Отзыв ведущей организации (Совершенствование тепловой работы печи термостабилизации при производстве углеродных волокон с целью сокращения энергозатрат)

«УТВЕРЖДАЮ» ектор по научной работе овский государственный рритет им. В.И. Ленина» В.В. Тютиков « ' ~» апреля 2016 г. ОТЗЫВ ведущей организации' ~' на диссертационную работу Исаева Андрея Сергеевича на тему «Совершенствование тепловой работы печи термостабилизацни при производстве углеродных волокон с целью сокращения энергозатрат», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.04 — Промышленная теплоэнергетика В настоящее время отчетливо проявляется тенденция к замещению металлических конструктивных материалов полимерными композитами. Наиболее ярко это выражается в космическом и авиационном машиностроении, автомобилестроении, судостроении„ производстве спортивного инвентаря и т.д. В связи с этим наблюдается бурное развитие производства углеродных волокон, являющихся армирующей основой большинства полимерных композитов.

Производство углеродных волокон отличается высокой себестоимостью, которая определяется большими энергетическими затратами. Около 70% всех энергозатрат приходится на первый этап термообработки исходного волокна— этап термостабилизации. Существующие технологии процесса термостабнлизации исходного волокна и конструкции печей, позволяющие реализовать эти технологии, исчерпали свои возможности в плане значительного сокращения энергозатрат. Диссертация Исаева А.С., посвященная разработке и исследованию принципиально нового режима процесса термостабилизации, весьма своевременна как в научном, так и в практическом аспекте.

Актуальность темы диссертации определяется тем, что автором предлагается существующий конвективный режим теплообмена, реализуемый в рабочем пространстве печей термостабилизации, заменить радиационно-конвективным теплообменом, который позволяет не только сократить энергозатраты на пропесс термостабилизации, но и полностью исключить возможность пережога обрабатываемого волокна, а также повысить более равномерную обработку по его сечению. Диссертация выполнена в соответствии с требованиями ВАК РФ, включает введение, 5 глав, заключение.

Список литературы содержит 118 наименований. Общий объем составляет 127 страниц, 43 рисунка, 15 таблиц. Во введении представлено обоснование темы работы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость полученных результатов. Первая глава содержит аналитический обзор литературы по механизму получения углеродных волокон нз синтетических волокон и существующим технологиям их производства. Особое внимание уделено процессу термостабилизации.

Проанализировано современное состояние исследования в области процесса термостабилизации волокон, выявлены принципиальные недостатки изучаемого процесса, обсуждены возможные пути преодоления существующих недостатков. На основании выполненного анализа предложена наиболее перспективная из существующих конструкций печей термостабнлизации — печь ВУЛОН. Всесторонний и детальный анализ литературных данных обусловил четкую постановку задачи и цельность всей диссертационной работы. Во второй главе представлена математическая модель процесса термической стабилизации ПАН жгутов в печи ВУЛОН. Решается сопряженная задача теплообмена, включающая в себя задачу теплопроводности при наличии внутренних источников теплоты в движущемся жгуте и задачу радиационно-конвективного теплообмена внутри канала при симметричном нагреве жгутов.

Представлена система уравнений, описывающая перечисленные процессы. Показано, что для решения поставленной задачи необходимо знать кинетические и теплофизические реакции, протекающие в ПАН жгуте. Математическая модель программно реализована на языке программирования С++ в среде Вш!бег б.О. Разработанная модель позволяет осуществлять численное исследование процесса термостабилизации при заданных значениях физико-химических констант (энергия активации и константа скорости реакции) исходного сырья. В третьей главе приведены методика и результаты экспериментальных исследований процесса термостабилизации ПАН волокна при его нагреве до 330 С в атмосфере воздуха. Экспериментальные данные показывают идентичность поведения ПАН волокна в процессе термостабилизации поведению частички угля при ее сжигании.

На основании экспериментальных данных получены уравнения, позволяющие определять скорость выделения примесей из ПАН волокна, а также физико-химические характеристики реакций, протекающих в волокне. В четвертой главе при помощи разработанной математической модели проведено исследование тепловой работы печи ВУЛОН. Исследования показали, что в печи реализуется не конвективный режим теплообмена между воздухом и обрабатываемым жгутом, а радиационно-конвективный теплообмен. При этом радиационная составляющая является доминирующей по сравнению с конвективной.

Показано, что при работе печи в проектном режиме ее рабочее пространство используется не оптимальным образом. Основные нагрузки при этом сосредоточены в шести каналах из девяти. При этом создаются условия для пережога обрабатываемого волокна в результате интенсивного тепловыделения. Разработан рекомендуемый температурный режим в рабочем пространстве печи, который позволяет использовать полностью рабочее пространство печи, исключает возможность пиковых выделений теплоты.

поззоляет более равномерно по сечени'о волокна осуществлять его терми,ескую обработку и при этом сокращает в три раза расход электроэнергии по сравнению с проектным режимом. В пятой главе представлены результаты экспериментальной проверки применимости созданной модели для сокращения энергетических затрат на печах термостабилизации, у которых электронагреватели установлены в рабочем пространстве. Результаты экспериментов показали, что реализация режима термостабилизации, полученного с помощью разработанной математической модели, позволила сократить энергозатраты на 34;4 без ухудшения качества получаемого волокна. Научная новизна диссертации Исаева А.С. заключается в следующем: показана возможность замены традиционного конвективного механизма теплообмена в рабочем пространстве печей термостабилизации на радиационноконвективный, что позволит не только сократить энергозатраты на проведение процесса термостабилизации, но и улучшить его технологические показатели; - предложенная в работе физическая модель процесса термостабилизации создает теоретическую основу для определения предельно-допустимой температуры нагрева ПАН волокна в зависимости от его физико-химических свойств.

Практическая значимость работы отражена в следующих положениях: появилась возможность управлять температурным режимом в рабочем пространстве печи с электронагревателями благодаря разработанной математической модели процесса термостабилизации ПАН волокна, что обеспечивает минимальные энергетические затраты на процесс и исключает возможность пережога ПАН волокна; получен новый режим нагрева волокна в процессе термостабилизации применительно к печам типа ВУЛОН, позволяющий сократить энергетические затраты при сохранении качества полупродукта. Полученные в диссертационной работе Исаева А.С.

результаты имеют как научное, так и практическое значение, они переданы к исполнению в ОАО «НИИграфит», о чем в приложении к диссертации имеется соответствующий документ. Эти результаты могут быть рекомендованы к использованию на предприятиях ОАО «Композит», ООО «Завод углеродных и композиционных материалов», 000 «Алабуга-волокно», 000 «Аргон» для совершенствования существующих технологий и при внедрении новых процессов и аппаратов для термостабилизации полимерных волокон.

Внедрение результатов диссертационной работы может помочь превзойти все существующие показатели процесса термостабилизации как по их энергетической эффективности, так и по качеству получаемой продукции. Материалы диссертационной работы докладывались автором на конференциях различного уровня. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ, в том числе 3 статьи в ведущих научных изданиях, включенных в перечень ВАК РФ. Текст диссертации изложен последовательно и аргументировано.

Представление текстового и графического материала выполнено в соответствии с действующими нормами и правилами. Автореферат в полной мере отражает содержание диссертации. Замечания по работе: 1. В четвертой главе диссертации рассмотрен режим №2, который позволяет существенно сократить энергетические затраты. Из рисунка 4.8 видно, что удаление примесей в жгуте завершается лишь на выходе из печи. Целесообразно было бы обеспечить запас для гарантированного завершения всех преобразований жгута.

2. Каковы возможности применения разработанной математической модели для действующих печей термостабилизации, реализующих только конвективный режим теплообмена? 3. На рис.4.5 температура воздуха постоянно растет. Нет пояснений, почему наблюдаются резкие спады температур жгута и нагревателей в начале канала? 4. В работе представлены результаты экспериментов„проведенных при различных темпах нагрева, но не приведены рекомендации по выбору оптимального темпа нагрева.

Заключение." Несмотря на высказанные замечания, диссертационная работа соответствует требованиям пункта 9 «Положения о присуждении ученых степеней» (постановление Правительства РФ от 24 сентября 2013 г. № 842) и паспорту научной специальности 05.14.04 — Промышленная теплоэнергетика. Основные материалы работы полностью отражены в научных публикациях, представленных соискателем ученой степени. Диссертация Исаева А.С. на тему «Совершенствование тепловой работы печи термостабилизации при производстве углеродных волокон с целью сокращения энергозатрат» является научно-квалификационной работой, в которой на основании выполненных автором исследований решена научная проблема сокращения энергетических затрат на производство углеродных волокон, что имеет значение для развития промышленности производства полимерных композитов.

Автор, Исаев Андрей Сергеевич, заслуживает присуждения ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.04 — Промышленная теплоэнергетика. Диссертационная работа и отзыв обсуждены на заседании кафедры "Энергетики теплотехнологий и газоснабжения" ФГБОУ ВО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». Протокол №5 от 30 марта 2016 г. Заведующий кафедрой «Энергетика теплотехнологий и газоснабжение» кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И.

Ленина» 153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34 е-пза11: ог1поз«Югз' .Ь щи тел.: 8-920-341-58-26 Горинов Олег Иванович .