Разработка ресурсо - и энергосберегающих технологий и аппаратурное оформление процессов, сопровождающихся выделением газовой фазы (стр. 2 )

Суммарный эффект от внедрения результатов исследований и разработок, оформленных соответствующими актами, составляет более 15 млн. рублей.

Основные положения, выносимые на защиту. Решение проблемы, состоящей в создании ресурсо - и энергосберегающих технологий и аппаратурное оформление производственных процессов, традиционно сопровождающихся газовыми выбросами, на основе режимных параметров и конструктивных характеристик, рассчитанных с использованием разработанного обобщенного математического описания, а именно:

–  обобщенную математическую модель технологических процессов, сопровождающихся образованием газовой фазы;

–  методы расчета производственных процессов: безреактивного расщепления жиров в производстве глицерина, извлечения жирных кислот из соапстока при производстве мыла, химической обработки металлических изделий, термической переработки древесных отходов, а также процессов улавливания паров летучих растворителей;

– конструкции экспериментальных установок и методики экспериментальных исследований;

– результаты моделирования и экспериментальных исследований лимитирующих стадий производственных процессов, сопровождающихся выбросами;

– усовершенствованные схемы перечисленных выше технологических процессов и конструкции установок для их реализации.

– результаты исследования эффективности выполненных разработок.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на:

– Международных конференциях: «Тепломассообмен и гидродинамика в турбулентных течениях» (Алушта, 1992); «Интенсификация процессов в химической и пищевой технологии» (Ташкент, 1993); «Экология химических производств» (Северодонецк, 1994); Молодых ученых по химии и химической технологии «МКХТ - 95» (Москва, 1995), – «ММХ - 10» (Тула, 1996); «Математические методы в технике и технологиях – ММТТ» (Великий Новгород, 1999), (Санкт-Петербург, 2000), (Смоленск, 2001), (Тамбов, 2002), (Ростов-на Дону, 2003), (Санкт-Петербург, 2003), (Кострома, 2004); «Методы кибернетики химико-технологических процессов» (Казань, 1999); «Актуальные проблемы лесного комплекса» (Брянск, 2001); «Энергоресурсосберегающие технологии и оборудование, экологически безопасные производства» (Иваново, 2004);

– II Международном симпозиуме «Строение, свойства и качество древесины 96» (Москва, 1996); VI Международном симпозиуме «Ресурсоэффективность и энергосбережение» (Казань, 2005);

– Всесоюзных конференциях: «Интенсификация тепломассообменных процессов» (Казань, 1987, 1989); «IV научно-техническая конференция памяти профессора » (Казань, 1987); «Современные машины и аппараты химических производств - Химтехника-88» (Чимкент, 1988);

– Всероссийских конференциях: «Физико-химические, медико-биологические и технологические основы создания химических товаров народного потребления» (Пермь, 1986); «Ресурсосберегающие технологии строительных материалов, изделий и конструкций» (Белгород, 1993); «Динамика процессов и аппаратов химической технологии» (Ярославль, 1994); «Лесной комплекс: проблемы и решения» (Красноярск, 1999, 2003); «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении» (Казань, 2000); «Актуальные проблемы развития лесного комплекса» (Вологда, 2004);

– Республиканских конференциях: «Разработка прогрессивных способов сушки различных материалов и изделий на основе достижений теории тепломассообмена» (Черкассы, 1987); «Проблемы эффективного использования электрической и тепловой энергии в машиностроении Узбекистана» (Ташкент, 1989); «Нефтехимия-94» (Нижнекамск, 1994); «Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан» (Казань, 1995);

– Научно-технических конференциях Казанского технологического университета (Казань, 1982-2006).

Результаты работы экспонировались на выставках НТТМ, выставке XII Всемирного фестиваля молодежи и студентов в Москве и во Всероссийском выставочном центре. Установка для пирогенетической переработки древесных отходов награждена дипломом и бронзовой медалью на Московском международном салоне инноваций и инвестиций (Москва, 2005).

Публикации. По результатам выполненных исследований автором опубликовано 74 печатных работы, получено 22 патента и авторских свидетельства на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы, включающего 463 наименования, и приложений.

Общий объем диссертации составляет 544 страницы, в том числе 382 страницы основного текста. Работа содержит 143 рисунка и 28 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, цель и задачи исследований. Показана новизна и практическая ценность работы.

В первой главе произведена экологическая оценка техногенного воздействия на окружающую среду, аргументированно показано приоритетное направление мероприятий защиты атмосферного воздуха в вопросах охраны окружающей среды, дана характеристика технологических процессов, сопровождающихся выбросами в атмосферу, проведен анализ источников загрязнения атмосферы.

Выполнен анализ существующих способов и оборудования газоочистки, показаны достоинства и недостатки каждого из перечисленных методов очистки, а также указаны области их применения и границы использования.

Так как любой из объектов промышленного производства в своей эволюции проходит обязательные стадии: подготовка сырья, собственно производство, использование готовой продукции и переработка ее после окончания срока эксплуатации, и на каждой из этих стадий возможно образование большего или меньшего количества вредных выбросов, показана целесообразность комплексного подхода к вопросам охраны окружающей среды. Если основным направлением охраны окружающей среды традиционно является присоединение к существующему технологическому процессу одного из наиболее эффективных методов очистки, то сущность предложенного комплексного подхода заключается в детальном анализе всех стадий технологического процесса. Причем мероприятиям ликвидации выбросов отводится не второстепенная роль, а уделяется такое же внимание как основным стадиям производственного процесса.

Отмечено также, что, несмотря на многочисленные исследования явлений тепломассопереноса, в том числе и в наиболее распространенных способах газоочистки, вопросы санитарной очистки отходящих газов мало изучены и требуют более глубоких исследований. Вместе с тем, имеется достаточно разработанная общая теория переноса энергии и вещества, которая может служить теоретической базой аналитических и экспериментальных исследований различных технологических процессов. В заключении главы сформулированы основные выводы и вытекающие из них задачи исследований.

Во второй главе рассмотрена физическая картина технологических процессов, сопровождающихся газообразованием, согласно которой любой из аппаратов или группа аппаратов могут быть представлены в виде камеры 1, расположенной в помещении цеха (рис.1), и снабженной патрубком для загрузки компонентов композиции 3, патрубком отвода из камеры образующейся парогазовоздушной смеси 4 и патрубком 2, диаметр которого принят из условия равенства сумме площадей всех неплотностей оборудования и технологических отверстий. Кроме того, камера сообщена с устройством отвода образующейся газовой смеси 5 и устройствами газоочистки: конденсатором 6, абсорбером 7 и адсорбером 8.

В результате загрузки композиции определенного состава за счет теплосодержания загружаемых компонентов и теплоты химической реакции в камере увеличивается температура жидкой смеси, и образуются потоки пара и газа. Снижение давления за счет непрерывного отвода образующейся парогазовой смеси приводит к образованию градиента парциального давления, являющегося движущей силой процесса испарения компонента. Испарение возвращает систему в состояние равновесия. При этом равновесное состояние системы будет характеризоваться новой совокупностью термодинамических параметров: температурой, давлением и составом жидкой композиции. Движение потоков пара и газа определяется разностью давлений в свободном объеме камеры и в системе очистки. При этом источниками образования неконденсирующихся газов являются химическая реакция в зоне выполнения технологической операции и натекание воздуха через неплотности и технологические отверстия. Для исключения выделения образующихся паров и газов в воздух рабочей зоны в свободном объеме камеры должно поддерживаться незначительное разряжение. Учитывая значительные габаритные размеры существующего технологического оборудования, разряжение должно быть достаточным для исключения выделения образующихся паров и газов, но не приводящим к превышению возникающих напряжений критических значений прочности емкостной аппаратуры. В качестве системы откачки могут быть использованы вентилятор, эжектор или вакуумный насос.

Несмотря на многообразие технологических процессов различных отраслей промышленности количество источников и механизмов образования вредных веществ ограничено.

С учетом представленных физической картиной процесса и допущений об идеальном перемешивании жидкой и газовой фаз были записаны дифференциальные уравнения баланса массы и энергии для каждой из взаимодействующих фаз.

Для жидкой фазы дифференциальное уравнение материального баланса записано в виде выражения

,

(1)

а уравнение теплового баланса рассматриваемой системы – соотношением вида:

(2)

Количество тепла, выделяющееся в ходе реализации сложной экзотермической химической реакции, определено через тепловые эффекты ее отдельных стадий выражением

(3)

с использованием справочных таблиц стандартных величин теплот образования.