Использование современных антигололедных реагентов

7Оглавление

Введение

1. Литературный обзор

1.1 Обзор научной литературы

1.1.1 Свойства антигололедных раегентов

1.1.2 Преимущества и недостатки антигололедных средств

1.2 Анализ журналов

1.2.1 Твердые антигололёдные реагенты

1.2.2 Жидкие антигололедные реагенты

1.2.3 Применение антигололёдных реагентов

1.3 Патентный обзор

1.4 Постановка задачи работы

2. Технологическая часть

2.1 Характеристика антигололедных композиций

2.2 Экспериментальная часть

2.3 Обоснование технологической схемы

2.3 Описание технологической схемы

3. Расчет основного и вспомогательного оборудования

3.1 Расчет сушильной камеры

3.2 Расчет кожухотрубчатого холодильника

Выводы

Список использованной литературы

Введение

Гололед каждый зимний сезон становится актуальной проблемой. В это время возникает не только дискомфорт при движении по улицам, но и повышенный травматизм и огромные убытки.

Традиционно для борьбы со льдом использовали простые вещества - песок, соль, золу, рассыпав их по поверхности льда, можно было сделать его менее скользким.

Но со временем проблема обледенения автомобильных и пешеходных дорог стала очень актуальной и для ее решения потребовалось создание специальных веществ, предназначенных для борьбы со льдом и организация их промышленного производства. Так появились антигололедные реагенты <#"869017.files/image001.gif">ч) коррозионные потери.

Патент RU 2193588 гидрофобная антиобледенительная композиция [14].

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации жилых и производственных зданий и сооружений и может быть использовано для защиты кровли и других элементов от проникновения влаги и от интенсивного процесса обледенения. Композиция содержит силоксановый полимер марки "ЛЕСТОСИЛ-СМ", отвердитель и живичную канифоль в качестве наполнителя в количестве 10,0-60,0 мас. % сухого остатка композиции. Технический результат: создание экологически безопасной, дешевой композиции, обладающей высокой прочностью на разрыв без остаточного удлинения.

Патент RU 2174995 композиция против обледенения и способ ее применения [15].

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации жилых и производственных зданий и сооружений и может быть использовано для защиты кровли и других элементов от проникновения влаги и от интенсивного процесса обледенения. Композиция содержит силоксановый полимер марки "ЛЕСТОСИЛ-СМ", отвердитель и живичную канифоль в качестве наполнителя в количестве 10,0-60,0 мас. % сухого остатка композиции. Технический результат: создание экологически безопасной, дешевой композиции, обладающей высокой прочностью на разрыв без остаточного удлинения.

Патент RU 2283336 Гранулированное противогололедное средство и способ его получения.

Изобретение относится к производству средств, предотвращающих обледенение или способствующих таянию снежно-ледяных покровов. Сущность: средство представляет собой гранулы, каждая из которых выполнена с внутренним ядром из хлористого натрия и внешней оболочкой из хлористого кальция, причем внешняя оболочка дополнительно содержит ингибитор коррозии при следующем соотношении компонентов, вес. ч.: хлористый натрий 10-90, хлористый кальций 10-90, ингибитор коррозии 0,5-20. Напыление раствора хлористого кальция на частицы хлористого натрия с размером 0,5-5 мм ведут последовательно по ходу движения частиц хлористого натрия вдоль сушильной камеры. Технический результат - повышение плавящей и проникающей способности гранул, снижение пылеуноса и удельных энергозатрат на сушку.

1.4 Постановка задачи работы

Задачей работы является создание гранулированного противогололедного средства, имеющего капсулированные гранулы с оболочкой из хлорида кальция и внутренним ядром из хлорида натрия, позволяющего получить продукт с более равномерно распределенным хлоридом кальция по всем композиционным гранулам, а также снижение пылеуноса и удельных энергозатрат на сушку.

Задача решается путем получения гранулированного противогололедного средства, имеющим гранулы, каждая из которых выполнена с внутренним ядром из хлористого натрия и внешней оболочкой из хлористого кальция, при следующем соотношении компонентов, вес. ч.: хлористый натрий 10-90; хлористый кальций 90-10.

2. Технологическая часть

2.1 Характеристика антигололедных композиций

Выбирая антиголодную композицию необходимо учитывать ее состав, эффективность при различных температурах и цену. Для этого проведем сравнение различных антигололедных реагентов и сведем данные в таблицу 3.

Таблица 3. Характеристики различных антигололедных композиций [8].

Наименование	Описание	Цена, руб.
ПГМ "ROCKMELT MAG"	Противогололедный реагент на основе хлористого магния предназначен для борьбы с гололедом и снежным покровом. Эффективен до - 30° С	560
ПГМ "ROCKMELT MIX"	Противогололедный реагент на основе обеспыленной соли и хлористого кальция предназначен для уборки умеренных снежно-ледяных отложений и профилактики. Эффективен до - 25° С	450
ПГМ "ROCKMELT SALT"	Изготовлен на основе минеральной соли. Не содержит пыльной фракции, не смерзается и не слеживается. Предназначен для борьбы с накатом и льдом. Эффективен до - 15° С	450
ПГМ "ISMELT GREEN"	Реагент продолжительного действия на основе хлористого натрия с добавлением хлористого кальция. Предназначен для обработки придомовых территорий и частных владений. Эффективен до - 15° С	350
ПГМ "ISMELT POWER"	Реагент быстрого действия на основе чистого хлористого кальция. Предназначен для быстрого удаления льда и снега при экстремально низких температурах. Эффективен до - 32° С	650

На основании данных из таблицы 3 видно, что наиболее экономически выгодным и эффективным является антигололедная композиция на основе хлорида натрия с хлоридом кальция.

2.2 Экспериментальная часть

Были проведены исследования действия полученного предложенным способом противогололедного средства. На плоскую поверхность льда при определенной температуре помещается гранула противогололедного средства [16]. Исследуемое противогололедное средство содержит, вес. ч.: хлористого натрия - 20,8; хлористого кальция - 79,2. Размер гранул составляет 3 мм. Данные представлены в таблице 4.

Таблица 4 Экспериментальные данные.

Время контакта, мин	Глубина проникновения (мм)	Время контакта, мин	Глубина проникновения (мм)
Температура - минус 19°С		Температура - минус 7°С
0	0	0	0
10	4,1	10	8,3
20	6,0	20	15,0
30	7,3	30	19,7
40	7,8	40	21,9
50	8,2	50	23,9
60	9,0	60	27,5
Температура - минус 15,5°С.		Температура - минус 2°С
0	0	0	0
10	6,9	10	20,3
20	12,3	20	25,9
30	14,0	30	31,0
40	14,8	40	34,5
50	15,3
60	16,0

Из представленных в таблице 4 данных следует, что глубина проникновения в толщу льда наиболее интенсивно изменяется в первые минуты контакта гранулы со льдом (10-20 мин) и заканчивается за 30-40 мин.

В оболочке гранулы содержиться ингибитор коррозии. Он связан с материалом оболочки, что препятствует истиранию и потере ингибитора в процессе хранения и транспортировки. Ингибитор оказывает защитное действие от хлористого кальция с начала процесса и затем - по мере растворения гранулы от хлористого натрия. Содержание 0,5-20 вес. ч. ингибитора во внешних оболочках гранул обеспечивает надежную защиту поверхностей и оборудования от коррозии.

Плавление начинается при более низких температурах, так как температура плавления льда с образованием раствора чистого хлористого кальция составляет (-48,9°С), у хлористого натрия та же температура составляет (-20°С).

Вслед за растворением оболочки гранулы начинает растворяться внутреннее ядро гранулы из хлористого натрия. В каверне образуется смесь растворов хлористого кальция и хлористого натрия, и процесс идет аналогично, как и в описанных аналогах.

Для решения поставленной задачи в способе, как и в прототипе, получение гранул с оболочкой из хлорида кальция ведут в псевдоожиженном слое. В отличие от прототипа, во-первых, исходные гранулы, на которые наносят оболочку из хлорида кальция, подают в псевдоожиженный слой в качестве внешнего рецикла. Сам псевдоожиженный слой имеет желобообразную форму, в котором твердая фаза движется не хаотично, а преимущественно перемещается в продольном направлении от места загрузки материала в слой к месту выгрузки, вдоль слоя.

2.3 Обоснование технологической схемы

Для получения гранул с оболочкой из хлорида кальция процесс ведут в псевдоожиженном слое. Исходные гранулы, на которые наносят оболочку из хлорида кальция, подают в псевдоожиженный слой в качестве внешнего рецикла. Сам псевдоожиженный слой имеет желобообразную форму, в котором твердая фаза движется не хаотично, а преимущественно перемещается в продольном направлении от места загрузки материала в слой к месту выгрузки, вдоль слоя.

Использование сушильной камеры с устройством для загрузки исходного материала, расположенным на противоположном конце от устройства для выгрузки гранул, позволяет организовать процесс движения частиц хлористого натрия вдоль сушильной камеры.

В качестве исходного материала используют частицы хлористого натрия, напыление раствором хлористого кальция ведут последовательно по ходу движения частиц хлористого натрия вдоль сушильной камеры, что обеспечивает получение гранул в виде капсул, имеющих ядро из хлористого натрия, а оболочку из хлористого кальция.

По мере движения гранул в слое от загрузки к выгрузке размер гранул растет вследствие напыления раствора, поэтому для поддержания устойчивости гидродинамического режима псевдоожижения скорость топочных газов повышают до 3-4 м/св последней зоне, так как размер гранул становится около 4-5 мм. Увеличение скорости газов свыше 4 м/с приведет к активизации скорости движения гранул и, учитывая, что в этой зоне продукт полностью обезвоживается, - то и к повышению истирания гранул и, следовательно, к повышению пылеуноса.

Равномерность распределения толщины оболочки на поверхности гранулы достигается за счет упорядоченного в среднем движения частиц слоя вдоль сушильной камеры, вследствие чего время пребывания частиц в сушильной камере отличается незначительно.

Далее частицы идут на охлаждение в холодильник. Где под действием холодного воздуха охлаждаются и принимают свою основную форму. Использование кожухотрубчатого теплообменника наиболее рационально с экономической и практической точки зрения.

Снижение пылеуноса происходит за счет того, что доведение до требуемой влажности (до 5% в оболочке из хлористого кальция) происходит на конечном участке аппарата. Поэтому пылеунос вследствие истирания намного меньше, чем у обезвоженного продукта. Основной объем пылеуноса образуется на последней стадии при 95°С. Для такой работы наиболее лучшим аппаратом являетяс скруббер.

При проведении процесса в отдельных зонах с пониженными температурами, снижается средняя температура отходящих газов и, как следствие, снижается потеря теплоты с отходящими газами и энергозатраты на сушку.

2.3 Описание технологической схемы

На рисунке 2.1 представлена технологическая схема получения антигололедной композиции.

Исходный раствор с содержанием хлористого кальция 30-34% поступает в емкость Е1. В эту же емкость подается на смешение раствор из емкости Е2 пенного пылеуловителя ПП. После смешения в емкости Е1 исходного раствора и раствора из пенного пылеуловителя ПП1 получающийся раствор подается в скруббер СК1, где концентрируется вследствие поглощения пыли из запыленных дымовых газов и упаривания части растворителя в контакте с горячими дымовыми газами. Раствор чистого хлористого кальция из скруббера СК1 стекает в емкость Е3, откуда насосом дозатором Н1 подается на форсунки Ф1, расположенные в сушилке С1 непрерывного действия с псевдоожиженным слоем. Раствор хлористого кальция может смешивается с ингибитором коррозии. В качестве ингибитора коррозии используется монофосфат натрия, который не дает осадка при смешении с раствором хлористого кальция. На форсунки Ф1 подается также сжатый воздух от заводского коллектора.

Частицы хлористого натрия размером 0,5-5 мм загружаются в бункер Б1.

Сушилка с псевдоожиженным слоем С1 имеет удлиненную желобообразную сушильную камеру, расширяющуюся вверх для создания сепарационной зоны, в которой часть выносимой из псевдоожиженного слоя пыли выпадает из газового потока и возвращается в слой. Сушильная камера снабжена устройством для загрузки исходного материала, в качестве которого использованы частицы хлористого натрия, и устройством для выгрузки готовых гранул, расположенными на противоположных концах.

Напыление раствором хлористого кальция ведут последовательно по ходу движения частиц хлористого натрия вдоль сушильной камеры, при этом частицы хлористого натрия подаются с размером 0,5-5 мм, температуру и скорость дымовых газов в слое увеличивают по ходу движения частиц хлористого натрия вдоль сушильной камеры в диапазоне от 70°С и 2-3 м/с в начале камеры до 95°С-190°С и 3,0-4,0 м/с в конце камеры.

Расход раствора хлористого кальция и давление технологического воздуха регулируется на каждой форсунке Ф1. Образующиеся мелкие капли агломерируют с гранулами, что приводит к росту сухой оболочки хлористого кальция на частицах хлористого натрия по длине сушилки С1 от устройства для загрузки исходного материала к устройству для выгрузки готовых гранул.

Полученные путем сжигания природного газа в топке Т1 топочные газы охлаждаются при смешении со вторичным воздухом до температуры 100°-200°С и подаются под газораспределительную решетку сушилки с псевдоожиженным слоем С1. Воздух на горение подается насосом Н2.

Температура кипящего слоя в нескольких точках по длине сушилки С1 регулируется путем изменения расхода раствора хлористого кальция с ингибитором, а температура под решеткой - путем изменения расхода природного газа в автоматическом режиме или с пульта оператора.

Разрежение вверху сушилки с псевдоожиженным слоем С1 регулируется направляющим аппаратом насосом Н2.

Дымовые газы с пылевидными фракциями продукта, вынесенными из сушилки С1, направляются в центробежный скруббер СК1, где проходят мокрую очистку от пыли хлористого кальция с добавлением ингибитора коррозии путем орошения центробежного скруббера раствором хлористого кальция, подаваемого из емкости Е1. Очищенные предварительно и охлажденные до 55°-70°С дымовые газы насосом Н2 подаются в пенный пылеуловитель ПП1, орошаемый водой, где происходит доочистка воздуха до санитарных норм. Очищенные дымовые газы из пенного пылеуловителя ПП1 уходят в атмосферу.

Выгрузка гранул противогололедного средства осуществляется с решетки расположенные в сушилке С1 устройством выгрузки непрерывно в холодильник Х1, где охлаждаются воздухом, подаваемым насосом Н3. Гранулы из холодильника Х1 выгружаются в элеватор Э1, которым поднимаются в бункер Б2 и оттуда в затарочную машину ЗМ1 для фасовки в мягкие контейнеры.

Гранулы полученного противогололедного средства представляют собой капсулы, которые имеют ядро из хлористого натрия, а оболочку из хлористого кальция. Противогололедное средство содержит, вес. ч.: хлористый натрий 10-90; хлористый кальций 90-10. При введении в технологический процесс ингибитора коррозии средство дополнительно содержит 0,5-20 вес. ч. Количество вводимого ингибитора зависит от его вида и экономической целесообразности. Гранулы средства имеют размер 1-5 мм, средняя толщина оболочки составляет 0,2-2 мм.

Полученное гранулированное противогололедное средство имеет не более 5% влаги в оболочке, повышенную плавящую способность и повышенную проникающую способность. Оболочки гранул прочно сцеплены с внутренними ядрами. Оболочка каждой гранулы имеет равномерное распределение толщины на поверхности гранулы.

Б1, Б2 - бункер, Е1, Е2, Е3 - емкость, ЗМ1 - затарочная машина, Н1, Н2, Н3, Н4 - насос, ПП1 - пенный пылеуловитель, С1 - сушилка с псевдоожиженным слоем, Т1 - топка, Ф1 - форсунки, Э1 - элеватор.

Рисунок 2.1 технологическая схема получения антигололедной композиции.

3. Расчет основного и вспомогательного оборудования

Основным аппаратом является сушильная камера. Исходя из технологической схемы необходимо рассчитать сушилку с псевдожиженным слоем.

3.1 Расчет сушильной камеры

Исходные данные для технологического расчета приведены в таблице 5

Таблица 5. Исходные данные [16].

Параметр		Значение
Производительность по высушенному материалу Gk, кг/с		3,11
Влажность хлорида натрия Начальная Wн, % Конечная Wк, %		15 2
Температура влажного материала θ1,°С		19
Давление в сушилке р, МПа		атмосферное
Температура воздуха после калорифера t1,°С		95
Содержание фракции частиц в материале: диаметр от 3,6 до 2,0 мм, % диаметр от 2,0 до 1,0 мм, %.	57 43
Удельные потери тепла в окружающую среду на 1 кг испаренной влаги qп, кДж/кг	21,4
Параметры свежего воздуха: температура tо, оC относительная влажность φо, %	22 82

Технологический расчет

Расчёт расхода влаги, удаляемой из высушиваемого материала, проводится по уравнению материального баланса сушилки (1):

W=G_к∙ (1)

где G_к - производительность сушилки по высушенному материалу, кг/с;

 - начальная влажность хлорид натрия, %;

 - конечная влажность хлорид натрия, %;

W=3,11∙=0,475 кг/с.

 

Определение параметров отработанного воздуха.

Примем температуру отработанного воздуха t₂=65 ⁰С, что позволит достаточно полно использовать тепло сушильного агента. Тогда температура материала в слое равна 63 ⁰С. Принимая модель полного перемешивания материала в псевдоожиженном слое, можно считать температуру высушенного материала равной температуре материала в слое, т.е. θ₂ =63 ⁰С.

Расчёт внутреннего теплового баланса сушилки рассчитываем по уравнению (2):

, (2)

где  - разность между удельным приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере, кДж/кг влаги;

c - теплоёмкость влаги во влажном материале при температуре θ₁, кДж/ (кг∙К);

q_доп - удельный дополнительный подвод тепла в сушильную камеру, кДж/кг влаги;

q_т - удельный подвод тепла в сушилку с транспортными средствами, кДж/кг влаги;

q_м - удельный подвод тепла в сушильный барабан с высушиваемым материалом, кДж/кг влаги.

Расчёт удельного подвода тепла в сушильный барабан с высушиваемым материалом рассчитывается по уравнению (3):

q_м=G_к∙с_м∙ (3)

где с_м - теплоёмкость высушенного материала, равная 0,819 кДж/ (кг. ∙К);

θ₂ - температура высушенного материала на выходе из сушилки, ⁰С.

q_м=3,11∙0,819∙=235,6 кДж/кг влаги.

При работе сушилки по нормальному сушильному варианту q_доп=0, в рассматриваемом случае q_т=0, тогда получим:

 кДж/кг. влаги.

На диаграмме I-x (рисунок 3.1) по известным параметрам t₀=22 ⁰С и φ₀=82% находим влагосодержание x₀ и энтальпию I₀ свежего воздуха: x₀=0,014 кг влаги/кг сухого воздуха; I₀=55 кДж/кг сухого воздуха.

При нагревании воздуха до температуры t₁=95 ⁰С его энтальпия увеличится до I₁ =188 кДж/кг. Так как нагрев сушильного агента осуществляется через стенку, то влагосодержание остается постоянным: х₀=х₁.

Для определения параметров отработанного воздуха построим на диаграмме рабочую линию сушки. Зададим произвольное значение влагосодержания воздуха x = 0,05. Соответствующее ему значение энтальпии найдем по уравнению (4):

 (4)

Подставляя найденные ранее значения находим

I=183-177,41∙ (0,05-0,014) =181,61 кДж/кг сухого воздуха.

В точке пересечения линии сушки и изотермы 65 ⁰С находим конечное влагосодержание отработанного воздуха x₂=0,043 кг/кг.

Расход воздуха L на сушку определяем по уравнению (5):

, (5)

 кг/с.

Рисунок 3.1 Диаграмма состояния влажного воздуха I - x.

Среднюю температуру воздуха в сушилке находим из уравнения (6):

 (6)

°С.

Среднее влагосодержание воздуха в сушилке находим из уравнения (7):

, (7)

 кг влаги/кг сухого воздуха.

Средняя плотность сухого воздуха и водяных паров находим из уравнения (8) и (9):

 (8)

 (9)

где ,  - молярная масса сухого воздуха и водяных паров, кмоль/кг;

t_ср - средняя температура воздуха в сушилке,°С.

 кг/м^3,

 кг/м³.

Средняя объёмная производительность по воздуху находим по уравнению (10):

, (10)

 м³/с.

Далее рассчитываем фиктивную (на полное сечение аппарата) скорость начала псевдоожижения по уравнению (11):

 (11)

где Re - критерий Рейнольдса;

 - вязкость воздуха при средней температуре, Па∙с;

d_э - эквивалентный диаметр полидисперсных частиц материала, м;

 - средняя плотность воздуха, кг/м³.

Критерий Рейнольдса рассчитывается по формуле (12):

 (12)

где Ar - критерий Архимеда.

Критерий Архимеда рассчитывается по формуле (13):

 (13)

где

 - плотность частиц, кг/м³.

Эквивалентный диаметр рассчитывается по формуле (14):

, (14)

где

m_i - содержание i-й фракции, массовой доли;

d_i - средний ситовый размер i-й фракции, м.

Скорость начала псевдоожижения:

 м/с.

Верхний предел допустимой скорости воздуха в псевдоожиженном слое определяется скоростью свободного витания (уноса) наиболее мелких частиц. Эту скорость определяют по уравнению (15):

 (15)

где

 - скорость свободного витания (уноса), м/с;

 - плотность воздуха при средней температуре кг/м³;

 - вязкость воздуха при средней температуре, Па∙с;

d_м - наименьший диаметр частиц высушиваемого материала, кг/м³.

Критерий Архимеда для частиц диаметром 1 мм равен:

Скорость свободного витания (уноса) определяем:

 м/с.

Рабочую скорость  сушильного агента выбирают в пределах от  до . Эта скорость зависит от предельного числа псевдоожижения, которое определяется по формуле (16):

, (16)

Так как К_пр меньше 20, то рабочее число псевдоожижения примем К=1,5.

Тогда рабочая скорость сушильного агента определиться по формуле (17):

, (17)

м/с.

Диаметр сушилки d определяют из уравнения расхода (18) [18]:

, (18)

 м.

Принимаем диаметр сушилки по каталогу D_с=4,0 м.

Расчет высоты псевдоожиженного слоя

Высоту псевдоожиженного слоя высушиваемого материала можно определить на основании экспериментальных данных по кинетике как массо - так и теплообмена по уравнению (19):

 (19)

где x^* и x - равновесное и рабочее влагосодержание воздуха, кг влаги/кг сухого воздуха;

 - коэффициент массоотдачи, м/с;

Ошибка! Ошибка внедренного объекта. - порозность псевдоожиженного слоя, м³/м³;

h - высота псевдоожиженного слоя, м.

Равновесное содержание влаги в сушильном агенте определяется по I - x диаграмме как абсциссу точки пересечения рабочей линии сушки с линией постоянной относительной влажности: x^*=0,057 кг/кг.

Тогда левая часть уравнения (18) будет равна:

 кг/кг.

Порозность псевдоожиженного слоя  при известном значении рабочей скорости может быть вычислена по формуле (20):

, (20)

где Re - критерий Рейнольдса;

Ar - критерий Архимеда.

Критерий Рейнольдса рассчитывается по формуле (21):

 (21)

Критерий Архимеда Ar = 4,88∙10⁴. Тогда

 м³/м³.

Коэффициент массоотдачи β_у определяют на основании эмпирических зависимостей; при испарении поверхностной влаги он может быть рассчитан с помощью уравнения (22):

 (22)

где Nu - диффузионный критерий Нуссельта;

 - диффузионный критерий Прандтля.

Коэффициент диффузии водяных паров в воздухе при средней температуре в сушилке рассчитывается по формуле (23):

, (23)

где D₂₀ - коэффициент диффузии водяных паров в воздухе при 20°С; D₂₀=21,9∙10^-6 м²/с.

 м²/с.

Диффузионный критерий Прандтля рассчитаем по выражению (24):

=, (24)

.

Коэффициент массоотдачи из уравнения (22) равен:

 (25)

м/с.

Подставляя в уравнение (19) получим:

откуда 0,275=e ^{[-65,24∙h],}

тогда h= 0,0754 м.

Проверим правильность определения величины h по опытным данным для теплоотдачи в псевдоожиженных слоях.

Найдем высоту слоя из уравнения (26):

 (26)

где с - теплоёмкость воздуха при средней температуре, равная 1000 Дж/ (кг∙К);

 - коэффициент теплоотдачи, Вт/ (м²∙К);

t - температура газа, ⁰С;

t_м - температура материала, ⁰С.

Определим высоту псевдоожиженного слоя, необходимую для испарения поверхностной влаги материала. Принимая модель полного перемешивания материала в псевдоожиженном слое, можно считать температуру материала равной температуре мокрого термометра. Последнюю находим по параметрам сушильного агента с помощью I - x диаграммы (рисунок 3.1). Она равна t_м=42 ⁰С.

Коэффициент теплоотдачи  определим по уравнению (27):

, (27)

где  - коэффициент теплопроводности воздуха при средней температуре, Вт/ (м∙К);

Pr - критерий Прандтля.

Критерий Прандтля рассчитаем по формуле (28):

, (28)

где с - теплоёмкость воздуха, кДж/ (кг∙К);

 Вт/ (м²∙К).

Подставляя найденные значения в уравнение (29) получим:

, (29)

,

Откуда h=0,0188 м.

В случае удаления поверхностной влаги (первый период) сушки, гидродинамически стабильная высота обычно значительно превышает рассчитанную по кинетическим закономерностям. При этом высоту псевдоожиженного слоя Н определяют, исходя из следующих предпосылок. На основании опыта эксплуатации аппаратов с псевдоожижженым слоем установлено, что высота слоя Н должна быть приблизительно в 4 раза больше высоты зоны гидродинамической стабилизации слоя Н_ст, т.е. Н≈Н_ст. Высота Н_ст связана с диаметром отверстий распределительной решётки d₀ соотношением Н_ст≈20∙d₀ следовательно, высоту псевдоожиженного слоя H определяют по соотношению (30):

H≈80∙d₀, (30)

Выберем диаметр отверстий распределительной решётки d₀ = 0,0056 м.

Тогда высота псевдоожиженного слоя:

Н=80∙0,0056=0,448 м.

Число отверстий n в распределительной решетке определяют по уравнению (31):

  (31)

где S - сечение распределительной решётки, численно равное сечению сушилки, м²;

F_с - доля живого сечения решётки.

Принимая диаметр сушилки по каталогу D_c=4,0 м и долю живого сечения F_с = 0,04, найдем число отверстий в распределительной решетке:

Рекомендуется применять расположение отверстий в распределительной решетке по углам равносторонних треугольников. При этом поперечный шаг t^’, и продольный шаг t^" вычисляют по соотношениям (32) и (33):

, (32)

, (33)

Откуда

 м,

 м.

Высоту сепарационного пространства сушилки с псевдоожиженным слоем принимают в 4-6 раз больше высоты псевдоожиженного слоя:

 м.

Принимаем высоту сепарационного пространства сушилки Н _С = 2,6 м.

При отсутствии опытных данных по кинетике массообмена можно пользоваться объемным напряжением сушилок с псевдоожиженным слоем по влаге А_v. Проверим соответствие рассчитанного значения высоты псевдоожиженного слоя экспериментальным данным, полученным при сушке материала. Для хлорида натрия напряжение по влаге А_v=5 кг/ (м³ч) = 0,0013кг/ (м³с).

Объем псевдоожиженного слоя найдем по формуле (34)

V_k=, (34)

 м³.

Высота псевдоожиженного слоя находим по формуле (35)

, (35)

 м.

Расчет гидравлического сопротивления сушилки.

Основную долю общего гидравлического сопротивления сушилки  находиться по уравнению (36):

, (36)

где  - общее гидравлическое сопротивление, Па;

 - гидравлическое сопротивление псевдоожиженного слоя, Па;

_{р -} гидравлическое сопротивление решетки, Па.

 (37)

=2800∙ (1-0,692) ∙9,8∙0,448=3779 Па.

Минимально допустимое гидравлическое сопротивление решетки может быть вычислено по формуле (38):

 (38)

где  - порозность неподвижного слоя, для шарообразных частиц равной 0,4 м³/м³.

 Па.

Гидравлическое сопротивление решетки найдем по формуле (39):

, (39)

где

 - коэффициент сопротивления решетки, =1,75.

 Па.

Общее гидравлическое сопротивление сушилки в соответствии с уравнением (36) равно:

 Па.

Диаметры штуцеров сушилки

Диаметр штуцеров рассчитываем по уравнению (40)

, (40)

где G - массовый расход теплоносителя, кг/с;

r - плотность теплоносителя, кг/м³;

w - скорость движения теплоносителя в штуцере, м/с.

Принимаем скорость воздуха в штуцере на входе w = 15 м/с, на выходе из сушилки 15 м/с, тогда штуцер для входа воздуха:

d₁ = м.

По ОН-26-01-34-66 примем штуцер с Dy₁ =0,5 м.

Диаметр штуцера для выхода воздуха:

d₂ = м.

По ОН-26-01-34-66 примем штуцер с Dy₂ =0,65м

Для проведения процесса нам необходима сушилка с основными параметрами представленными в таблице 6.

Таблица 6. Основные характеристики сушилки с псевдоожиженным слоем.

Диаметр сушилки, м	Высота псевдоожиженного слоя, м	Высота сепарационного пространства, м	Гидравлическое сопративление сушилки, Па	Диаметр штуцера для входа, м	Диаметр штуцера для выхода, м
4	6,82	2,6	5039	0,5	0,65

На следующем этапе нам потребуется кожухотрубчатый холодильник.

3.2 Расчет кожухотрубчатого холодильника

Исходные данные для расчета представлены в таблице 7

Таблица 7 Исходные данные [16]

Наименование	Значение
Рабочая среда	хлористый кальций
Расход G, кг/ч	3563
Температура, ºС начальная конечная	95 55

Приближенный расчет

Найдем разность температур при противотоке теплоносителей.

95 ⁰С  55 ⁰С

⁰С  20 ⁰С

 ⁰С  ⁰С

Она определится из формулы (41)

, (41)

где  - большая разность температур, ⁰С;

 - меньшая разность температур, ⁰С.

Разность температур будет равна

 ⁰С.

Найдем среднюю температуру воды

t₂ = 0,5· (55+40) = 47,5 ⁰С.

По формуле (42) рассчитаем среднюю температуру хлористого натрия

t₁ = t₂ +  (42)

Величина средней температуры хлористый кальций

t₁ = 47,5+47 = 94,5 ⁰С.

С учетом потерь холода 5% найдем расход теплоты по формуле (43)

Q = 1,05·G₁ ·С₁ · (t_{1н -} t_1к), (43)

где G₁ - расход хлористого кальция, кг/с;

С₁ - удельная теплоемкость хлористый кальций при его средней температуре, Дж/ (кг·К).

С₁ = 3058,7 Дж/ (кг·К) [17].

Переведем расход хлористый кальций из кг/ч в кг/с

G₁=  = 0,98 кг/с.

Расход теплоты

Q = 1,05·0,98 ·3059· (95-59) = 127145,1 Вт.

Расход воды определим по формуле (44)

, (44)

где

С₂ - удельная теплоемкость воды при ее средней температуре, Дж/ (кг·К).

С₂ = 3435,8 Дж/ (кг·К) [17].

Расход воды

 кг/с.

Определим ориентировочную величину площади поверхности теплообмена по формуле (45)

, (45)

где К_ор - ориентировочный коэффициент теплопередачи, Вт/ (м²·К).

На основе справочных данных [18] принимаем К_ор= 270 Вт/ (м²·К).

Ориентировочная величина площади поверхности теплообмена

м².

Определим соотношение n/z для холодильника из труб диаметром d_н=25х2 мм по формуле (46)

, (46)

где n - общее число труб;

z - число ходов по трубному пространству;

d - внутренний диаметр труб, м;

 - динамический коэффициент вязкости воды при ее средней температуре, Па·с.

= 0,0005 Па·с [17].

Задавшись числом Re₂=10500, рассчитаем n/z

.

Уточненный расчет

Из справочных данных [18] принимает наиболее близкое к заданному значению у холодильников с диаметром кожуха D=426 мм, диаметром труб d_н=25х2 мм, числом ходов z=1 и общим числом труб n=111.

Наиболее близкую к F_ор поверхность теплоотдачи имеет нормализованный аппарат с длиной труб L=6,0 м и F=52 м² [18].

Определим действительное число Re₂ по формуле (4)

 (47)

Действительное число Re₂ равно

Т.к. 1105,56<Re₂<10000, расчет критерия Нуссельта Nu₂ выполним по графику зависимости  от критерия Re [17].

Значению Re₂=1105,56 соответствует .

Найдем критерий Прандтля Pr₂ по формуле (48)

, (48)

где

 - коэффициент теплопроводности воды, Вт/ (м·К).

=0,616 Вт/ (м·К) [17].

Величина критерия Прандтля Pr₂

.

Пренебрегая поправкой , находим Nu₂

Nu₂=3,1·2,7^0,43=4,81.

Определим коэффициент теплоотдачи к воде по формуле (49)

 (49)

Значение коэффициента теплоотдачи к воде

 Вт/ (м²·К).

Найдем критерий Re₁ по формуле (50)

, (50)

где  - динамический коэффициент вязкости хлористого кальция при его средней температуре, Па·с. =0,54·10^-3 Па·с [17].

Критерий Re₁ равен

.

Т.к. 2300<Re₁<10000, расчет критерия Нуссельта Nu₂ выполним по графику зависимости от критерия Re [17].

Значению Re₁=2352,3 соответствует Ошибка! Ошибка внедренного объекта..

Найдем критерий Прандтля Pr₁ по формуле (51)

, (51)

где -коэффициент теплопроводности хлористого кальция, Вт/ (м·К).

=0,59 Вт/ (м·К) [17].

Величина критерия Прандтля Pr₁

.

Пренебрегая поправкой , находим Nu₁

Nu₁=14·2,7^0,43=3,2

Определим коэффициент теплоотдачи от хлористого натрия по формуле (52)

 (52)

Значение коэффициента теплоотдачи от хлористого натрия

 Вт/ (м²·К).

Сумма термических сопротивлений стенки труб из стали и загрязнений со стороны воды и хлористого кальция равна

 (м²·К) /Вт,

где

,002 - толщина стенки, м;

- тепловая проводимость загрязнений стенок со стороны воды, Вт/ (м²·К) [18];

- тепловая проводимость загрязнений стенок со стороны хлористого кальция, Вт/ (м²·К) [18];

,5 - коэффициент теплопроводности стали, Вт/ (м·К) [17].

Коэффициент теплопередачи найдем по формуле (53)

 (53)

Величина коэффициента теплопередачи равна

 Вт/ (м²·К).

Рассчитаем требуемую поверхность теплопередачи по формуле (54)

 (54)

Требуемая поверхность теплопередачи равна

м².

Найдем запас поверхности по формуле (55)

 (55)

Запас поверхности составляет при этом

.

Запас поверхности теплопередачи данного аппарата удовлетворяет условию.

На основе технологического расчета был выбран кожухотрубчатый холодильник с характеристиками, представленными в таблице 7 [19].

Таблица 7 - Основные характеристики холодильника

Диаметр кожуха D, мм	Диаметр труб dн, мм	Число ходов z	Общее число труб n	Длина труб L, м	Поверхность теплообмена F, м2	Расстояние между перегородками h, мм
426	25х2	1	111	6,0	52	250

Выводы

1.      Анализ литературных источников по технологии производства антигололедных композиций показал, что их производство актуально.

.        Изучены различные технологические методы получения антигололедных композиций, и предложена технологическая схема для реализации процессов в промышленных условиях.

3.      В ходе работы были рассчитаны основной и вспомогательный аппараты: сушилка с псевдоожиженным слоем и кожухотрубчатый холодильник.

Список использованной литературы

1.      Требования к противогололедным материалам [Текст] / ОДН 218.2.027-2003. - М., 2003.

2.      М.Е. Позин. Технология минеральных солей, т.1, Л.: Химия, 1974 г., с.778

.        Колодницкая, Н.В. Разработка и обоснование технологий обеспечения экологической безопасности городского хозяйства при рекультивации урбанизированных территорий [Текст]: дисс. канд. техн. наук: 05.23.19: защищена 24.02.2012: утв.23.07.2012/Колодницкая Наталья Владимировна - Волгоград, 2012. - 177 с. - Библиогр.: С.159.

.        Кирясов, А.С. Формирование эффективной транспортно-логистической системы регионального уровня на основе концепции устойчивого развития [Электронный ресурс] // "Инженерный вестник Дона”, 2013, № 1. - Режим доступа: http://ivdon.ru/magazine/archive/n1y2009/250 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

5.      Wilfrid, A. Nixon Sixth international symposium on snow removal and ice control technology / A. Nixon Wilfrid. - Washington: Doubletree Spokane City center Spokane, 2004. - 667 p.

.        Stephen J. Drschel Salt brine blending to optimize deicing and anti-icing performance. Final report / J. Drschel Stephen. - Minnesota Department of Transportation Research Services, 2012.

7.      Салех Ахмед, И.Ш. Волгоградский бишофит. Возможности освоения, глубокой переработки и использование природного бишофита [Текст] / И.Ш. Салех Ахмед. - Волгоград: Перемена, 2010 - 432 с.

.        Гейдор, В.С., Чешев, А.С. Экономический механизм устойчивого развития городских территорий [Электронный ресурс] // "Инженерный вестник Дона”, 2013, № 2. - Режим доступа: http://ivdon.ru/magazine/archive/n1y2009/250 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

.        Власенко, Т.В. Оценка эффективности рациональной организации и использования городских территорий [Электронный ресурс] // "Инженерный вестник Дона", 2012, № 4 (часть 1). - Режим доступа: http://ivdon.ru/magazine/archive/n4p1y2012/1070 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

10.    Патент RU 2196796. C23F11/08  <http://www.findpatent.ru/catalog/3/76/461/4806/40546/>, C09K3/18 <http://www.findpatent.ru/catalog/3/68/417/4445/37877/>. Способ получения антигололедного реагента/ Горев Юрий Александрович (RU), Ляхин Дмитрий Владимирович (RU), Замуруев Олег Викторович (RU) и др. ОАО "МХК "ЕвроХим". - 2007 г.

.        Патент RU 2191199. C09K3/18 <http://www.findpatent.ru/catalog/3/68/417/4445/37877/>, B01J 2/30,. Жидкость против обледенения для самолетов и взлетно - посадочных полос / ИЛЬВЕС Антти (FI), РЕИЙОНЕН Хейкки (FI), НИЕМИНЕН Юкка-Пекка (FI). ФОРТУМ ОЙЙ (FI). - 2002.

.        Патент RU 2192443 C09K3/18 <http://www.findpatent.ru/catalog/3/68/417/4445/37877/> Противообледенительная жидкость / Муханова Е. Е.; Каблов Е. Н.; Минаков В.Т. и др. Государственное предприятие "Всероссийский научно - исследовательский институт авиационных материалов". - 2002.

.        Патент RU 2219215 Противогололедная жидкость на ацетатной основе / Орлов В. А.; Орлов ВадимАлександрович. - 2003.

.        Патент RU 2193588. C23F11/08  <http://www.findpatent.ru/catalog/3/76/461/4806/40546/>, C09K3/18 <http://www.findpatent.ru/catalog/3/68/417/4445/37877/>. Гидрофобная антиобледенительная композиция / Дубинский Я. А <http://www.findpatent.ru/byauthors/109935/>. ;  <http://www.findpatent.ru/byauthors/9952/> Общество с ограниченной ответственностью "Научно - производственное строительное предприятие "Северная пирамида", Дубинский Яков Абрамович, Токарев Вячеслав Викторович. - 2002.

.        Патент RU 2174995 C23F11/08  <http://www.findpatent.ru/catalog/3/76/461/4806/40546/>, C09K3/18 <http://www.findpatent.ru/catalog/3/68/417/4445/37877/> Композиция против обледенения и способ ее применения/ Джордж А. ЯНКЕ (US) , Уоррен Д. ДЖОНСОН мл. (US)  <http://www.findpatent.ru/byauthors/124474/>; Джордж А. ЯНКЕ (US)  <http://www.findpatent.ru/byauthors/124473/>. - 2002.

.        Патент RU 2283336. C09K3/18 <http://www.findpatent.ru/catalog/3/68/417/4445/37877/>, B01J2/18. Гранулированное противогололедное средство и способ его получения / Круковский Олег Николаевич (RU)  <http://www.findpatent.ru/byauthors/276454/>, Флисюк Олег Михайлович (RU)  <http://www.findpatent.ru/byauthors/276453/>, Иоффе Ирина Александровна (RU)  <http://www.findpatent.ru/byauthors/276456/> и др.; ООО"Иолит" (RU)  <http://www.findpatent.ru/byowners/94980/>, ООО"ИНТЕХПРОЕКТ" (RU)  <http://www.findpatent.ru/byowners/94981/>. - 2006.

.        К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии, 10-е издание, переработанное и дополненное. Под ред.П.Г. Романкова. - Л.: Химия, 1987. - 576с.

.        Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-ое издание, переработанное и дополненное - М.: Химия, 1991. - 496с.

.        Каталог выпускаемого оборудования, 2-е издание, переработанное и дополненное. - Туймазы, 2002.