Моделирование и управление процессами тепломассопереноса при обжиге керамзита в противоточных барабанных агрегатах

• Автор: Макаров, Борис Николаевич
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 103 с. : ил.

г- СтР1. ПРОЦЕССЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КЕРАМЗИТА ПРИ ОБЖИГЕ И ИХ МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

1.1. Термические процессы при вспучивании глин

1.2. Оборудование для обжига глинистого полуфабриката на керамзит

1.3. Математическое моделирование термических процессов при обжиге

1.4. Постановка задачи исследования

2. РАЗРАБОТКА ЯЧЕЕЧНОЙ МОДЕЛИ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ ОБЖИГЕ КЕРАМЗИТА В ПРОТИВОТОЧНОЙ БАРАБАННОЙ
ПЕЧИ

2.1. Стохастическая ячеечная модель движения материала

2.2. Математическая модель теплообмена между потоками материала

и газа

2.3. Некоторые результаты численных экспериментов по моделированию теплообмена

2.4. Выводы по главе
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ СОВМЕЩЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ЇІ УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ ТЕПЛО- И МАССООБМЕНА ПРИ ОБЖИГЕ
3.1. Математическая модель сушки материала в барабане
3.2. Влияние изменения плотности материала
3.3. Управление процессом нагрева материала по длине барабана
3.4. Выводы по главе
4. Применение разработанных моделей к описанию процессов термической обработки глинистого сырья на керамзит
4.1.Идентификация и экспериментальная проверка модели по результатам испытаний промышленной барабанной печи
4.2. Практическое использование результатов работы
'■>* 4.3. Выводы по главе
Основные результаты диссертации
Список использованных источников
Приложения

Актуальность темы диссертации, Процессы термической обработки занимают важное место в производстве строительных материалов и других отраслях промышленности. От качества их проведения зависит как энергоемкость производства, так и потребительские свойства производимых продуктов и полуфабрикатов. Термическая обработка строительных материалов сопровождается, как правило, эндо- или экзотермическими процессами, тепло которых само влияет на процесс нагрева материала или его охлаждение, что делает задачу поиска рациональных режимов термообработки весьма сложной, а поиск ее эмпирических решений - трудоемким и дорогостоящим. В значительной степени это относится и к производству керамзита, в котором при термической обрабоже происходит сложный комплекс физико-химических процессов, протекание которых зависит не только от какой-нибудь одной температуры обработки, но от целой программы температур, включающей и ограничения на скорость нагрева. Свойства глин, из которых производят керамзит, весьма разнообразны от месторождения к месторождению. Поэтому разработать одну универсальную программу термической обработки невозможно. Эта программа для каждого вида глины может быть найдена экспериментально при переработке отдельных ее кусков, например, в муфельной печи. Вслед за этим встает задача реализовать эту программу в условиях многотоннажного производства, например, при обжиге в барабанной печи, где возможности управления тепломассообменом ограничены. Таким, образом, поиск путей максимального приближения программы термической обработки в промышленной печи к требуемой программе, а также поиск путей и возможностей управления тепломассообменом в промышленных обжиговых печах по производству керамзита является актуальной научной и технологической задачей, основой решения которой является математическое моделирование этих процессов. Несмотря на определенные успехи, достигнутые в математическом описании теплообмена между стохастически движущимися потоками сыпучего материала и газа, осложненного массообменными процессами, получаемые решения относились в основном к поверочному расчету, а задача управления процессами нагрева и охлаждения практически не ставилась. Все перечисленное определило цели и методы настоящей работы, которая выполнялась в рамках ФЦП «Интеграция» (2.1 — Л118 Математическое моделирование ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий) и планом 11ИР ГОУВПО «ИГХТУ».
Цель работы состояла в повышении качества получаемого в противоточных барабанных обжиговых печах керамзита на основе обеспечения максимального приближения температурной программы обжига к требуемой программе. Средством достижения этой цели является разработка нелинейной математической модели противоточного теплообмена сыпучего материала и газа в барабанной обжиговой печи, осложненного протекающими параллельно с нагревом процессами сушки и вспучивания материала, а поиск путей управления программой термической обработки.
Научная новизна результатов работы заключается в следующем.
1. Разработана ячеечная математическая модель противоточного теплообмена сыпучего материала и газа в барабанной обжиговой печи, позволяющая численно моделировать распределение температуры нагреваемого материала по длине барабана, в том числе, при переменной по длине загрузке барабана материалом.
2. Модель обобщена на случай одновременно протекающих в материале температурозависимых массообменных и других физико-химических процессов.
3. Предложено управлять программой нагрева материала путем изменения времени его пребывания в различных участках барабана по его длине.
Т д ,Т т Т д ,Т т
Рис.2.9. Влияние приведенного коэффициента теплоотдачи на установившееся распределение температур газа и материала. (ТП1=10, Мт=10, С^Ст=10, рт/р8=2500, ст/с8= 0,5, ф=0,25).