Главная » 2013»Ноябрь»14 » Скачать Моделирование и разработка технологических процессов производства термоантрацитов. Безуглов, Александр Михайлович бесплатно
03:54
Скачать Моделирование и разработка технологических процессов производства термоантрацитов. Безуглов, Александр Михайлович бесплатно
Моделирование и разработка технологических процессов производства термоантрацитов
Диссертация
Автор: Безуглов, Александр Михайлович
Название: Моделирование и разработка технологических процессов производства термоантрацитов
Справка: Безуглов, Александр Михайлович. Моделирование и разработка технологических процессов производства термоантрацитов : диссертация доктора технических наук : 05.17.07 Москва, 2003 276 c. : 71 05-5/613
Объем: 276 стр.
Информация: Москва, 2003
Содержание:
Введение
1 Литературный обзор Анализ задач, возникающих в связи с использованием антрацитов в качестве химического сырья
2 Физико-химические свойства антрацитов, продуктов их переработки и связующих
21 Общая геологическая характеристика Донецкого бассейна
22 Метаморфизм и формирование структурных свойств антрацитов
23 Механические свойства: трещиноватость, прочность и дробимость антрацитов
24 Зольность антрацитов и возможность получения малозольных концентратов
25 Тепловые свойства антрацитов
26 Электрические и магнитные свойства антрацитов
27 Оптические свойства антрацитов
28 Изменение свойств антрацитов при термообработке
3 Явления на контакте антрацита с органическим связующим
31 Свойства каменноугольных пеков
32 Определение а-фракции в каменноугольном пеке оптическими методами
33 Адгезионная прочность углеродистых материалов
4 Производство термоантрацита
41 Основные проблемы и задачи, связанные с производством термоантрацита
42 Сырьевая база производства термоантрацитов
43 Сущность промышленного процесса термообработки
44 Шахтная технология
45 Недостатки конструкции печей и общие предложения по их совершенствованию
451 Потери антрацитового материала на этапах загрузки и разгрузки
452 Экспериментальные исследования влияния неодно-родностей распределения температуры и грансостава на качество термоантрацита
453 Механическая и тепловая стойкость кладки печи
454 Воздушные фурмы Необходимость водяного охлаждения и способы его улучшения Безводные фурмы
455 Другие аспекты шахтной технологии
Физико-химические процессы термообработки антрацита
51 Прогрев отдельных кусков антрацита различной формы Время прогрева
52 Распределение температуры в шахтной печи
53 Процессы теплообмена в шахтной печи, КПД
54 Прогрев отдельных кусков антрацита в переменной температуре, моделирование реального процесса в шахтной печи
55 Физические эффекты нестационарной термообработки
56 Влияние флуктуаций термодинамических параметров на средние показатели технологического процесса
57 Распределение тока в неоднородной среде Эффекты неоднородности
58 Генераторный процесс, возникающий при производстве термоантрацита в шахтной печи
59 Газодинамическое сопротивление сыпучих материалов
Совершенствование технологии получения термоантрацита в шахтных печах Организация перерабатывающих производств в составе горнодобывающей отрасли
61 Улучшение воздухопроницаемости засыпки
62 Совершенствование воздушного дутья
63 Совершенствование газогенераторного механизма горения Возможности использования водорода
64 Утилизация тепла
65 Снижение пыления и очистка дымовых газов
66 Совершенствование сырьевой базы производства термоантрацита
67 Шахтная термоантрацитная печь с принудительным отбором газов
68 Производство термоантрацита в условиях горного предприятия
7 Другие направления использования антрацитов Промышленные испытания и внедрения
71 Промышленные испытания
72 Экономическая эффективность предложенных мер по совершенствованию технологии производства термоантрацита
73 Использование антрацитовых штыбов при производстве углеграфитовой продукции
74 Производство фильтрантов
Введение:
Более полувека назад Ю.А. Жемчужников написал: ".антрацит еще недостаточно хорошо изучен как со стороны физических и химических свойств, так и в петрографическом отношении. Между тем, первое же прикосновение к ним научного анализа может дать большие неожиданности, важные как в научном, так и практическом отношении" [1].
Антрациты являются ценным сырьём для производства углеродных материалов различного назначения. Однако в настоящее время они потребляются, в основном, как топливо в энергетике и только 2-5% перерабатывается, в то время как для получения углеродных материалов используют нефтепродукты или приобретаются готовые изделия за рубежом.
Развитие различных промышленных технологий требует производства все большего количества углеродных и углеродсодер-жащих изделий, значительная часть из которых может быть получена на основе антрацитов; существует серьезная опасность отставания от мирового уровня в этой отрасли и замещения экспортом отечественной продукции. При этом большой интерес вызывает Донецкий бассейн и особенно Восточный Донбасс, который представлен в значительной степени антрацитами — конечным продуктом метаморфизма каменных углей. Многообразие свойств антрацитов определяет актуальность не только задач их изучения, но и разнообразного технологического использования. В свою очередь, уникальность свойств углеродсодержащих изделий ставит задачи совершенствования существующих и создания новых технологий производства таких изделий, а также технологий переработки антрацитов и подготовки на их основе сырья и полуфабрикатов с заданными свойствами, таких, как термоантрацит.
На углеродной основе могут производиться различные изделия для футеровки доменных печей и химических реакторов, электроды для электрохимических производств, элементные, осветительные и спектральные угли, щетки для электродвигателей, фильтровальные порошки, сорбенты и т.п. [2].
Высокий спрос на изделия из термоантрацита определяет важность проблемы переработки исходных антрацитов. Многообразие антрацитов разной степени метаморфизма предполагает исследование и прогнозирование изменения их свойств в различных технологических процессах, установление взаимосвязи свойств сырья и готовой углеграфитовой продукции, разработку общей модели их переработки с целью создания эффективных технологий, позволяющих получать продукцию с заданными свойствами. Кроме того, организация производств, перерабатывающих антрацит в угледобывающем регионе, особенно в составе горного предприятия, может способствовать, как показали исследования, преодолению многолетнего кризиса в горнодобывающей отрасли за счет повышения рентабельности производства. Решению этих важных и актуальных проблем посвящена данная диссертация.
Работа выполнена в соответствии с координационным планом Министерства образования РФ по теме: «Интенсивные ресурсосберегающие методы и средства разработки угольных пластов, использования углей и охраны труда» (СП-183, 1994г.), а также в рамках программы Министерства образования РФ «Экологически чистое горное производство» (СП-122, 1997г.).
Целью работы является разработка научных основ совершенствования существующих и создание новых технологических процессов, позволяющих получать термоантрацит (ТА), имеющий высокую однородность качественных характеристик, разработки эффективных технологий получения различных сортов ТА, а также обоснование создания горно-перерабатывающих комплексов. Для достижения поставленной цели решались задачи:
• исследования физико-химических свойств антрацитов и разработки методов прогноза их изменения в процессе термообработки, выявления и анализа контактных явлений на границе наполнитель-связующее;
• исследования основных закономерностей процессов термообработки антрацитов в реальных условиях;
• разработки общей математической модели физико-химических процессов переработки антрацитов и научных основ получения ТА с заданными свойствами и были проведены:
• экспериментальные исследования в лабораторных условиях различных этапов промышленных процессов и технологий;
• промышленные испытания отдельных узлов конструкций и элементов новых технологий;
• работы по внедрению технологий переработки антрацитов на горных предприятиях и организации выпуска ассортимента ТА.
Научная новизна работы.
1. Выявлены основные физико-химические закономерности процесса термообработки и оптимальные режимы получения ТА с заданными свойствами в шахтной технологии. Обоснованы пути совершенствования современной технологии.
2. Разработана общая математическая модель физико-химических процессов, происходящих при термообработке антрацитов в шахтной технологии.
3. Впервые разработана новая технология термообработки антрацитов, в которой проведен последовательный и объективный учёт влияния неоднородностей технологических параметров и характеристик сырья на средние показатели производства и качество продукта.
4. Впервые установлена степень влияния неоднородностей величин технологических параметров на средние показатели произвольного производственного процесса, установлена зависимость целевых функций от средней величины флуктуаций технологических параметров. Показано снижение КПД эндотермического процесса пропорционально величине относительных флуктуаций.
5. Теоретически выявлены целесообразность и возможность перехода от выпуска рядового термоантрацита (РТА) к выпуску ассортимента термоантрацитов, содержащего несколько сортов.
Практическое значение работы:
1. Разработаны предложения по совершенствованию шахтной технологии. Реализация предложений позволила снизить угар (64,7%) и существенно поднять однородность качества ТА.
2. Предложен новый тип шахтного реактора, имеющего ряд преимуществ по сравнению со старым, и в котором принудительное нагнетание воздуха заменено отбором продуктов горения.
3. Результаты исследований позволяют существенно расширить сырьевую базу производства ТА за счет вовлечения в производство новых классов сырья: от 30 мм до 200 мм.
4. Разработанная технология позволяет получать ТА с заданными характеристиками и с высокой однородностью свойств: Ар удасл 1ЛЛ Оммм2 Оммм2 ется снизить с 50-200 - до 20-30 -. м м
5. На основе экономических расчетов обоснована возможность повышения рентабельности горного предприятия путем создания горно-перерабатывающего комплекса. Разработано технико-экономическое обоснование организации цеха по переработке антрацита непосредственно на горном предприятии, что позволяет использовать ресурсы основного производства и поднять рентабельность горного предприятия на 20-25%.
Апробация работы и публикации.
Основные результаты исследований были доложены и обсуждены на Всесоюзных конференциях: «Современные достижения в области исследований, производства и эксплуатации углеродных материалов и изделий» (Челябинск, 1984); «Исследования углей, процессов и продуктов их переработки» (Свердловск, 1985); «Пути совершенствования технологии электроугольного производства» (Электроугли, 1985); «Совещание по химии и технологии получения жидких и газообразных топлив из угля, сланцев и нефтяных остатков» (Москва, 1985); «Новые направления в области исследований, производства и эксплуатации конструкционных материалов» (Москва, 1986); Международной научной конференции «Химия и природосберегающие технологии использования угля» (Москва, 1999); Международной конференции и школе-семинаре ЮНЕСКО «Химия угля на рубеже тысячелетий» (Москва, 2000); 1-й Международной конференции «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология» (Москва, 2002);
2-ой международной конференции по проблемам рационального природопользования «Проблемы создания экологически рациональных и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства» (Тула, 2002); Региональных научных конференциях: «Геология и разведка угольных месторождений» (Ростов/Дон, 1988); «Юбилейной научно-технической конференции Шахтинского института НГТУ» (Шахты, 1996); XXXXVI научно-технической конференции Шахтинского института НГТУ «Механизация и электрификация горных работ» (Шахты, 1998); Научно-технической конференции «Научно-технические проблемы разработки твердых полезных ископаемых Юга России» (Шахты, 1998); 49-ой научно-производственной конференции «Научно-технические и социально-экономические проблемы Российского Донбасса» (Шахты, 2000); 50-ой Юбилейной региональной научно-производственной конференции Шахтинского института ЮРГТУ (НПИ) (Новочеркасск, 2001); 47-ой научной конференции НГТУ «Экономические основы эффективности использования ресурсов предприятий» (Новочеркасск, 1998); Расширенном заседании Научного совета по химии ископаемого твердого топлива РАН «Перспективы развития углехимии м химии углеродных материалов в XXI веке» (Звенигород, 2003).
По результатам выполненных исследований опубликовано 47 научных работ, в том числе 3 монографии.
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения. Содержит 91 рисунок, 43 таблицы, список литературы из 348 наименований.
