СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
1. Леонтьева А. И. Кинетика, технология и комплексное аппаратурно-технологическое совершенствование заключительных стадий производства полупродуктов органических красителей (выделение, фильтрование, удаление примесей, сушка): автореф. дисс. док. техн. наук: 05. 17. 08/ 05.17.04. - Тамбов, 2005. - 32 с.
2. Рашковская Н.Б. Сушка в химической промышленности / Н.Б. Рашковская. - Л.: Химия, 1977. - 80 с.
3. Кафаров В.В. Математическое моделирование основных процессов химических производств / В.В Кафаров, М.Б. Глебов. - М.: Высшая школа, 1991. - 400 с.
4. Дегтярев А.А. Определение скорости сушки термолабильных продуктов / А.А. Дегтярев, М.Ю. Субочева // Труды ТГТУ: сборник научных статей молодых ученых и студентов. Вып. 22. -Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2009. - С. 26-30.
5. Фролов В.Ф. Моделирование сушки дисперсных материалов / В.Ф. Фролов. - Л.: Химия, 1987. - 208 с.
6. Дегтярев А.А. Математическая модель процесса сушки на примере вальце-ленточных сушилок /А.А. Дегтярев, А.А. Коваленко // Инновационные исследования в сфере критических технологий: сборник материалов Международной научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов / под ред. С.Ю. Боруха, В.М. Геращенко. - Белгород: Изд-во БелГУ, 2007. - С. 41-45.
УДК 66.018.4
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СТАБИЛЬНОСТЬ КОНЦЕНТРАЦИИ ЦЕЛЕВОГО КОМПОНЕНТА В ПРОДУКТЕ ПРИ ТЕРМИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
А. И. Леонтьева, доктор технических наук, профессор К. В. Брянкин, кандидат технических наук, доцент А. А. Дегтярев, аспирант
ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет» ул. Советская, д. 106, г. Тамбов, 392000, Россия
Представлены результаты сравнительного анализа процесса гидромеханического и термического обезвоживания полупродуктов органических красителей (ПОК). Оценена эффективность протекания процессов термического обезвоживания ПОК. Изучено влияние термического воздействия на качественные показатели ПОК.
Ключевые слова: полупродукты органических красителей, обезвоживание, сушка, термостабильность, термическая устойчивость.
Полупродукты органических красителей (ПОК) ранее нарабатывались в виде водных паст. Однако в настоящее время, когда круг потребителей химической продукции значительно расширился, все полупродукты предлагаются к реализации в сухом виде. Это связано с возросшими требованиями к качеству (концентрация целевого компонента и примесей, гранулометрический состав), а также со снижением транспортных расходов при перевозке и технологическим удобством их последующего использования. Поэтому после стадий выделения и очистки ПОК подвергаются обезвоживанию с целью повышения концентрации целевого вещества и придания материалу товарного вида.
В производствах ПОК промышленную реализацию получили два основных метода обезвоживания - гидромеханический и термический.
Под гидромеханическим обезвоживанием понимается совокупность методов механического удаления из ПОК избыточной влаги и растворителей. К ним относятся процессы отжима паст при помощи диафрагм (мембран) и подсушка паст воздухом. Гидромеханическое обезвоживание проводится на оборудовании, применяемом для разделения суспензий.
Применение отжима на фильтр-прессах позволяет повысить концентрацию паст ПОК по твердому веществу с 25-30 % до 45-60 % в зависимости от дисперсности, размера частиц твердой фазы суспензии и рабочего давления. Но, в связи с тем, что востребованность пастообразных ПОК низка, отжим паст как самостоятельный метод финишной обработки не применяется и может рассматриваться только как метод предварительной обработки продукта перед его сушкой, что позволяет снизить время термического воздействия и энергозатраты.
Метод удаления избыточной влаги продувкой осадка на фильтрующем оборудовании также не получил широкого распространения. Он позволяет повысить концентрацию твердой фазы ПОК на 2-10 %. Для крупнокристаллических ПОК этого вполне достаточно для того, чтобы процесс продувки осадка являлся заключительной операцией перед его упаковкой. Так в производстве сульфаминовой кислоты марки Б необходимая концентрация товарного продукта составляет 86 %. После фильтрации и отжима содержание основного вещества в пасте составляет 82-83 %. Остаточное содержание воды и сернистого ангидрида (3-4 %) удаляется продувкой осадка сжатым воздухом на рамном фильтр-прессе в течение 6-7 часов. Вопросы, связанные с технологической и экономической целесообразностью использования продувки осадков на фильтровальном оборудовании определяются, в основном гидравлическим сопротивлением слоя (в случае мелкодисперсных осадков снижение влажности при продувке, как правило, незначительно, а энергозатраты, напротив, составляют значительную величину) и величиной конечной влажности осадка.
Поэтому необходимо провести разграничение рекомендаций по применимости метода продувки осадков в качестве основного или дополнительного метода обезвоживания ПОК.
Определение технологических режимов таких процессов должно решаться с применением методов оптимизации, основным критерием которой может служить минимум суммарных энергозатрат на проведение процессов гидромеханического и термического обезвоживания.
Наибольшее же практическое применение для наработки выпускных форм ПОК получили процессы термического обезвоживания (сушки) паст, растворов, суспензий.
При этом выбор метода и режимов сушки осложняется тем, что кинетика процесса сушки ПОК и факторы, влияющие на их термическую устойчивость изучены недостаточно.
Поэтому вопросы, связанные с выбором рационального метода сушки с использованием режимных параметров процесса, обеспечивающих стабильность химической структуры продукта при минимуме энергозатрат представляют собой актуальную задачу.
В производстве органических красителей для обезвоживания паст наибольшее распространение получили кондуктивный и конвективный методы сушки в вакуум-гребковых (ВГС) и вальце-ленточных (СВЛ) сушилках. Однако, применение названных конструкций не обеспечивает сохранность ПОК, имеется перегрев материала, приводящий к разложению целевого вещества и снижению его концентрации в высушенном полупродукте.
Анализ полученных на промышленном оборудовании экспериментальных данных [1, 2] показал низкую скорость процесса сушки пастообразных полупродуктов в виде сформированных гранул или хаотично образованных агломератов. Оценку эффективности применения СВЛ и ВГС по наиболее характерным ПОК можно провести по статистическим данным операционных журналов стадий сушки действующих производств (табл. 1).
Таблица 1
Содержание целевого компонента в ПОК при кондуктивном и конвективном методах сушки
Полупродукты органических Кондуктивный метод (ВГС) Конвективный метод (СВЛ)
Концентрация целевого продукта, % Выход, Концентрация целевого продукта, % Выход,
красителей % %
1 2 3 4 5
Р-соль 88,3 93,7 84 81,3
Гамма-кислота 91,8 92 91,7 90,4
И-кислота 91,3 93 91,4 91,6
Аш-кислота 90,0 92 89,3 94,3
Г-соль 91,2 97 89 96
Результаты экспериментальных исследований по термостойкости при сушке пастообразных продуктов производных нафталина (Р-соль, Г-соль, Гамма-кислоты, И-кислоты и др.) показали, что длительность процесса сушки в вальце - ленточной сушилке (СВЛ) в среднем составляет 6,0-8,0 часов, а в вакуум - гребковой (ВГС) - 10,0-12,0 часов [3, 4, 5, 6]. Причем требуемая влажность продукта « 1,0 % так и не достигается, а при использовании ВГС в процессе сушки при перемешивании материал окатывается и образует агломераты размером более 25,0 мм; поверхностная влага удаляется, однако при этом образуется прочная, почти непроницаемая оболочка, препятствующая диффузии влаги из внутренних слоев. Таким образом, сушка протекает с постоянным увеличением толщины оболочки и соответствующим ей уменьшением скорости процесса. Близкое к равновесному состояние достигается при средней влажности в ядре гранулы 10-15 %. При проведении процесса сушки на СВЛ, где материалу придается призматическая форма, конечная влажность продукта составляет 3-5 %. Кроме того, ввиду термолабильных свойств ПОК, большая длительность процесса, высокая (до 90-100 °С) температура и наличие окислителя (кислород воздуха) способствуют активизации процессов окисления целевого продукта, вследствие чего снижается его концентрация более, чем на 5 % в ВГС и до 18 % в СВЛ. В итоге, на выходе из сушильного агрегата продукт имеет концентрацию целевого вещества около 90 %.
Сушка паст с тонкодисперсной твердой фазой (Р-соль, Г-соль, Гамма-кислота, И-кислота и др.) в пневмотранспорте невозможна, так как в исходном состоянии они представляют собой вязкие массы с концентрацией твердой фазы порядка 30-35 %. Реализация такого метода сушки требует дополнительной стадии подсушки продукта до влажности 15-20 %, при которой возможен размол, что значительно увеличивает его себестоимость.
Для сушки сыпучих ПОК в химической промышленности применяют кондуктивный метод сушки в вакуум-гребковых сушилках и конвективный - в камерных, ленточных и кипящего слоя.
Оценка эффективности применения СВЛ и ВГС по некоторым порошкообразным ПОК была проведена по результатам анализа статистических данных действующих производств (табл. 2) [7, 8, 9], анализ которых показал, что длительность процесса сушки сыпучих полупродуктов (производные пиразолона, арилиды ацетоуксусной кислоты) в ленточной сушилке (СВЛ) в среднем составляют 3-5 часов, а в вакуум - гребковой (ВГС) -до 18-20 часов. Относительно большая длительность процесса, высокая (до 80-90 °С) температура и наличие контакта материала с кислородом воздуха в СВЛ способствуют активизации процессов окисления целевого вещества. Концентрация целевого продукта снижается более, чем на 2-3 % в ВГС и до 10 % в СВЛ.
Таблица 2
Содержание целевого компонента в ПОК при кондуктивном и конвективном методах сушки
Полупродукты органических красителей Кондуктивный метод (ВГС) Конвективный метод (СВЛ)
Концентрация целевого продукта, % Выход , % Концентрация целевого продукта, % Выход , %
1 2 3 4 5
%-толил-3-метил-5-пиразолон 98,3 97,2 94,4 93,4
Анилид ацетоуксусной кислоты 99,2 9
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.