Geum.ru

«Технология переработки пластмасс и эластомеров»

Вид материалаАвтореферат

Содержание


Публикации по теме диссертации
Подобный материал:
1   2   3

Технологическая схема производства ионообменных активных углей

На основании полученных экспериментальных данных, нами предложена принципиальная технологическая схема производства активных углей, в которой отмывка полученного продукта проводится водой, а полученный после отмывки продукта от фосфорной кислоты раствор после установления требуемой концентрации, используется для пропитки исходного древесного сырья (рисунок 7). Производство активного угля по предложенной схеме осуществляется полунепрерывным способом: обработка сырья раствором фосфорной кислоты с последующей сушкой, отмывка полученного активного угля от остатков фосфорной кислоты производятся непрерывно, карбонизация/активация – периодически в трех параллельно включенных реакторах, поочередно меняющих свои функции.

Цикл работы реактора карбонизации/активации объемом 4,5 м3 (высота реактора 3 м, внутренний диаметр – 1,4 м) включает следующие стадии:
  • загрузка – 45 мин;
  • предварительный прогрев – 120 мин;
  • карбонизация/активация – 240-360 мин;
  • охлаждение – 80-120 мин;
  • разгрузка – 30-мин.

Стадия карбонизации/активации занимает половину и более времени цикла реактора. Следовательно, для работы достаточно двух реакторов. Применив три последовательно соединенных реактора, мы получаем возможность обслуживания и ремонта реакторов без остановки производства.

В баке 1, оборудованном мешалкой, готовят раствор фосфорной кислоты требуемой концентрации.

Предварительно измельченное древесное сырье подается в шнековый смеситель 2, где происходит его смешение с раствором фосфорной кислоты.

После обработки раствором фосфорной кислоты сырье выдерживается в течение 0,5 или более часов для равномерного распределения раствора, затем высушивается в барабанной сушилке 3 и поступает на следующую стадию – карбонизацию/активацию в вертикальном трубчатом реакторе 4 в токе воздуха.

Древесное сырье порциями, с уплотнением каждой порции, помещают в реактор, оборудованный в нижней части колосниковыми решетками. Затем через реактор начинают пропускать воздух при помощи дымососа 6. Электротермическим устройством сырье поджигают снизу реактора, после чего фронт карбонизации/активации перемещается снизу вверх в слое сырья в реакторе.




1 – емкость для пропиточного раствора фосфорной кислоты; 2 - шнековый смеситель; 3, 6 – барабанная сушилка; 4 – реактор карбонизации/активации; 5 – установка для промывки; 7-паровой котел; 8 – дымосос;

Рисунок 7 – Технологическая схема производства активного угля


В процессе карбонизации/активации образуются активный уголь и парогазы карбонизации/активации, которые дожигаются в паровом котле 7. Вырабатываемая теплота используется на стадиях сушки сырья, обработанного раствором фосфорной кислоты и готового продукта после промывки. Расчет теплового баланса показывает, что энергетическая самообеспеченность технологии достигается при использовании 35 - 40 % теплоты, выделяющейся при карбонизации/активации с последующим сжиганием парогазовой смеси.

По окончании карбонизации/активации продолжают пропускать воздух через реактор для его более быстрого охлаждения.

Получаемый уголь выгружают из реактора и промывают водой в установке 5. Полученный после промывки угля раствор, содержащий фосфорную кислоту, направляют в бак 1.

Отмытый уголь высушивают в сушилке 6 и направляют на склад.

Приведем расчет основных технико-экономических показателей для производства активного угля с расчетной мощностью по сырью 5000 т/год по предложенной технологической схеме. Исходные данные для расчета представлены в таблице 9.


Таблица 9 – Исходные данные для расчета

Вид сырья
опилки сосны,березы

Влажность сырья, %
30

Потребление сырья, т/год
5000

Цена сырья с НДС, руб./т
250

Потребление фосфорной кислоты 72 %, т/год
20,80

Цена фосфорной кислоты 72 % с НДС, руб./т
42480,00

Расход тепловой энергии, Гкалл./год
1000,00

Стоимость тепловой энергии с НДС, руб./Гкалл
691,48

Расход электроэнергии, МВт·ч/год
350,4

Стоимость электроэнергии с НДС, (руб./кВт·ч)
3,80

Содержание фосфорной кислоты в сырье после пропитки, в пересчете на сухое сырье
6

Гидромодуль при пропитке сырья раствором фосфорной кислоты
1

Остаточное содержание фосфорной кислоты в угле, %
2,4

Выход угля, % от а.с.с.
21

Штатная численность персонала, чел.
9

Средняя заработная плата, руб./мес.
15000

Планируемая цена реализации продукции без НДС, руб./т
40 000

Производительность, т/год
546

Капиталовложения, тыс. руб.
14000


Выбор в пользу использования в качестве сырья отходов деревообработки продиктован тем, что в Алтайском крае остро стоит проблема их утилизации.

Цена реализации продукции - 40 руб./кг без НДС выбрана по результатам проведенного маркетингового исследования.

Для выбранных исходных данных были рассчитаны основные технико-экономические показатели (таблица 9).


Таблица 9 – Основные технико-экономические показатели производства



Валовый доход, тыс. руб.
21840

Прибыль от реализации, тыс. руб.
12650

Налог на прибыль, тыс. руб.
3036

Чистая прибыль, тыс. руб.
9614

Рентабельность продукции, %
104,6

Рентабельность производства, %
51,7

Срок окупаемости производства, лет
1,46


Одним из достоинств технологии является низкая себестоимость получаемых ионообменных активных углей – 16,8 руб./кг, что позволяет выгодно производить и более широко применять ионообменные активные угли в водоочистке, где ранее их применение сдерживалось их высокой себестоимостью.


ВЫВОДЫ
  1. Разработан способ одностадийного получения активных углей-ионообменников в процессах карбонизации-активации-окисления, протекающих в образованном воздушным дутьём термоокислительном фронте, движущемся в слое обработанного раствором фосфорной кислоты, и высушенного древесного сырья (пат. 2323878 РФ, МПК8 С01В31/08; заявл. 2006.08.02);
  2. Найдено, что при варьировании скорости от 0,03 до 0,15 м/с максимальная температура термоокислительного фронта практически линейно увеличивается от 530 до 730 °С, скорость распространения фронта возрастает от 1,2·10-4 до 4·10-4 м/с, продолжительность процесса пропорционально уменьшается от 66 до 17 мин.
  3. Исследованы зависимости выхода, суммарной пористости, осветляющей способности по метиленовому голубому, адсорбционной активности по иоду получаемых углей от содержания фосфорной кислоты и скорости воздуха в свободном сечении реактора при карбонизации/активации, при использовании в качестве сырья березовых опилок фракции 1-5 мм. Показано, что угли с лучшими свойствами образуются при содержании фосфорной кислоты в сырье 2-6 % и скорости воздуха 0,09-0,12 м/с. Угли, полученные при данных условиях, обладают суммарной пористостью 0,9-1,4 см3/г и обладают активностью по иоду, соответствующей требованиям для углей ДАК (ГОСТ 6217-74).
  4. Изучено влияние природы исходного древесного сырья на свойства получаемых активных углей. Установлено, что лучшей осветляющей способностью по метиленовому голубому обладают угли, полученные из древесины сосны (100 мг/г), адсорбционной активностью по иоду - угли, полученные из древесины березы - 53 %. По величинам обменной емкости по катионам Ni2+ лучшими показателями обладают угли, полученные из древесины березы - 1,54 ммоль-экв/г и сосны - 1,30 ммоль-экв/г.
  5. Установлены зависимости катионообменных свойств активных углей полученных при скорости воздуха 0,12 м/с от содержания фосфорной кислоты, в том числе динамика и избирательность ионного обмена. Определены значения статической и динамической обменных емкостей, найдены кажущиеся константы ионного обмена при обмене катионов кальция на катионы Cu2+, Ni2+, Fe3+. Выяснено, что полученные сорбенты обладают величиной полной статической обменной емкости 2-2,75 ммоль-экв/г и по всем показателям, кроме гранулометрического состава, удовлетворяют ГОСТ 30357-96 «Угли – катионообменники».
  6. Показано, что при модификации газообразным аммиаком константа равновесия ионного обмена Ca2+-Cu2+ увеличивается с 1,7-3 до 4 – 16, что соответствует увеличению коэффициента разделения с 3-8 до 17 – 186, в зависимости от содержания фосфорной кислоты.
  7. Разработана технологическая схема производства ионообменных активных углей из отходов деревообработки (производительность 546 т/год). При предполагаемой цене реализации 40 руб./кг без НДС и инвестициях 14 млн. руб. рентабельность производства - 51,7 %, срок окупаемости – 1,46 лет.


^ Публикации по теме диссертации :
  1. Карчевский, Д.Ф. Изучение свойств активных углей, полученных в проточном реакторе, в режиме самораспространяющегося синтеза [Текст] / Д.Ф. Карчевский, А.А. Беушев, М.М. Чемерис // Наука и молодежь: материалы 2-ой всерос. науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. – Барнаул, 2005. – C. 52–53.
  2. Пантелеева, Н.Л. Исследование новых углеродных наполнителей в резиновых смесях [Текст] / Н.Л. Пантелеева, Д.Ф. Карчевский, А.А. Бородин // Ползуновский вестник. – 2006. – № 2, ч. 2. – С. 193–195.
  3. Беушев, А.А. Влияние расхода воздуха и концентрации фосфорной кислоты на выход и свойства активированных углей, полученных методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза [Текст] / А.А. Беушев, Д.Ф. Карчевский, Ю.А. Матвеев // Ползуновский вестник. – 2006. – № 2, ч. 2. – С. 249–251.
  4. Исаков, А.В. Изучение смолы, выделяющейся при получении активных углей, при помощи ИК–спектроскопии [Текст] / А.В. Исаков, Д.Ф. Карчевский, А.А. Беушев, М.М. Чемерис // Наука и молодежь: Материалы 3-ей всерос. науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. – Барнаул, 2006. – С. 5-6.
  5. Матвеев, Ю.А. Оптимизация процесса получения активных углей в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза [Текст] / Ю.А. Матвеев, Д.Ф. Карчевский, А.А. Беушев, М.М. Чемерис // Наука и молодежь: материалы 3-ей всерос. науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. – Барнаул, 2006. – С. 14-16.
  6. Чиркина, М.В. Изучение свойств активных углей, полученных в проточном реакторе, в режиме самораспространяющегося синтеза [Текст] / М.В. Чиркина, А.А. Беушев, Д.Ф. Карчевский // Наука и молодежь: материалы 4-ой всерос. науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. – Барнаул, 2007. – С. 4-6.
  7. Богатырев, М.В. Универсальный метод определения динамической активности углей и установка для его осуществления [Текст] / М.В. Богатырев, Д.Ф. Карчевский, А.А. Беушев // Наука и молодежь: Материалы 4-ой всерос. науч.-технич. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. – Барнаул, 2007. – С. 10-11.
  8. Карчевский, Д.Ф. Изучение влияния содержания фосфорной кислоты на ионообменные свойства активных углей, полученных в вертикальном трубчатом реакторе в токе воздуха [Текст] / Д.Ф. Карчевский, А.В. Исаков // Ползуновский вестник. – 2008. – №3. – С. 303–304.
  9. Соколов, С.А. Исследование селективности ионного обмена на активном угле, полученном в трубчатом реакторе в токе воздуха с использованием фосфорной кислоты [Текст] / С.А. Соколов, Д.Ф. Карчевский // Наука и молодежь: материалы 5-ой всерос. науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. – Барнаул, 2008. – С. 9.
  10. Пат. 2323878 РФ, МПК8 С01В31/08. Способ получения активного угля / Д.Ф. Карчевский, А.А. Беушев, М.М. Чемерис; заявитель и патентообладатель Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова; - № 2006128119/15 (030548); заявл. 2006.08.02; опубл. 2008.05.10.
  11. Исаков, А.В. Исследование влияния концентрации фосфорной кислоты на ионообменные свойства активных углей [Текст] / А.В. Исаков, Д.Ф. Карчевский // Наука и молодежь: Материалы 5-ой всерос. науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. – Барнаул, 2008. – С. 16-17.
  12. Карчевский, Д.Ф. Получение активного угля с улучшенными ионообменными свойствами из древесных отходов [Текст] /Д.Ф. Карчевский // Химия – XXI век: новые технологии, новые продукты: материалы XI науч.-практ. конф. – Кемерово, 2008. – С. 171-172.
  13. Карчевский, Д.Ф. Изучение ионообменных свойств активных углей, полученных в токе воздуха в трубчатом проточном реакторе с использованием фосфорной кислоты [Текст] / Д.Ф. Карчевский // Химия и химическая технология в XXI веке: материалы IX всерос. науч.–практ. конф. студентов и аспирантов. – Томск, 2008. – С. 157-158.
  14. Карчевский, Д.Ф. Способ получения окисленных активных углей из древесного сырья [Текст] / Д.Ф. Карчевский, М.М. Чемерис, А.В. Исаков // Полифункциональные наноматериалы и нанотехнологии: материалы XI всерос. конф. с междунар. участием. – Томск, 2008. – Т. 1. – С. 234–237.