Кинетика и аппаратурно-технологическое оформление процесса конвективной сушки гранулированных и пленочных полимерных материалов

• Автор: Дмитриев, Вячеслав Михайлович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 460 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ, МОДЕЛИРОВАНИЯ, КИНЕТИЧЕСКОГО РАСЧЕТА И АППАРАТУРНОГО ОФОРМЛЕНИЯ КОНВЕКТИВНОЙ СУШКИ ГРАНУЛИРОВАННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

1.1. Гранулированные полимерные материалы как объекты

исследования

1.1.1. Технология получения и переработки полимерных

материалов.

1.1.2. Взаимодействие полимерных материалов

с низкомолекулярными соединениями.

1.1.3. Диффузия воды в полимерных материалах

1.2. Методы определения массообменных характеристик
влажных материалов
1.2.1. Методы определения сорбционных свойств
влажных материалов .
1.2.2. Методы определения диффузионных свойств
влажных материалов
1.3. Моделирование и расчет процесса конвективной сушки
дисперсных материалов
1.3.1. Математическое моделирование процесса сушки дисперсных материалов.
1.3.2. Методы расчета процесса сушки дисперсных материалов
при перекрестном движении фаз
1.3. Аппаратурное оформление процесса сушки гранулированных полимерных материалов
1.3.1. Гранулирование полимерных материалов
1.4.2. Оборудование для сушки гранулированных
полимерных материалов
1.5. Консервация и хранение изделий и материалов в герметичной
полимерной упаковке.
1.5.1. Герметизация изделий и материалов в чехлы
из полимерных пленок.
1.5.2. Методы расчета герметичных упаковок
из пленочных полимерных материалов.
1.6. Постановка задачи исследования
2. СТРУКТУРНОСОРБЦИОННЫЕ И ДИФФУЗИОННЫЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ИССЛЕДУЕМЫХ ГРАНУЛИРОВАННЫХ И ПЛЕНОЧНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ.
2.1. Выбор и краткая характеристика объектов исследования.
2.2. Сорбционные свойства гранулированных и пленочных
полимерных материалов
2.3. Диффузионные свойства гранулированных и пленочных полимерных материалов.
2.3.1. Экспериментальные установки для исследования диффузионных характеристик влажных материалов
2.3.2. Результаты исследования и анализ диффузионных характеристик гранулированных полимерных материалов
2.3.3. Результаты исследования и анализ диффузионных
характеристик пленочных полимерных материалов.
2.4. Обобщенные зависимости для определения эффективного
коэффициента диффузии в полимерных материалах.
2.5. Разработка автоматизированной установки для определения диффузионных свойств гранулированных
полимерных материалов.
2.6. Выводы по главе 2.
3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА
КОНВЕКТИВНОЙ СУШКИ ГРАНУЛИРОВАННЫХ
ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ.
3.1. Математическое моделирование процесса глубокой сушки гранулированных полимерных материалов.
3.2. Анализ влияния неоднородности частиц высушиваемого материала по их дисперсному составу и времени пребывания в аппарате на точность кинетического расчета процесса конвективной сушки.
3.3. Зональный метод определения зависимости эффективного коэффициента диффузии от концентрации распределяемого компонента для полидисперсных материалов
3.4. Выводы по главе 3.
4. АППАРАТУРНОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОФОРМЛЕНИЕ
ПРОЦЕССА ГЛУБОКОЙ СУШКИ ГРАНУЛИРОВАННЫХ
ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ.
4.1. Выбор аппаратурнотехнологического оформления процесса глубокой сушки гранулированных полимерных материалов
4.2. Исследование структуры потока твердой фазы в сушильном аппарате шахтного типа с поперечно продуваемым кольцевым слоем материала.
4.3. Исследование процесса сушки гранулированных полимерных материалов в сушильном аппарате шахтного типа
с поперечно продуваемым кольцевым слоем материала.
4.3.1. Математическая модель кинетики конвективного нагрева плотного кольцевого слоя гранулированных полимерных материалов
4.3.2. Исследование кинетики глубокой конвективной сушки
плотного продуваемого кольцевого слоя гранулированных полимерных материалов
4.4. Разработка конструктивных решений сушильных аппаратов с поперечно продуваемым кольцевым слоем материала для глубокой конвективной сушки гранулированных полимерных материалов
4.5. Разработка методик проектного и поверочного расчетов процесса глубокой конвективной сушки гранулированных полимерных материалов в сушильных аппаратах шахтного типа
с поперечно продуваемым кольцевым слоем материала.
4.6. Выводы по главе 4
5. АППАРАТУРНОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОФОРМЛЕНИЕ
ПРОЦЕССА СУШКИ ВТОРИЧНОГО ГРАНУЛЯТА.
5.1. Выбор аппаратурнотехнологического оформления процесса сушки вторичного полимерного гранулята
5.2. Анализ процесса конвективной сушки вторичного полимерного гранулята в аппаратах с закрученным
взвешенным слоем материала
5.3. Исследование процесса конвективной сушки вторичного гранулята в аппаратах с закрученным взвешенным слоем
5.3.1. Экспериментальная установка для исследования процесса конвективной сушки в аппаратах
с закрученными взвешенными потоками материала.
5.3.2. Результаты исследования процесса конвективной сушки полимерного гранулята в продольно секционированных сушильных аппаратах с закрученным взвешенным слоем материала
5.4. Выводы по главе 5
6. РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ И ТЕХНОЛОГИИ ХРАНЕНИЯ ГИГРОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПРОДУКЦИИ
В ГЕРМЕТИЧНОЙ ПОЛИМЕРНОЙ УПАКОВКЕ ПРИ ЖЕСТКИХ
ОГРАНИЧЕНИЯХ ВЛАЖНОСТИ ВНУТРЕННЕЙ СРЕДЫ
6.1 Анализ процесса массопереноса при хранении гигрочувствительных
материалов и продукции в пленочной упаковке.
6.2. Разработка методики расчета времени хранения продукции
в герметичной полимерной упаковке.
6.3. Разработка способа хранения продукции в герметичной полимерной упаковке в условиях влажного и сухого климата
при жестких требованиях к влажности внутренней среды
6.4. Разработка методики расчета времени хранения продукции в герметичной полимерной упаковке
при жестких ограничения влажности внутренней среды.
6.5. Выводы по главе 6.
7. ВОПРОСЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ И РЕАЛИЗАЦИИ СУШИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ГЛУБОКОЙ СУШКИ ГРАНУЛИРОВАННЫХ И ЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ.
7.1. Разработка и реализация сушильного комплекса для глубокой сушки полимеров на Тамбовском заводе ЭЛЕКТРОПРИБОР
7.2. Разработка и реализация сушильных установок для глубокой
сушки гранулированных полимерных материалов.
7.3. Проектирование и создание сушильной установки для сушки зерновых продуктов семенного фонда
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


Для гидрофильных и умеренно сорбирующих полимеров изотермы сорбции отличаются от линейных, коэффициенты диффузии низкомолекулярных веществ существенно зависят от концентрации распределенных компонентов. В связи с кластерообразованием доля свободных молекул точно не определяется и теория свободного объема в этом случае имеет существенное ограничение 7. Для гидрофобных полимеров МОЖНО принять 3 при Сф1 7. Диффузионные свойства ПМ в значительной мере определяются его состоянием. В высокоэластичном состоянии значительная сегментальная подвижность определяет нормальное протекание процесса диффузии и относительно большие значения коэффициента диффузии. Размеры молекул диффузанта оказывают ощутимое влияние на величину коэффициента диффузии, что объясняется меньшей вероятностью появления микрополости нужного размера для более крупных молекул , . При одинаковых размерах молекул диффузанта проявляется влияние межмолекулярных сил, наличие полярных групп в матрице полимера 7, , , . Сильное набухание значительно ослабляет межмолекулярные связи в полимерной матрице и при взаимодействии молекул диффузанта между собой наблюдается активное кластерообразование . Если диффузант уменьшает межмолекулярные силы в полимерной матрице явление пластикации, то коэффициент диффузии значительно зависит от концентрации распределенного компонента. В общем случае, чем больше сорбция низкомолекулярных веществ полимером, тем сильнее проявляется концентрационная зависимость коэффициента диффузии. На диффузию в полимерах значительное воздействие оказывает степень кристалличности, размеры кристаллитов, их расположение. Считается, что диффузионная проводимость кристаллической фазы равна нулю и молекулы диффузанта перемещаются только по аморфной фазе. Пэ 0,5Е 0, С 1. ПСо 0,8 3 С. Весьма часто ПМ при переработке или добавлении ингредиентов приобретают микропористую структуру и характер диффузионных явлений изменяется вследствие наложения на наблюдаемый диффузионный процесс дополнительного переноса по порам 1, 3, 9. В этом случае ПМ можно отнести к классу коллоидных капиллярнопористых материалов. С , 1. Характер диффузионных процессов в коллоидных капиллярнопористых материалах существенно зависит от того, являются ли поры замкнутыми или образуют сквозные каналы. Материалы с замкнутыми порами отличаются большой величиной внутридиффузионного сопротивления. Скорость процесса лимитируется диффузией по матрице полимера. В высокопористых ПМ со сквозными порами процесс переноса происходит по суммарному механизму, характерному для пористых веществ 1,8, , ,, , . Для описания и анализа процессов диффузии в массообменных аппаратах используют два подхода. В первом случае применяют неподвижную Эйлерову систему координат, фиксированную на неподвижном корпусе. Этот способ удобен для описания диффузионных процессов в сплошных фазах при установившихся режимах. Во втором случае подвижная Лагранжева система координат связана с элементарной частицей, для которой решают дифференциальное уравнение диффузии с учетом граничных условий массообмена по мере продвижения е по аппарату 1, . Для полидисперсных систем при неодинаковом времени пребывания частиц в аппарате при описании диффузионных процессов учитывается распределение функции ССЯ,т, характеризующей изменение средней концентрации вещества по объему частицы с эквивалентным радиусом К в зависимости от времени пребывания в аппарате т и дифференциальная функция распределения частиц по радиусам рЯ . Средняя концентрация распределяемого вещества в твердой фазе на выходе из аппарата находится по уравнению
С. С1,трттсрк
Я. ИуОс8гас1С. С, Тггас1С сПуОт С, Т8гас1Т 1. С,ТРо суЛС,Тгас1ТехЩ, 1. I удельная теплоемкость и теплопроводность дисперсной среды г удельная теплота сорбции десорбции. Выбор системы взаимосвязанных дифференциальных уравнений или отдельных уравнений с соответствующими краевыми условиями для описания процессов массопереноса зависит от особенностей конкретного процесса удаления низкомолекулярных веществ из полимеров 1,8, 9. Использование одного уравнения диффузии для обширного ряда задач показано Рудобаштой С. П. 1, и одного уравнения теплопроводности Коноваловым В. И. .