Ресурсосберегающая химико-технологическая система водного хозяйства производства стекломатериалов (стр. 2 )

Надежность результатов и достоверность выводов.

Надежность полученных результатов обеспечена: 1) использованием классического аппарата математического описания основных термодинамических закономерностей процессов в жидкофазных системах, 2) использованием исходных данных, описывающих технологические процессы, полученных на действующих в настоящее время промышленных предприятиях, 3) применением современной вычислительной техники на базе персональных компьютеров. Достоверность и обоснованность выводов и рекомендаций, сделанных в работе, обусловлена их соответствием фундаментальным представлениям о способах ресурсосбережения в промышленности.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на: научной конференции «Молодая наука - развитию Ивановской области», г. Иваново, ИВГУ, 2005 г., IV Всероссийской научно-технической конференции «Вузовская наука региону», г. Вологда, ВоГТУ, 2006 г., the 5-th China-Russia-Korea International Symposium On Chemical Engineering and New Material Science, Ivanovo, Rassia. ISUCT, 2007, 1-ой Междунар. научной конф. «Современные методы в теоретич. и эксперим. электрохимии», Плес, Ивановская обл., Россия, 23-27 июня 2008 г., «Наукоемкие химич.-ие технологии-2008». Тез. докл. XII Междунар. научно-техн. конф. г. Волгоград, 09-11 сент. 2008 г., с. 284., the XVII International Conference on Chemical Thermodynamics in Russia. Kazan. Russian Federation. June 29- July 3. 2009.

На защиту выносятся:

1)  структура ресурсосберегающей системы водного хозяйства производств по выпуску стекломатериалов (стекловолокна, стеклоткани, бронированного стекла);

2)  методика оптимизации поэтапного проектирования ресурсосберегающих ВХТС при использовании термодинамического эксергетического анализа в условиях обработки значительного массива данных по вариантам разделения – смешивания водных технологических потоков;

3)  способы ресурсосбережения при проведении технологических процессов на производствах по выпуску стекломатериалов: снижение удельных норм водопотребления и водоотведения, повторное использование в основной технологии очищенной СВ, сырьевых компонентов - серной и плавиковой кислот;

4)  технология высокоэффективной локальной обработки СВ производства стекломатериалов на базе процесса электромембранного разделения компонентов.

Личный вклад автора заключается в: совместном с руководителем участии в формулировке цели и задач исследования; проведении мониторинга и эколого-технологического анализа функционирования ряда действующих производств по выпуску стекломатериалов; получении и обработке экспериментальных данных по разработке структуры ресурсосберегающей ВХТС производства по выпуску стекломатериалов; получении и обработке экспериментальных данных по исследованию физико-химических особенностей электромембранного метода обработки СВ производств по выпуску стекломатериалов; разработке технологии высокоэффективной локальной обработки СВ производства стекломатериалов на базе процесса электромембранного разделения компонентов; обсуждении результатов работы и ее апробации.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, в том числе 3 работы - в изданиях, рекомендованных ВАК для защиты кандидатских диссертаций.

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 160 страницах, содержит 36 рисунков, 28 таблиц; состоит из введения, общей характеристики работы, четырех глав, основных результатов и выводов, списка используемой литературы (163 наименования) и приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность решаемой проблемы, дана краткая характеристика экологических проблем производств по выпуску стекломатериалов, показана необходимость внедрения в производство ресурсосберегающих ВХТС.

В разделе «Общая характеристика работы» сформулированы цель и задачи исследования, обоснованы научная новизна и практическое значение работы.

Первая глава посвящена эколого-технологическому анализу производственных процессов действующих предприятий по выпуску стекломатериалов и содержит 4 раздела.

В первом разделе дан анализ основных технологических процессов производств по выпуску стекломатериалов и их экологической опасности. В результате проведенного мониторинга показано, что данные производства представляют серьезную экологическую опасность, особенно в отношении воздействия на гидросферу.

Во втором разделе проведен анализ способов организации и режимов эксплуатации систем водопотребления и водоотведения производств по выпуску стекломатериалов. Приведены аргументы в пользу организации замкнутых систем водоснабжения с повторно-последовательным использованием технологической воды. Установлено, что на многих предприятиях традиционным подходом к организации систем водного хозяйства является использование прямоточного водоснабжения и объединение потоков отработанной технологической воды отдельных подразделений (цехов, участков). На многих предприятиях отсутствует оборотное водоснабжение.

Третий раздел посвящен анализу качества СВ производств по выпуску стекломатериалов, выбору критериальных ЗВ, их характеристики с точки зрения экологической опасности. Показано, что данные производства являются источниками попадания в технологическую воду и природные водоемы специфических ЗВ, а качественный состав СВ по основным ингредиентам, чаще всего, не отвечает требованиям на сброс в системы водоотведения населенных пунктов. Нарушения санитарных норм при отведении сточных вод наблюдается в основном, по таким ингредиентам, как минеральные кислоты и их соли, ПАВ, замасливатели, нефтепродукты.

В четвертом разделе проанализирован спектр существующих способов обработки СВ производств по выпуску стекломатериалов и их эффективность. Установлено, что для очистки СВ предприятий по выпуску стекломатериалов применяют реагентные, сорбционные, ионообменные, электромембранные методы обработки. Особо подчеркнуто, что достаточно перспективными являются методы, использующие процессы мембранной технологии.

Во второй главе рассмотрена методология проектирования ресурсосберегающих ВХТС производств по выпуску стекломатериалов.

В первом разделе обоснованы принципы проектирования ресурсосберегающих ВХТС промышленных предприятий.

Второй раздел посвящен рассмотрению метода термодинамического эксергетического анализа проектирования ресурсосберегающих ВХТС предприятий по выпуску стекломатериалов. Удобной характеристикой в этом случае может быть величина эксергии - технической работоспособности, максимальной способности системы к совершению работы с учетом взаимодействия с окружающей средой:

, (1)

где: , и - соответственно энтальпия, энтропия и абсолютная температура системы (индекс «0» означает состояние системы в условиях окружающей среды).

Величина потери эксергии, , при смешивании водных потоков для идеальных растворов может быть рассчитана как:

(2)

где: - теплота смешивания; - молярный расход вещества, содержащегося в водном потоке, (моль/час); - мольная доля ЗВ, содержащегося в водном потоке.

Т. к. потоки СВ чаще всего являются разбавленными растворами (концентрация ЗВ порядка 0,001 - 1 г/л.), то уравнение 2 можно записать в виде:

(3)

где: - массовый расход вещества в водном потоке (кг/час); - молекулярная масса вещества в водном потоке (кг); индекс относится к данному виду компонента (ЗВ), а индекс - к набору всех компонентов (ЗВ), содержащихся в водных потоках.

Эта аппроксимация возможна, так как для выбора последовательности процессов обработки водных потоков представляет интерес не истинное значение потери эксергии, а ее относительные величины, %, для рассматриваемых вариантов:

, (4)

где - изменение потери эксергии в процессе смешивания водных потоков, определяемое как:

, (5)

где: и - эксергия жидкофазной системы до смешивания и после объединения индивидуальных потоков.

В качестве термодинамически обоснованных должны быть выбраны такие технологические схемы взаимодействия водных потоков, которым отвечают минимальные значения величины .

В настоящее время исследователи, работающие в области эксергетического анализа, учитывают, в основном, влияние изменения эксергии крупных потоков вещества и энергии в масштабе производства в целом. Практически отсутствуют работы по учету влияния вклада изменения эксергии при разделении - смешивании частных подпотоков производственных подразделений (цехов, участков, производственных линий) и отдельного технологического оборудования. В ходе данной работы проведено исследование по учету такого вклада.