Разработка установки для рекуперации растворителя из шлама дистилляционных установок машин химической чистки одежды

• Автор: Данилов, Александр Константинович
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 137 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. В последнее время, в связи со значительным удорожанием хлорорганических растворителей, применяемых при химической чистке текстильных изделий, а также из-за введения жестких экологических требований и платного принципа размещения отходов, вопрос утилизации шламов дистилляционных установок машин химической чистки приобрел особую актуальность.
Практически весь парк машин химической чистки отечественного и импортного производства, за исключением ряда зарубежных моделей последнего поколения, оснащен морально устаревшей системой дополнительной отгонки растворителя (как правило, перхлорэтилена) из шлама с использованием острого пара. Многолетней практикой эксплуатации таких систем установлено, что их применение приводит к преждевременному коррозионному износу оборудования и снижению качества чистки из-за дестабилизации растворителя и образования агрессивных продуктов распада.
Существующие термические методы обезвреживания шлама (например, сжигание в печах, практикуемое ГП “Промотходы”) позволяют практически полностью решить проблему шлама как твердого (полужидкого) вида отходов, но приводят к достаточно сильному вторичному загрязнению окружающей среды продуктами сгорания и термического разложения хлорорганических соединений. Согласно тарифной сетке ГП “Промотходы”, стоимость транспортировки и термического обезвреживания шлама для предприятий химической чистки одежды достигает 20 руб за 1 кг активного хлора, присутствующего в шламе, причем тарифы постоянно пересматриваются в сторону увеличения
Одна из самых весомых составляющих себестоимости услуги ГП “Промотходы” - транспортные расходы, связанные со значительным расстоянием до участка обезвреживания (г Орехово-Зуево) Горение шлама не является автотермическим процессом, т е требуются дополнительные затраты на топливо Необходимость в очистных сооружениях для предотвращения вторичного загрязнения окружающей среды на термической установке также приводит к удорожанию услуги
Необходимо также иметь в виду то обстоятельство, что в исходном шламе, поступающем с предприятий химической чистки одежды, содержится до

40% растворителя, который разрушается, т е безвозвратно теряется, при термическом воздействии на шлам. В то же время, растворитель, особенно импортный, весьма дорог - до 12 - 15 рублей за килограмм
Концентрация мощностей по обезвреживанию шлама в одной точке (населенном пункте) применительно к целому региону (г Москва и Московская область) влечет за собой значительные интегральные транспортные расходы.
Импортные установки данного типа (например, фирмы Воу/е-Разэа!, Германия) весьма дороги и могут быть доступны только мощным объединениям химической чистки одежды, которые в настоящее время отсутствуют.
Поэтому изучение возможностей увеличения степени рекуперации растворителя из шлама непосредственно в штатных дистилляционных установках машин химической чистки без дорогостоящих изменений в их конструкции, разработка оптимальной технологической схемы и конструкции усовершенствованной дисгилляционной установки и рекомендаций по ее эксплуатации являются актуальными задачами современной сферы услуг.
Целью исследования является разработка установки для рекуперации растворителя (перхлорэтилена) из шламов непосредственно в испарителе дистилляционных установок машин химической чистки одежды, которое включает: разработку моделей процессов вакуумной сушки; установление влияния различных факторов (в первую очередь вакуума) на степень рекуперации и определение их оптимальных значений, разработку функциональной схемы дисгилляционной установки со встроенной системой рекуперации растворителя из шлама; определение конструктивных параметров оборудования для реализации процесса. При этом обосновывается техническая возможность и экономическая целесообразность модернизации действующих дистилляционных установок машин химической чистки с целью оснащения их дополнительным оборудованием для рекуперации растворителя из шлама.
В соответствии со сформулированной целью решались следующие задачи:
1. Анализ существующих процессов, методов и установок для рекуперации хлорсодержащих растворителей из шламов машин химической чистки одежды.

2. Теоретическое обоснование необходимости и возможности применения вакуумной рекуперации растворителя из шлама непосредственно в испарителях дистилляционных установок машин химической чистки.
3.Разработка математической модели пароэжекторного устройства, учитывающей взаимосвязь коэффициента инжекции и термодинамических параметров рабочего пара, инжектируемых паров растворителя и давления в камере смешения. Разработка алгоритмов расчета и получение параметров термодинамического состояния растворителя водяного пара и их смеси; расчет коэффициента инжекции и температуры смеси на выходе из эжектора.
4.Разработка диффузионной модели вакуумной сушки шлама.
5.Экспериментальная проверка адекватности математической модели вакуумной сушки шлама с использованием лабораторного стенда.
6.Определение критерия оптимальности установки. Формирование и разработка алгоритма исследования целевой функции с целью определения оптимального значения давления вакуумирования.
Объект исследования: дистилляционная установка машины химической чистки с устройством для вакуумной сушки шлама.
Методы исследования.
При исследовании и разработке установки для вакуумной рекуперации растворителя из шлама использовались теоретические и экспериментальные методы исследования.
Для исследования рабочих характеристик системы “испаритель -эжектор” применялось численное моделирование процесса на ЭВМ в среде МаШСАБ.
Для расчета параметров термодинамического состояния смеси паров “растворитель - вода” и ее компонентов, использовались кубическая сплайн -интерполяция и итерационный метод Левенберга-Маркардга, реализованный на ЭВМ.
При экспериментальной проверке адекватности модели вакуумной сушки применялись лабораторные методы изучения кинетики сушки с последующим статистическим анализом результатов.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
- теоретически обоснована возможность замены непосредственного введения пара вакуумированием рабочего пространства испарителя

сы,с - теплоемкости жидкости и пара;
Гу, - удельная теплота парообразования;
- температура насыщения при данном давлении;
х - паросодержание.
2.3.Определение термодинамических функций смеси паров воды и ПХЭ при заданном массовом составе смеси.
Интерес представляет рассмотрение таких смесей, в составе которых имеется паровая фаза причем жидкая фаза (конденсат) может присутствовать как составная часть влажного пара. Для таких состояний справедлив закон суммирования парциальных давлений, формула которого приведена выше.
Расчет термодинамических функций таких смесей удобно производить вдоль линий постоянного давления смеси [3,5].
В области температур, когда все пары находятся в перегретом состоянии, смесь можно считать смесью идеальных газов, т.к. она является ненасыщенной.
По мере снижения температуры смеси в определенный момент смесь становится насыщенной парогазовой смесью, когда один из компонентов смеси переходит в состояние насыщенного пара, а другой компонент остается перегретым паром, при этом появляется жидкая фаза - конденсат насыщенного пара. Давление насыщенного пара в этом состоянии становится равным давлению насыщения, при этом общее давление смеси в паровой фазе остается равным сумме парциальных давлений компонентов. Критерием перехода конкретного компонента в состояние влажного пара является снижение температуры смеси ниже точки росы для данного компонента при начальном парциальном давлении.
Наконец, при дальнейшем снижении температуры смеси достигается состояние, когда и второй компонент переходит в состояние насыщения. Критерием наступления этого состояния является равенство суммы давлений насыщения компонентов при данной температуре давлению смеси. Это предельная точка существования равновесного состояния паровой смеси данного состава при данном давлении и температуре. При дальнейшем охлаждении все компоненты смеси переходят в жидкое состояние.
Эти рассуждения являются абсолютно строгими для смеси чистых паров в отсутствии неконденсируемых газов, например воздуха. Предполагая наличие воздуха в исследуемых рабочих телах пренебрежимо малым, расчеты будем строить, исходя из вышеизложенной модели состояний паровой смеси.