Дезинтеграция пылепорошковых агломератов и отложений ударной волной с электромагнитным возбуждением тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.08, кандидат технических наук Кузьменко, Наталья Викторовна

• Кузьменко, Наталья Викторовна
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кузьменко, Наталья Викторовна

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ДЕЗИНТЕГРАЦИИ МАТЕРИАЛОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНЫХ УСТРОЙСТВ.

1.1. Классификация методов очистки.

1.2. Анализ способов и устройств дезинтеграции материалов при помощи импульсных электромагнитных полей.

2. АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ АДГЕЗИИ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ

К ПОВЕРХНОСТЯМ.

2.1. Классификация адгезии пыли и порошков.

2.2. Силы адгезии.

2.3. Зависимость сил адгезии от различных факторов.

2.4. Оценка величины адгезии.

2.5. Методика расчета сил адгезии пыли и порошков в технологическом аппарате.

2.6. Постановка цели и задач исследования.

3. АДГЕЗИЯ В ХИМИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ.

3.1. Анализ процессов адгезии ОАО АНХК.

3.2. Процессы адгезии при производстве аммиачной селитры.

3.3. Расчет силы адгезии частиц аммиачной селитры в конусе грану- 61 ляционной башни.

3.4. Экспериментальное определение аутогезионных сил слоя амми- 63 ачной селитры.

4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КОЛЕБАНИЙ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ УДАРНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ.

4.1. Вывод уравнения колебаний мембраны.

4.2. Решение уравнения колебаний прямоугольной мембраны.

4.3. Решение задачи колебаний экспериментальной поверхности.

4.4. Критерии дезинтеграции материалов на колеблющейся поверхности

4.4.1. Критерий отрыва монослоя.

4.4.2. Критерий разрушения налипшего слоя на изогнутой поверхности

5. РАЗРАБОТКА НЕСТАЦИОНАРНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ УДАРНЫХ ВОЛН.

5.1. Электромагнитное возбуждение ударной волны и применение в технологических целях.

5.2. Установка для создания ударных волн.

5.3. Методика расчета нестационарного излучателя ударной волны -индуктора.

6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

6.1. Исследование деформации металлической поверхности во време- 115 ни и пространстве от точки удара.

6.1.1. Постановка задачи.

6.1.2. Проведение экспериментов.

6.1.3. Обработка результатов экспериментов.

6.2. Исследование дезинтеграции материалов при обработке переносным индуктором металлической поверхности.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Дезинтеграция пылепорошковых агломератов и отложений ударной волной с электромагнитным возбуждением»

Особенностью любого химико-технологического процесса является наличие значительного количества аппаратов, емкостей, бункеров, трубопроводов -всего оборудования, состояние внутренних поверхностей которого определяет сохранение работоспособности всего производства.

Отсутствие на внутренних поверхностях отложений и загрязнений является одним из факторов определяющих эффективность работы технологических аппаратов. Во время эксплуатации локальные участки внутренних поверхностей подвергаются адгезионным процессам - налипанием пыли и порошков. Вследствие этого нарушается чистота стенок, сужаются проходные сечения, изменяется гидродинамическая обстановка. Следствием налипания и сводообразова-ния неметаллических отложений и загрязнений на стенки технологического оборудования является нарушение технологического режима, снижение производительности процесса, или полная его остановка.

К производствам, требующим решения этих проблем, относятся нефтеперерабатывающие комплексы, имеющие непрерывный технологический процесс, все сопутствующие нефтепереработке химические производства; строительная индустрия (различные ДСК, заводы ЖБИ, БСУ, БРУ, цементно-горные комбинаты и пр.); пищевая промышленность (циклоны с мукой на элеваторах, хлебозаводы, молокозаводы и т.д.).

Адгезия частиц пыли и порошков обусловлена силами, которые зависят как от свойств контактирующих тел, так и от свойств окружающей среды. Силы адгезии - молекулярные, электрические кулоновские, капиллярные определяются различными физическими механизмами взаимодействия частицы и стенки, зависящими от свойств и состояния поверхности, внешних факторов, формы и размеров частиц, времени взаимодействия.

Дезинтеграция налипших материалов является одной из важных нерешенных проблем промышленного производства.

Существуют следующие методы дезинтеграции неметаллических материалов на внутренних поверхностях технологического оборудования: механический, физический, химический, физико-химический, химико-термический. Большинство перечисленных методов имеет ряд недостатков - сложность, ограниченные технологические возможности, незначительную эффективность, энергоемкость, необходимость остановки всего технологического процесса.

Наиболее эффективный метод очистки от различного рода отложений -механический, основанный на том, что очищаемую поверхность подвергают упругой деформации. Этот метод позволяет производить дезинтеграцию материалов на внутренних поверхностях технологических аппаратов без остановки процесса. Упругую деформацию осуществляют путем возбуждения в очищаемой поверхности одиночных механических импульсов при помощи электромагнитов или электромагнитных полей, с амплитудой колебаний, не превышающей значения, при котором механические напряжения в очищаемой поверхности достигают предела текучести или предела циклической прочности.

Недостатками магнитно-импульсных устройств, создающих деформацию, являются невысокая эффективность очистки т.к. не всегда есть возможность установить нужное количество исполнительных органов (индукторов), создающих ударную волну по технологическим условиям проведения процесса и из-за необходимости создания дополнительных конструкций. Стационарное размещение установки ограничивает возможность обрабатывать большое количество аппаратов и трубопроводов.

Таким образом, разработка и исследование устройств для дезинтеграции неметаллических материалов, образующих слой на внутренних поверхностях технологического оборудования является актуальной задачей.

Цель работы: стабилизировать эффективность гетерогенных процессов с дисперсной твердой фазой путем дезинтеграции поверхностных агломератов и отложений локальными упругими колебаниями, возбуждаемыми мобильным магнитно-импульсным индуктором.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи исследования:

- исследовать механизм процесса адгезии пыли и порошков на поверхностях технологического оборудования; разработать критерии дезинтеграции пылепорошкового слоя на поверхностях; теоретически и экспериментально исследовать влияние ударной волны на металлическую поверхность в условиях упругого деформирования; разработать методику расчета и конструкцию переносного индуктора для получения ударной волны необходимой силы;

- изготовить экспериментальную установку для исследования процессов дезинтеграции неметаллических отложений и загрязнений внутренних поверхностей аппаратов при помощи переносного индуктора;

- экспериментально изучить процессы дезинтеграции материалов на моделях аппаратов ударными волнами с электромагнитным возбуждением.

Научная новизна

1. Получен критерий отрыва от стенки адгезированных частиц пылепорошкового монослоя при ударном воздействии на стенку.

2. Получен критерий разрушения слоя налипших загрязнений при упругом деформировании стенки.

3. Получена необходимая для очистки энергия ударной волны, не вызывающей остаточной деформации стенки.

4. Получены формулы для оценки средней интенсивности деформации обрабатываемой поверхности при точечном ударном воздействии.

5. Разработана методика расчета электромагнитного индуктора для импульсного возбуждения упругих колебаний стенки.

6. Из условия равномерной обработки поверхности определены точки нанесения ударов и промежутки времени между ними.

7. Экспериментально установлены закономерности дезинтеграции налипших пылепорошковых материалов ударными волнами, возбуждаемыми переносным электромагнитным индуктором.

Практическая значимость. Предложенная методика расчета дает возможность определять оптимальные конструкционные соотношения для изготовления различных по назначению переносных электромагнитных индукторов.

Установка с переносным индуктором принята к внедрению на ОАО «Ангарский азотно-туковый завод» ОАО «Ангарская нефтехимическая компания» (ОАО «АНХК»), Ожидаемый экономический эффект составляет 5540 тысяч рублей в год.

Создана экспериментальная установка с переносным электромагнитным индуктором для обработки внутренних поверхностей производственного оборудования без остановки технологического процесса.

Разработана и создана экспериментальная установка для исследования ударных волн на металлической поверхности.

Экспериментальная установка по применению импульсных электромагнитных полей в различных технологических целях используется в учебном процессе Ангарской государственной технической академии.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, из них одна в издательстве, рекомендованном ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения. В диссертации содержится 149 страниц машинописного текста, список литературы из 121 наименования, 22 таблицы, 39 иллюстраций и 3 приложения.