Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Сушка водорастворимых полимеров в сушилках с комбинированным подводом теплоты

Диссертация: Сушка водорастворимых полимеров в сушилках с комбинированным подводом теплоты
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Часто водорастворимые полимеры выпускают в виде водного раствора-геля с небольшим содержанием основного вещества. Такие гели имеют недостаточно стабильные характеристики и ограниченную область применения. Они неэкономичны при транспортировке и неудобны при приготовлении рабочих растворов. Полимеры, полученные в твердом виде, имеют преимущества перед гелями. Они удобны при транспортировке, имеют… Читать ещё >

Сушка водорастворимых полимеров в сушилках с комбинированным подводом теплоты (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Список условных обозначений
  • Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
    • 1. 1. Математическое моделирование тепло- и массопереноса в 11 процессе сушки полимерных материалов
    • 1. 2. Усадка материала в процессе сушки
    • 1. 3. Конструкции сушилок для полимеров
    • 1. 4. Выводы по литературному обзору и постановка задачи 35 исследования
  • Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА 37 СУШКИ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ПОЛИМЕРОВ
    • 2. 1. Математическая модель сушки полимера, сформированного в 38 виде пластины
    • 2. 2. Математическая модель сушки полимера, сформированного в 50 виде стренга круглого сечения
    • 2. 3. Математическая модель процесса сушки при кондуктивном 62 подводе теплоты
  • Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА 72 СУШКИ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ПОЛИМЕРОВ
    • 3. 1. Сушка в условиях радиационно-конвективного подвода 73 теплоты
      • 3. 1. 1. Исследования по установлению кинетических 73 закономерностей процесса сушки полимерных гелей
      • 3. 1. 2. Экспериментальные исследования по изучению усадки 81 полимерных гелей в процессе сушки
    • 3. 2. Сушка в условиях кондуктивного подвода теплоты
  • Глава 4. АППАРАТУРНО — ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОФОРМЛЕНИЕ 94 ПРОЦЕССА СУШКИ ПОЛИМЕРОВ. МЕТОДИКА РАСЧЕТА СУШИЛОК
    • 4. 1. Терморадиационная сушилка для сушки гелей полимеров, сформированных в виде прутков круглого сечения
    • 4. 2. Терморадиационная сушилка для сушки 109 низкоконцентрированных гелей полимеров

Водорастворимые полимеры применяются во многих областях техники и технологии. Наибольшее практическое применение находят водорастворимые производные целлюлозы (метилцеллюлоза, этилцелюлоза, сульфаты целлюлозы и др.), поливиниловый спирт, полимеры и сополимеры акриловой и метакриловой кислот и окиси этилена [1,2]. Они используются как высокоэффективные коагулянты и флокулянты, для стабилизации эмульсий и суспензий, в качестве защитных коллоидов, структурообразователей почв, загустителей, пленкообразователей, диспергаторов, стабилизаторов буровых растворов, агентов, снижающих гидравлическое сопротивление при течении жидкостей по трубопроводам и др. 3]. Одним из водорастворимых полимеров, получивших в последние десятилетия очень широкое, распространение и привлекающих постоянное внимание исследователей, является полиакриламид (ПАА), его производные и сополимеры акриламида. Широкое использование полимеров данного класса обусловлено возможностью их получения с различной молекулярной массой. Их применение не вызывает загрязнения окружающей среды, не связано с использованием токсичных, огнеи взрывоопасных органических растворителей и значительно снижает загрязнение промышленных сточных вод [4−7]. Следует отметить, что темпы роста производства не удовлетворяют потребностей, которые ежегодно возрастают на 8−10% [12].

Часто водорастворимые полимеры выпускают в виде водного раствора-геля с небольшим содержанием основного вещества. Такие гели имеют недостаточно стабильные характеристики и ограниченную область применения. Они неэкономичны при транспортировке и неудобны при приготовлении рабочих растворов. Полимеры, полученные в твердом виде, имеют преимущества перед гелями. Они удобны при транспортировке, имеют высокое содержание основного вещества и обладают широким спектром потребительских свойств. Заключительной стадией производства является весьма энергоемкий процесс сушки, осложняющегося высокой адгезионной способностью гелей, и условием сохранения всех ценных свойств целевого продукта [11−16].

В промышленности в основном используют конвективный способ сушки. Однако данный способ не позволяет достигать высокой интенсивности сушки, а при повышении температуры сушильного агента приводит с деструкции материала и потере его потребительских качеств [12,13].

Одним из перспективных методов интенсификации процесса термообработки коллоидных влажных материалов является использование радиационного энергоподвода при помощи инфракрасных излу чателей[ 14−16].

Вопросами исследования процессов сушки различных материалов посвящено большое число работ как отечественных так и зарубежных авторов, в которых была рассмотрена кинетика процесса сушки целого ряда материалов, описаны конструкции сушилок для реализации процесса [17−23].

Тем не менее, задача разработки рационального способа сушки водорастворимых полимеров с учетом их свойств и особенностей является актуальной.

Данная работа включает в себя экспериментальные и теоретические исследования процесса обезвоживания водорастворимых полимеров, осуществляемого с целью получения конечного продукта, обладающего требуемыми потребительскими свойствами.

Объект исследования: процесс сушки полимерных гелей.

Предмет исследования — закономерности процесса сушки, технологические режимы при различных способах подвода теплоты.

Целью работы является разработка рационального способа обезвоживания гелей водорастворимых полимеров на основе экспериментально-аналитического изучения тепломассообмена при сушке и создание методики расчета оборудовании для его реализации.

Научная новизна результатов работы заключается в следующем.

1. Предложен расчетный метод определения полей влагосодержания и изменяющегося линейного размера в процессе сушки деформируемых коллоидных тел.

2. По результатам экспериментальных исследований и математического моделирования представлены закономерности сушки водорастворимых полимеров и выявлены особенности процесса.

3. Разработаны математические модели процесса сушки полимерных гелей, сформированных в виде прутков круглого сечения и пластин при радиационно-конвективном подводе теплоты, учитывающие усадку материала.

4. На основе экспериментальных данных получены аналитические зависимости парциального давления водяных паров над гелями водорастворимых полимеров от их влагосодержания и температуры.

Практическая ценность.

1. Разработана методика расчета оборудования для обезвоживания водорастворимых полимеров.

2. Выявлены рациональные режимно-технологические параметры процесса сушки водорастворимых полимеров, сформированных в виде прутков круглого сечения и пластин.

3. Разработано программное обеспечение моделирования и расчета процесса сушки водорастворимых полимеров.

Автор защищает.

1. Метод расчета процесса сушки полимерных гелей с учетом усадки материала.

2. Математические модели процесса сушки водорастворимых полимеров в сушилках с радиационно-конвективным подводом теплоты.

3. Результаты экспериментальных исследований процесса сушки водорастворимых полимеров.

4. Результаты численного эксперимента по моделированию тепломассопереноса при сушке водорастворимых полимеров.

5. Методику расчета оборудования для обезвоживания водорастворимых полимеров.

Публикации.

Материалы, изложенные в диссертации, нашли отражение в 8 опубликованных печатных работах, в том числе одна статья в журнале из списка ВАК.

Структура и объем диссертации

.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 127 страницах машинописного текста, содержит 87 рисунков и 6 таблиц.

Список литературы

включает 92 наименования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Предложенный расчетный метод определения полей влагосодержания и толщины слоя высушиваемого полимерного геля с учетом усадки материала существенно упростил математическое описание и алгоритм расчета процесса сушки.

2. Разработаны математические модели процесса сушки водорастворимых полимеров, сформированных в виде прутков круглого сечения и пластины, в сушилках с радиационно-конвективным подводом теплоты, выполнены численные эксперименты по исследованию влияния конструктивных и режимных параметров на профили температуры и влагосодержания, продолжительность процесса сушки.

3. Результаты физического и численного экспериментов позволяют рекомендовать для сушки концентрированных гелей (ин=2-Н кг. вл/кг а.с.) однозонную сушилку с противоточным движением воздуха и материала, температуру излучателей 315−390 °С при диаметре стренг ё= 1-^-4 мм. Сушку низкоконцентрированных гелей водорастворимых полимеров (ин=8-И кг вл/кг а.с.) целесообразно проводить в двухзонных сушилках с интенсивной циркуляцией воздуха в первой зоне и естественной конвекцией во второй.

4. Выполнены сопоставления расчетных результатов и экспериментальных данных, показавшие их хорошее соответствие.

5. Определены зависимости парциального давления водяных паров от влагосодержания и температуры для полиакриламида и метилоксипропилцеллюлозы.

6. Разработана методика расчета сушильных камер с радиационно-конвективным подводом теплоты. Выполнены расчеты опытно-промышленных сушилок, производительностью 30, 50 и 70 кг/ч по абсолютно-сухому продукту (полиакриламид).

Показать весь текст

Список литературы

  1. , А.Ф. Водорастворимые полимеры / А. Ф. Николаев, Г. И. Охрименко — Л.: Химия, 1979. — 144 с.
  2. , В. Ф. Водорастворимые полимеры акриламида/ В. Ф. Куренков // Соросовский образовательный журнал. 1997, № 5. — с.48−53.
  3. , В.Р. Полимеры / В. Р. Говарикер, Н. В. Висванатхан, Дж. Шридхар М.: Наука, 1990. — 396 с.
  4. , A.A. Физикохимия полимеров /A.A. Тагер М.: Химия, 1978. — 544 с.
  5. , С.П. Физико-химические основы переработки растворов полимеров/ С. П. Папков М.: Химия, 1971.-372 с.
  6. , Д.В. Сушка полимерного геля, содержащего водорастворимое вещество/ Д. В. Кириллов, А. Г. Липин, А. П. Самарский // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. 2004, т.47, вып. 10, С.89−92.
  7. , Д.Б. Кинетика и аппаратурно-технологическое оформление процесса инфракрасной сушки полиакриламидного геля: автореф. дис. канд. техн. наук / Д.Б. Зайцев- Московский гос. ун-т. инженер, технологии -Москва, 2010. 16 с.
  8. , A.A. Основы адгезии полимеров/ A.A. Берлин, В. Е. Басин. М.: Химия, 1974.-391 с.
  9. Анализ конденсационных полимеров / Л. С. Калинина и др. М.: Химия, 1984.-296 с.
  10. П.Бубнов, В. Б. Непрерывный процесс получения водорастворимых полимеров на основе (мет)акриламида: автореф. дис. канд. техн. наук- Ивановский гос. хим -технол. ун-т. Иваново, 2000. — 18 с.
  11. , Л.И. Полиакриламид/Л.И. Абрамова, ТА. Байбурдов, Э. П. Григорян -М.: Химия, 1992. 192 с.
  12. , Д.Б. Использование инфракрасного энергоподвода в процессе сушки полиакриламидного геля / Д. Б. Зайцев, A.C. Тимонин // Безопасность труда в промышленности. 2009. — № 9. — С.46−51.
  13. , Д.Б. Сушка полиакриламидного геля с использованием инфракрасного подвода / Д. Б. Зайцев, A.C. Тимонин// ХимАгрегаты. -2009. -№ 3(7). С.34−35.
  14. , A.B. Тепло- и массообмен в процессах сушки / A.B. Лыков. -М.-Л.: Госэнергоиздат, 1956. 464 с.
  15. , М.В. Сушка в химической промышленности / М. В. Лыков. М.: Химия, 1970.-429 с.
  16. , П.Д. Сушка инфракрасными лучами / П. Д. Лебедев. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1958. — 232 с.
  17. , В.М. Кинетика и аппаратурно-технологическое оформление процесса конвективной сушки гранулированных и пленочных полимерных материалов: автореф. дис. докт. техн. наук / В.М. Дмитриев- Тамбовский гос. технич. ун-т. Тамбов, 2003. — 31 с.
  18. , C.B. Тепломассоперенос в технологических процессах строительной индустрии: монография / C.B. Федосов. — Иваново: ИПК. «ПресСто», 2010. 364 с.
  19. , A.B. Теория сушки / A.B. Лыков. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергия, 1968.-471 с.
  20. , Б.С. Основы техники сушки / Б. С. Сажин. М.: Химия, 1984. -320 с.
  21. , Г. С. Сушка и тепловая обработка древесины /Г.С. Шубин. М.: Лесная пром-ть, 1990. — 335 с.
  22. И.Л. Тепло- и массоперенос / И. Л. Любошиц М. -1963.
  23. , В.В. Математическое моделирование основных процессов химических производств: учеб. пособие для вузов / В. В. Кафаров, М. Б. Глебов. М.: Высш. шк., 1991.-400 с.
  24. , К.В. Моделирование процесса сушки термолабильных материалов при перекрестном движении материала и сушильного агента / К. В. Брянкин, А. И. Леонтьева, A.A. Дегтярев // В мире научных открытий. 2009. — № 6. — С. 12−16.
  25. , В.И. Математическое моделирование взаимосвязанных процессов сушки и нагрева. Явления переноса и их модели / В.И.
  26. , Н.Ц. Гатапова // Сборник трудов XV Международной конференции «Математические методы в технике и технологиях», т. З, -Тамбов, 2002. С. 166−176.
  27. , В.И. Сушка в условиях пневмотранспорта/ В. И. Муштаев, В. М. Ульянов, A.C. Тимонин М.: Химия, 1984.232 с.
  28. , С.П. Тепло- и массоперенос / С. П. Рудобашта, А. Н. Плановский, Г. С. Кормильцин // Минск, ИТМО АН БССР, 1972. Т. 9, С.102- 105.
  29. , С.П. Массоперенос в системах с твердой фазой/ С. П. Рудобашта. М.: Химия, 1980. — 248 с.
  30. , A.B. Теория тепло- и массопереноса / A.B. Лыков, Ю. А. Михайлов. -М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963. 535 с.
  31. В.Ф. Моделирование сушки дисперсных материалов. Л.: Химия, 1987. 208 с.
  32. , Л.Г. Механика жидкости и газа/Л.Г. Лойцянский Л. Г. М.: Наука, 1978. 736 с.
  33. , Е.В. Исследование влияния термообработки на структурно-механические свойства листовой фибры: автореф. дис. канд. техн. наук — Ивановский гос. архитект-строит. ун-т. — Иваново, 2006. 22 с.
  34. , Н.М. Исследование влияния основных параметров сушки на процесс коробления листовой фибры / Н. М. Таланов, C.B. Федосов, Е.В. Гусев// Иван, хим.-технол. ин-т. Иваново, 1988. 7с. — Деп. в ОНИИТЭХИМ. — Черкассы, № 67−88.
  35. Role of modeling in development of drying technologies / A.S. Mujumdar, W. Zhonghua // XII Polish Drying Symposium, Lodz, 2009 C.27−45.
  36. , П.И. Скоростной однорядный обжиг лицевого кирпича и керамических камней / П.И. Беренштейн- Строит, материалы. 1970. № 10.
  37. Пат. 2 182 298 Россия, МПК7 F 26 В 17/10. Сушилка фонтанирующего слоя/ Антипов С. Т., Шахов С. В., Ряховский Ю. В., Прибытников А.В.- Воронежский гос. технолог, акад. Заявл. 05.01.2001- Опубл 10.05.2002.
  38. Benku Thomas, Y.A. Liu, Mark О. Mason, and Arthur M. Squires. Vibrated Beds: New Tools for Heat Transfer// Chemical Engineering Progress. 1988. -V84. — № 6. — p. 65−75.
  39. Пат. 4 843 732 США, F 26 В 17/24. Vibratory and Gas Levitation Particle Treatment System/ Wiley E. Cross, Jr., Glen Allen. Опубл. 4.6.1989.
  40. Zbigniew T. Sztabert. Size Selection of Vacuum Contact Dryer with Mechanically Mixed Particulate Material// Drying Technology. 1989. — V7. -N1.-p. 71−85.
  41. Abraham Tamir, Beer-Sheva. Processes and Phenomena in Impinging-Stream Reactors// Chemical Engineering Progress. 1989. — V85. — № 9. — p. 53 — 61.
  42. Yaniv Kitron, Abraham Tamir. Performance of a Coaxial Gas-Solid Two-Impinging-Streams (TIS) Reactor: Hydrodynamics, Residence Time Distribution, and Drying Heat Transfer// Industrial and Engineering Chemistry Research. 1988.-V27, № 10.-p. 1760- 1767.
  43. A. c. 504 060 СССР, МКИ F 26B 17/18. Комбинированная установка для сушки сыпучих материалов/ В. Н. Кисельников, В. В. Вялков, B.C. Романов, А.А. Шубин- Ивановский химико-технол. ин-т (СССР).- № 1 988 865/24−6- Заявл. 03.01.74- Опубл. 25.02.76. Бюл. № 7.
  44. , А. Н., Николаев, П. И., Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии / А. Н. Плановский, П. И. Николаев 3 изд., М.: Химия, 1987−496 с.
  45. Заявка 2 005 121 633/22 Россия МПК7 F26B17/02 Сушильный агрегат для пастообразных материалов/ Огурецкий В. А., Голик А. С., Огурецкий В.В.- ООО «Сибирское НПО «Горноспасатель" — Заявл. 08.07.2005- Опубл.10.12.2005.
  46. Пат. 2 061 937 Россия, МПК6 F26B17/04. Ленточная сушилка/ Пенто В. Б., Троицкий С. Р., Карегин A.C., Квасенков О.И.- Всероссийский научно-исследовательский институт консервной и овощесушильной промышленности- Заявл. 28.12.1993- Опубл 10.06.1996.
  47. , Д.В. Совершенствование процесса производства сухого водорастворимого полиакриламида:: автореф. дис. канд. техн. наук- Ивановский гос. хим -технол. ун-т. — Иваново, 2005. — 16 с
  48. , К. Численные методы на основе метода Галеркина / К. Флетчер.- М.: Мир, 1988 352 с.
  49. , А.Е. Численные методы/ А. Е. Волков М.: Наука, 1987. -248 с.
  50. Mathematical modeling and apparatus of drying process disperse polymers / S.P. Rudobashta, V.M. Dmitriev, G.S. Kormiltsin, L.Ya. Rudobashta // Drying Technology An international Journal. New York, Dekker. 1998. Vol.16 № 7. P. 1471−1485.
  51. , A.B. Тепломассообмен: справочник / A.B. Лыков. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергия, 1978. 479 с.
  52. , П.Д. Расчет и проектирование сушильных установок / П. Д. Лебедев. — М. Л.: Госэнергоиздат, 1962. — 320 с.
  53. , B.B. Моделирование процесса сушки водорастворимого полимера в терморадиационной сушилке / В. В. Лебедев, А. Г. Липин, Д. В. Кириллов. // Современные наукоемкие технологии. 2010. № 1(21). -С.57−62.
  54. , В.В. Сушка полимерного геля, сопровождающаяся усадкой материала / В. В. Лебедев, А. Г. Липин, Д. В. Кириллов, A.A. Шабров // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. 2009. Т.52. — Вып. 12. -С. 102−105.
  55. , В.В. Моделирование процесса сушки деформируемых коллоидных тел / В. В. Лебедев, А. Г. Липин // Материалы Международного научно-технического семинара «Актуальные проблемы сушки и термовлажностной обработки материалов», Воронеж, 2010. -С.58−62.
  56. , В.М. Исследование внутреннего массопереноса при сушке некоторых полимерных материалов / С. П. Рудобашта, В. М. Дмитриев, А. Н. Плановский, Л. Ф. Шибаева // Производство и переработка пластических масс. 1977-С. 15−19.
  57. , В.А. Адгезия полимеров к металлам / В. А. Белый, Н. И. Егоренков, Ю. М. Плескачевский Минск, Наука и техника, 1971. — 268 с.
  58. , JI.H. Теплофизические свойства полимеров / JI.H. Новиченок, З. П. Шульман Минск, Наука и техника, 1971 — 120 с.
  59. , К.С. Водорастворимые полимеры и их взаимодействие с дисперсными системами / К. С. Ахмедов и др. Ташкент, Фан, 1969 — 251 с.
  60. , Н.М. Снижение гидравлического сопротивления труб с помощью добавок полиакриламида / Н. М. Лебедев // Сб. трудов МИИТ. -М.: МИИТ, 1976. № 521. -С. 58−61.
  61. Smith, Е.А. Acrylamide and Polyacrylamide: a review of production, use, environmental fate and neurotoxicity / E.A. Smith, F.W. Oehme // Rev. Environ. Health. 1991. — Vol. 9. — № 4. — P. 215−228.
  62. Vergnaud, J.M. Drying of Polymeric and Solid Materials /J.M. Vergnaud. -London: Springer, 1992. 336 p.
  63. , M. Практические применения инфракрасных лучей /М. Дерибере. М.: Государственное энергетическое изд-во, 1959. — 440 с.
  64. , Г. Инфракрасные излучатели / Г. Бураковский, Е. Гизиньский, А. Саля Л.: Энергия, 1978. — 407 с.
  65. Машины и аппараты химических производств: учебное пособие для ВУЗов / Под ред. A.C. Тимонина. Калуга: Издательство Н. Ф. Бочкаревой, 2008. — 872 с.
  66. , С.П. Расчет и конструирование аппаратов для глубокой сушки гранулированных полимерных материалов /СП. Рудобашта, В. М. Дмитриев // Тез. докл. международ, конф. СЭТТ 2008. — М.: МГУПБ, 2008.-Т.1.-С. 260−269.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!