофотоматериалов, сухого пленочного фоторезиста.

Проведен анализ теплоэнергетической и термодинамической эффективности традиционных теплотехнологических схем. Для удобства оценки эффективности использования энергоресурсов в элементах оборудования составлены балансовые теплотехнологические схемы процессов, построены оценочные эксергетические диаграммы в координатах хэ-

В результате проведенного анализа для каждой рассматриваемой традиционной теплотехнологической схемы производства полимерных материалов получены основные показатели затрат материальных и энергетических ресурсов на производство единицы продукции, определены по- 6 -

казатели степени термодинамического совершенства тепловых процессов, происходящих в отдельных элементах и для всей схемы в целом.

В итоге сделаны следующие выводы:

1. Для производств полимерных растворов и продуктов на их основе характерны: высокая энергоемкость, малая производительность, значительная удельная доля тепломеханического оборудования.

2. В подавляющем большинстве теплотехнологических схем производства растворов полимеров и продуктов на их основе используются установки периодического действия.

3. Рабочие тела установок производств полимерных материалов очень часто обладают сложным реологическим поведением. В потоках рабочих тел могут происходить химические реакции, в результате которых изменяются реологические свойства материалов.

4. При разработке энергосберегающих теплотехнологических схем и установок полимерных производств непрерывного действия для оценки эффективности с использованием эксергетического метода, необходимо наличие методики, позволяющей расчетным путем получать данные о распределении величины эксергии, гидродинамических параметров и характеристик молекулярно-массового распределения в потоках рабочих тел.

В третьей главе выполнена разработка методики расчета термодинамических характеристик химически реагирующих и химически инертных реологически сложных рабочих тел при их течении в каналах теплотех-нологического оборудования.

Следует отметить, что многообразие форм проточных частей и каналов теплоэнергетического оборудования чрезвычайно велико, начиная от традиционных форм типа "круглая труба" и "труба в трубе" до таких сложных как винтовые поверхности червячных экструзионных машин и интенсифицированные поверхности теплообменников.

Методика расчета термодинамических характеристик должна быть построена на математических моделях, позволяющих учитывать: возможность наличия или отсутствия химической реакции-, возможность описания достаточно широкого разнообразия форм проточных частей оборудования; спектр реологического поведения жидкостей.

Построение методики осуществлялось на примере процесса гомо-фазной инициированной полимеризации, осуществляемой в трубчатых реакторах различного типа. Сущность процесса гомофазной полимеризации заключается в следующем. В реактор в определенных соотношениях подаются раствор мономера и инициатор химической реакции и в резуль-

- 7 -

тате их взаимодействия при движении в проточной части реактора происходит образование полимерной структуры. Для обеспечения полноты химической реакции и повышения качества конечной продукции наружная поверхность реактора обогревается. Таким образом, процесс гомофаз-ной инициированной полимеризации включает в себя процесс движения нелинейно вязко-упругой жидкости, процессы тепло- и массопереноса, и может быть рассмотрен в качестве примера процесса течения химически реагирующей реологически сложной жидкости в каналах теплоэнергетического оборудования.

Определение дискретных значений термодинамических характеристик (профилей тепловой и химической эксергий) потока химически реагирующей нелинейно вязко-упругой жидкости возможно при известных профилях температуры и вектора скорости по длине канала, что в свою очередь требует решения гидродинамической задачи с учетом наличия химической реакции. То есть, для определения термодинамических характеристик необходимо наличие модели сопряженного тепломассопере-носа, включающей в себя гидродинамическую модель процесса, макроки-нетическую модель химической реакции, реологическое уравнение состояния жидкости (рабочего тела).

В данной работе была использована математическая модель процесса гомофазной инициированной полимеризации в проточном винтовом реакторе произвольного поперечного сечения, включающая в себя уравнения движения, энергии, массопереноса и их условия однозначности.

Для описания реологических упруго-вязких свойств жидкости используется реологическое уравнение состояния дифференциального типа:

Т° = Ф1(12,Ь)В1+ Ф2(12,Ь)В2. (1)

Важной особенностью процессов полимеризации является зависимость вязкости реагирующей системы от макрокинетики, условий деформирования и температуры. Таким образом для замыкания системы уравнений гидродинамики, энергии и массопереноса необходима реологическая модель, учитывающая одновременно и кинетику реакции , отражающая переход системы от ньютоновской (в начальный момент) к ярко выраженной неньютоновской в процессе реакции.

Материальные функции реологического уравнения состояния (1) представляются в виде степенных зависимостей. Температурная зависимость реологических параметров модели выражается в аррениусовском виде.

Для описания кинетики реакции использована макрокинетическая

- 8 -

одель инициированной гомофазной полимеризации. Связь макрокинетики з реологическими параметрами производится через предзкспоненты ар-рениусовских температурных зависимостей и энергии активации вязкого течения, которые прямопропорционально зависят от степени превращения.

Решение системы уравнений сопряженного тепломассопереноса с использованием реологического уравнения состояния (1) и реокинети-ческой модели позволяет получить профили скорости, температуры, вязкости, концентраций мономера и инициатора для проточной части винтового реактора.

Трубчатый проточный реактор полимеризации работает в режиме "суспензионной" модели, то есть, реакционная масса разделяется на микрообъемы, не смешивающиеся в процессе течения между собой и движущиеся по параллельным траекториям (линиям тока).Работа такого реактора описывается функцией распределения времени пребывания f(t) такой, что f(T)dt есть объемная доля "частиц", пребывающих в реакторе в промежутке времени от х до t+dt. Тогда молекулярно-массовое распределение (ММР) полимера в некотором сечении реактора определяется функцией распределения:

P„(n)=f(r(n)) Тп(п). (2)

Важными параметрами ММР являются его моменты Ai. Для ММР, описываемого (2), общая запись его моментов имеет вид:

Ai = (2/F)IK(l-m)KsP0m"1 t(x)+C(l-m)] 1/il_m)dQ. (3) Й

С помощью моментов можно определить следующие характеристики ММР: среднемассовую степень полимеризации ( или среднюю молекулярную массу полимера)

Pw= A2MI, (4)

а тагаке среднечисленную степень полимеризации (или среднюю длину полимерных молекул), среднеседиментационную степень полимеризации, ширину ММР, дисперсию ММР.

Таким образом, на основе результатов реализации модели сопряженного тепломассопереноса определяются моменты ММР, с помощью которых рассчитываются характеристики ММР в различных сечениях по длине проточной части реактора. После этого производится расчет термодинамических характеристик в потоке химически реагирующей нелинейно вязко-упругой жидкости при течении в винтовом канале реактора полимеризации.

Значение химической эксергии жидкости для различных сечений по длине проточной части реактора определяется следующим образом:

ех= пеко. где п= Р*/Ро- (5)

Для вычисления величины химической эксергии структурной субъединицы полимера записывается реакция девальвации (обесценивания) рассматриваемого вещества. При вычислении значений энтальпии и энтропии девальвации, необходимые значения стандартных теплот образования и абсолютных энтропии вещества определяются с использованием универсального эмпирического метода расчета стандартных теплот образования и энтропии для органических соединений. Согласно данного метода выбирается "основное" вещество с известными термодинамическими свойствами, из которого минимальным числом замещений атомов водорода и радикальных групп можно получить структурную формулу рассматриваемого вещества. Затем введением соответствующих поправок определяют энтальпию и энтропию рассматриваемого вещества.

Значение удельной тепловой эксергии для различных сечений по длине проточной части реактора вычисляется по выражению для определения эксергии потока вещества.

Полученная методика расчета термодинамических характеристик для процесса течения химически реагирующей нелинейно вязко-упругой жидкости в винтовом канале может быть использована в ряде частных случаев, различаемых по следующим признакам:

1. по форме проточной части канала;

2. по наличию (отсутствию) химической реакции в потоке;

3. по реологическим свойствам жидкости.

Одним из частных случаев первой группы является течение химически реагирующей нелинейно вязко-упругой жидкости в цилиндрическом канале. В качестве практического примера случая течения химически реагирующей нелинейно вязко-упругой жидкости в цилиндрическом канале рассмотрен процесс полимеризации в трубчатом реакторе с проточной частью типа "круглая труба".

Частным случаем второй группы является определение термодинамических характеристик процесса течения химически инертной нелинейно вязко-упругой жидкости в винтовом или цилиндрическом каналах. Из соответствующей системы уравнений сопряженного тепломассопереноса исключаются уравнения массопереноса и их граничные условия. В обобщенной реокинетической модели степень превращения принимается равной нулю.

Методика расчета термодинамических характеристик может приме- 10 -

шться для исследования потоков обобщенных ньютоновских и ньюто-ювских вязких жидкостей. Преобразование методики при этом осуществляется заданием соответствующих функциональных зависимостей материальных функций Ф^.Для обобщенных ньютоновских жидкостей в уравне-:ии (1) имеем Ф2=0. Для ньютоновской вязкой жидкости кроме условия £>2=0, исключается зависимость материальной функции от второго инварианта тензора скоростей деформации

Таким образом, рассмотренные частные случаи существенно расширяют область применения методики расчета термодинамических характеристик реологически сложных рабочих тел.

Система дифференциальных уравнений , описывающая тепломассопе-ренос при течении химически реагирующей нелинейно вязко-упругой жидкости в винтовом канале, позволяющая определить профили термодинамических характеристик, скоростных, температурных и концентрационных полей, решается с помощью численных методов.

В четвертой главе выполнено описание энергосберегающей тепло-технологической схемы производства полиметакрилата. Основным отличием от традиционной схемы является использование в качестве основного элемента проточного трубчатого реактора полимеризации, что позволило осуществить переход на непрерывный процесс производства полиметакрилата.

В энергосберегающей теплотехнологической схеме непрерывного производства полиметакрилата могут использоваться реакторы двух типов: трубчатый реактор полимеризации с проточной частью в форме круглой трубы и трубчатый реактор полимеризации с проточной частью в форме винтового канала, применяемый с целью улучшения качественных характеристик продукции.

Для обоих типов проточных трубчатых реакторов на основе методики, разработанной в главе 3 диссертации проведены численные исследования процесса гомофазной инициированной полимеризации метакри-лата. В результате для различных сечений по длине канала реактора получены расчетные безразмерные профили: тепловой и химической зк-сергии, скорости течения реагирующей массы, температуры, концентрационных полей мономера и инициатора, степени превращения и средней молекулярной массы полимера.

Проведен анализ теплоэнергетической и термодинамической эффективности энергосберегающей теплотехнологической схемы производства полиметакрилата, составлена балансовая теплотехнологическая схема, построена оценочная эксергетическая диаграмма процесса в координа-

- 11 -

тах хэ- Ц. В результате получены основные показатели затрат материальных и энергетических ресурсов на производство 1000 кг продукции, определены показатели степени термодинамического совершенства тепловых процессов, происходящих в отдельных элементах схемы. Степень термодинамического совершенства (эксергетический к.п.д.) всей энергосберегающей теплотехнологической схемы в целом составляет 59,9 X.

В пятой главе выполнено описание энергосберегающей теплотехнологической схемы производства триацетатцеллюлозной основы кинофотоматериалов. Основным отличием от традиционной схемы является то что в 1сачестве основного элемента схемы для гомогенизации высоковязкого ТАЦ-раствора используется аппарат непрерывного действия - червячный экструдер, проточная часть которого представляет собой винтовой канал.

На основе методики разработанной в главе 3 диссертации проведены численные исследования процесса гомогенизации пленкообразующего ТАЦ-раствора в червячном экструдере. В результате для различных сечений по длине канала зкструдера получены расчетные безразмерные профили: тепловой эксергии, скорости течения и температуры. Так как в рассматриваемом случае в потоке жидкости не происходит химических превращений, величина химической эксергии не определялась.

Проведен анализ теплоэнергетической и термодинамической эффективности энергосберегающей непрерывной теплотехнологической схемы производства ТАЦ-основы, составлена балансовая теплотехнологическая схема, построена оценочная зксергетическая диаграмма процесса в координатах тэ- Ц. В результате получены основные показатели затрат материальных и энергетических ресурсов на производство 1000 м продукции, определены показатели степени термодинамического совершенства тепловых процессов, происходящих в отдельных элементах схемы. Степень термодинамического совершенства (эксергетический к.п.д.) всей энергосберегающей теплотехнологической схемы в целом составляет 18,1 %.

Также в пятой главе выполнено описание энергосберегающей теплотехнологической схемы производства сухого пленочного фоторезиста, которая отличается от традиционной схемы тем, что в качестве основного элемента схемы для гомогенизации фотополимеризующейся композиции используется аппарат непрерывного действия - шнековый смеситель, с проточной частью в виде винтового канала.

На основе методики разработанной в главе 3 диссертации проведены численные исследования процесса гомогенизации фотополимеризую-

- 12 -

5ся композиции в шнековом смесителе. В результате для различных *ений по длине проточной части смесителя получены расчетные без-змерные профили: тепловой эксергии, скорости течения и температу-. Так ¡сак в данном случае в потоке жидкости не происходит хими-жих превращений, изменение химической эксергии не рассматривала

Проведен анализ теплоэнергетической и термодинамической эффек-вности энергосберегающей непрерывной теплотехнологической схемы эизводства СПФ, составлена балансовая теплотехнологическая схема эцесса, построена оценочная эксергетическая диаграмма в координа-х гэ- <3. В итоге получены основные показатели затрат материальных энергетических ресурсов на производство 1000 м продукции, опреде-ны показатели степени термодинамического совершенства тепловых оцессов, происходящих в отдельных элементах схемы. Степень термо-намкческого совершенства (эксергетический к.п.д.) всей энергосбе-гающей теплотехнологической схемы в целом составляет 16 X.

В ЗАКЛЮЧЕНИИ изложены основные выводы по результатам диссерта-онной работы:

1. На основе анализа данных литературных источников показана рспективность использования эксергетического метода термодинами-ского анализа для оценки эффективности и совершенствования поли-рных производств химической и нефтехимической отраслей промышлен-сти.

Показано, что одним из путей создания новых высокоэффективных ергосберегающих теплотехнологических схем производств полимерных сериалов является применение шнекового оборудования.

Сделан вывод о необходимости создания методики определения Фмодинамических характеристик в потоках используемых рабочих тел, целью применения ее для более подробного анализа эффективности юрудования.

2. Проведен анализ теплоэнергетической и термодинамической эф-¡ктивности традиционных теплотехнологических схем производства вы-жовязких полимерных растворов и продуктов на их основе: полиме-1крилата, триацетатцеллюлозной основы кинофотоматериалов, сухого шночного фоторезиста.

3. Разработана методика расчета термодинамических характерис-1к химически реагирующих и химически инертных реологически сложных 1бочих тел при их течении в каналах теплотехнологического оборудо-1ния. Полученная методика позволяет рассчитывать распределение

- 13 -

дискретных значений тепловой и химической эксергии в потоке, а также определять профили температуры и гидродинамических характеристик потока, эпюры концентрационных полей компонент химической реакции (при ее наличии), профили характеристик молекулярно-массового распределения для различных сечений по длине канала.

Методика расчета термодинамических характеристик может быть использована для исследования процессов течения нелинейно вязко-упругих, обобщенных ньютоновских, и ньютоновских жидкостей в винтовом канале и как частный случай применения методики - в круглой трубе.

4. На основе разработанной методики, проведены численные исследования процесса гомофазной инициированной полимеризации метакри-лата, осуществляемого в трубчатом проточном реакторе. Расчеты проводились для двух типов проточных реакторов: винтового реактора и реактора типа "круглая труба".

В результате получены расчетные эпюры тепловой и химической эксергии для различных сечений по длине проточной части реактора. Определены профили температуры и гидродинамических характеристик потока, эпюры концентрационных полей инициатора и мономера, распределение значений степени превращения и средней молекулярной массы полимера.

5. Проведен анализ теплоэнергетической и термодинамической эффективности энергосберегающей непрерывной теплотехнологической схемы производства полиметакрилата с использованием эксергетического метода термодинамического анализа. Результаты анализа показывают, что при переходе на непрерывную энергосберегающую теплотехнологию производства полиметакрилата эксергетический к.п.д. схемы увеличивается на 19,1 X. При этом экономия энергетических ресурсов составляет 699,5 МДж тепла и 352,5 МДж холода на 1000 кг выпускаемой продукции, достигается увеличение производительности в 3,14 раза при значительной экономии материальных ресурсов. Осуществление мероприятий по использованию тепла ВЭР позволяет экономить 67,9 МДж тепла на 1000 кг продукции.

6. На основе разработанной методики проведены численные исследования процесса гомогенизации триацетатцеллюлозного раствора в червячном экструдере. Получены расчетные профили тепловой эксергии для различных сечений по длине канала экструдера, определены профили температуры и гидродинамических характеристик потока.

7. Проведен анализ теплоэнергетической и термодинамической эффективности энергосберегающей непрерывной теплотехнологической схе-

- 14 -

ы производства ТЛЦ-основы с использованием эксергетического мето-а. Результаты анализа показывают, что переход на непрерывный спо-об производства ТАЦ-основы позволяет увеличить производительность 30,3 раза, при этом достигается значительная экономия материаль-:ых ресурсов. Экономия энергетических ресурсов составляет 428,3 МДж ■епла и 1446 МДж холода на 1000 м выпускаемой продукции, экономия ■епла за счет использования ВЭР составляет 8,4 МДж на 1000 м проекции. Показатель степени термодинамического совершенства теплотехнологической схемы увеличивается на 0,3 7..

8. На основе разработанной методики проведены численные исследования процесса гомогенизации фотополимеризующейся композиции в янековом смесителе. Для различных сечений по длине канала смесителя получены расчетные распределения значений тепловой эксергии, профили температуры и гидродинамических характеристик потока.

9. Проведен анализ теплоэнергетической и термодинамической эффективности энергосберегающей непрерывной теплотехнологической схемы производства сухого пленочного фоторезиста с использованием эксергетического метода. Результаты показывают, что при переходе на непрерывный способ производства СПФ, эксергетический к.п.д. процесса уменьшается на 12 I, но при этом достигается значительная экономия материальных ресурсов, 15-кратное увеличение производительности. Экономия энергетических ресурсов составляет 57,6 МДж тепла и 87,3 МДж холода на 1000 м выпускаемой продукции.

Принятые условные обозначения: тэ- эксергетическая температурная функция; 0- количество передаваемой теплоты; Т°- девиатор тензора полных напряжений; ФьФг- материальные функции реологического уравнения состояния; второй инвариант тензора скоростей деформации; I- температура; ВьВг- кинематические тензоры Уайта-Метцне-ра; Г(т)-функция распределения времени пребывания; х-время пребывания в аппарате; Р„,-средняя молекулярная масса полимера; п- число структурных субъединиц в молекуле полимера; Л1-моменты ММР; Г-площадь сечения канала; $ - область интегрирования; ш- порядок химической реакции; К3- константа скорости химической реакции; Р0-моле-кулярная масса субъединицы полимера; х=(ха,х2,хз)- координаты точки исследуемого пространства; С-константа интегрирования; ех- химическая зксергия; ехо- химическая эксергия субъединицы полимера;

Основное содержание диссертации изложено в следующих опублико-

- 15 -

ванных работах:

1) Шайхутдинов A.A. Модернизация системы теплоиспользования производства кинофотоматериалов на базе применения интенсифицированных теплообменных аппаратов // Респ. науч.-техн. конф."Повышение эффективности энергоснабжения промышленных предприятий: тез. докл.-Казань,1990, С.10-20.

2) Назмеев Ю.Г., Конахина И.А., Шайхутдинов A.A., Исхаков Д.М. Анализ теплоэнергетической эффективности производства триацетатцел-люлозннх кинофотоматериалов // Промышленная энергетика-1991-N 2-С.40-42.

3) Назмеев Ю.Г., Шайхутдинов A.A. Анализ термодинамической эффективности теплотехнологических схем производств полимеров при использовании интенсифицированных теплообменных аппаратов // 3-я Всесоюзная науч.конф. по проблемам энергетики теплотехнологии "Интенсивное энергосбережение в промышленной теплотехнологии": тез. докл. -М.,1991, С.114.

А) Назмеев Ю.Г., Шайхутдинов A.A. Повышение теплоэнергетической эффективности технологических схем производства полимеров путем регенерации тепловых потерь //Международная конференция посвященная энергетике :тез. докл. - Майами,Флорида, США, 1991, С.38,(опубл. на англ. яз.).

5) Назмеев Ю.Г. , Шайхутдинов A.A. Метод определения термодинамических характеристик при течении реологически сложных рабочих тел в промышленном теплоэнергетическом оборудовании // Первый симпозиум Татарстана по энергетике, окружающей среде и экономике: тез. докл.- Казань,1992, С. 53-54,(опубл. на англ. яз.).

6) Назмеев Ю.Г..Шайхутдинов A.A. Повышение теплоэнергетической эффективности процесса производства сухого пленочного фоторезиста // Промышленная знергетика-1992- N 8-9 - С.28-30.

7) Назмеев Ю.Г., Шайхутдинов A.A. Методика расчета термодинамических характеристик реологически сложных сред при различных условиях течения // Юбилейная науч. конф. Казанского филиала МЭИ, посвященная 25-летию Казанского филиала МЭИ:тез. докл.- Казань, 1993, С. 110.

8) Назмеев Ю.Г., Хайруллин Р.Г., Шайхутдинов A.A. Определение термодинамических характеристик процесса гомофазной полимеризации метакрилатов в трубчатом реакторе // Итоговая науч. конф. профессорско-преподавательского состава Казанского филиала МЭИ(ТУ):тез. докл.- Казань, 1995, С. 77-79.

- 16 -

Подписано к печати 26.04.96г. Печатных листов 1,0 Тираж 100 экз.

Заказ 31