Содержание к диссертации
Введение
1. Основные закономерности процесса псевдоожижения и анализ конструкций установок для сушки дисперсных материалов 11
1.1. Гидродинамика, тепло- и массообмен в процессе сушки в псевдоожиженнм слое 11
1.2. Конструктивные особенности сушильных устройств 23
1.3. Теория и практика метода осциллирования при сушке 35
1.4. Выводы и задачи исследования 50
2. Математическое моделирование процесса сушки термолабильных материалов в осциллирующем режиме 52
2.1. Теоретические исследования процесса формирования центробежного псевдоожиженного слоя 52
2.2. Материальный и тепловой баланс процесса сушки в псевдоожижженном слое 63
2.3. Уравнения температурной динамики материала и газа и их анализ 69
2.4. Сопоставление численного и аналитического решений системы температурных уравнений для первого периода сушки 88
2.5. Определение времени прогрева материала и времени первого периода сушки 93
3. Экспериментальное исследование процеса сушки термолабильных материалов в осциллирующем режиме 106
3.1. Описание экспериментальной установки 106
3.2. Методика проведения экспериментальных исследований процесса сушки и их результаты 110
3.3. Экспериментальное исследование гидродинамики и межфазного теплообмена центробежного слоя 117
4. Методика инженерного расчёта сушильных установок с центробежным псевдоожиженнам слоем полидисперсного материала 128
4.1. Общие принципы расчёта сушильных установок 128
4.2. Тепловой расчёт сушильных установок 130
4.3. Конструктивный расчёт сушильной установки с осциллирующим режимом 138
Основные результаты работы 145
Условные обозначения 146
Библиографический список 148
Приложения 163
- Конструктивные особенности сушильных устройств
- Материальный и тепловой баланс процесса сушки в псевдоожижженном слое
- Методика проведения экспериментальных исследований процесса сушки и их результаты
- Конструктивный расчёт сушильной установки с осциллирующим режимом
Введение к работе
Актуальность темы. Современное развитие сушильной техники для дисперсных термочувствительных материалов характеризуется разработкой новых конструкций сушильных установок. Учитывая свойства таких материалов, предпочтение отдают организации осциллирующего режима сушки. Попеременный нагрев и охлаждение позволяют использовать высокотемпературные сушильные агенты, при этом сохранить качество высушиваемых материалов и получить более высокие технико-экономические показатели процесса.
В настоящее время распространённым теплотехническим принципом организации сушки дисперсных материалов является псевдоожижение. Использование псевдоожиженного слоя позволяет существенно интенсифицировать процесс сушки, однако появляются технологические осложнения, вызванные различным временем пребывания отдельных частиц материала в камере псевдоожижения. Кроме этого, для большинства влажных материалов инерция поля массосодержания значительно превышает инерцию температурного поля, поэтому длительное пребывание частиц в сушильном объёме при высокой температуре теплоносителя вызывает перегрев термочувствительных материалов и ухудшение качества продукта.
Несмотря на то, что многим вопросам теоретических и экспериментальных исследований процессов сушки в настоящее время уделяется большое внимание, технико-экономические показатели современных сушильных установок далеки от совершенства, поэтому вопросы разработки высокоэффективных способов сушки, проектирования и внедрения таких сушильных установок являются актуальными.
Работа выполнена в соответствии с научным направлением Воронежского государственного технического университета «Физико-технические проблемы энергетики и экологии» (Гос. регистр. 01.2.00.409970).
Целью работы являются теоретические и экспериментальные исследования процесса сушки дисперсных материалов в центробежном псевдоожижен-ном слое и разработка методики расчёта сушильных установок, работающих в осциллирующем режиме.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
разработать конструкцию установки для сушки дисперсных материалов в центробежном псевдоожиженном слое в осциллирующем режиме;
исследовать процессы формирования центробежного псевдоожиженно-го слоя, получить соотношения для определения параметров газораспределительной решётки;
разработать математическую модель тепломассообменных процессов сушки дисперсных материалов и определить температурные поля для обрабатываемого материала и сушильного агента;
провести численное и аналитическое решение задачи определения времени достижения предельной температуры материала в процессе сушки в зависимости от температуры сушильного агента, термодинамических и кинематических характеристик материала и сушильного агента;
создать экспериментальную установку и провести исследования процесса сушки термочувствительных дисперсных материалов в осциллирующем режиме;
разработать методику инженерного расчета сушильных установок, позволяющих организовать осциллирующий процесс сушки термочувствительных дисперсных материалов.
Научная новизна:
- разработана конструкция сушильной установки, позволяющая осущест
влять сушку дисперсного термочувствительного материала в осциллирующем
режиме;
получены аналитические соотношения для расчёта профиля газораспределительной решётки и высоты конуса, регулирующего скорость сушильного агента;
разработана математическая модель тепломассообмена в центробежном псевдоожиженном слое дисперсного материала, позволяющая выявить закономерности распределения температуры в твёрдой и газообразной фазах;
на основе обработки опытных данных получены эмпирические зависимости для порозности, коэффициента гидравлического сопротивления, средней скорости движения материала и коэффициента теплоотдачи.
Практическая значимость работы. Результаты выполненных теоретических и экспериментальных исследований являются научной основой новых технических и технологических решений в области сушки. Полученные аналитические и эмпирические соотношения послужили надежной теоретической базой для разработки инженерной методики расчета сушильных установок с центробежным псевдоожиженным слоем дисперсного материала в осциллирующем режиме. Разработана оригинальная конструкция сушильной установки, новизна которой защищена патентами на изобретение.
Результаты работы внедрены в практику ООО «Завод КПД-2» г. Воронежа, а также использованы в курсе лекций по дисциплине «Тепломассообменное оборудование предприятий» Воронежского государственного технического университета.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на: научно-технических конференциях молодых учёных, аспирантов и студентов «Физико-технические проблемы энергетики экологии и энергоресурсосбережения» (Воронеж, 2004-2006); Международных конференциях и Российской научной школе «Системные проблемы надёжности, качества, информационных и электронных технологий (Инноватика)» (Москва-Сочи, 2004-2006); Седьмой Международной конференции «Современные сложные системы управления» HTCS'2005 (Воронеж, 2005); Второй Международной научно-
практической конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и тепловые процессы)» СЭТТ- 2005 (Москва, 2005); Третьей Российской школе-семинаре молодых учёных и специалистов «Энергосбережение - теория и практика» (Москва, 2006).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 18 научных работах, в том числе 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ и 2 патента.
В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежит: [3,4,7,9,12,14] - разработка конструкции аппаратов и обоснование принципа их действия; [5,6,11] - проведение экспериментальных исследований и обработка их результатов; [2, 15,16] - разработка параметров конструкции газораспределительного устройства, исследование их технологических отклонений от оптимальных значений; [13,17,18] -математическая модель тепломассообменных процессов; [1,10] - методика исследований и обработка их результатов.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных результатов работы, списка литературы из 146 наименований, приложения. Основная часть работы изложена на 147 страницах, содержит 33 рисунка и 9 таблиц.
Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цель и задача исследования научная новизна и практическая значимость полученных в работе результатов.
В первой главе раскрыты условия и закономерности реализации псевдо-ожиженного слоя в сушильных установках. Проведены исследования общих закономерностей и уже известных методов расчёта процессов гидродинамики тепло- и массообмена в процессе сушки в псевдоожиженном слое. Исследованы имеющиеся конструкции сушильных аппаратов, работающих с псевдоожижен-ными слоями, указаны их достоинства и недостатки. Основываясь на исследования различных авторов, перспективным процессом сушки полидисперсных
термолабильных материалов имеющих внутрисвязанную влагу признаны аппараты, в которых возможна организация осциллирующего процесса сушки. Проведены исследования конструкций сушильных аппаратов с псевдоожиженным слоем материала работающих по осциллирующему режиму, указаны их достоинства и недостатки. Приведены уже исследованные запатентованные конструкции сушильных установок работающих в осциллирующем режиме, а также новая конструкция исследуемая в данной работе.
Во второй главе рассмотрены исследования формирования и движения вдоль газораспределительной решётки центробежного псевдоожиженного слоя. Выявлено влияние тангенциальной составляющей на характер движения псевдоожиженного слоя в кольцевой сушильной камере, оказывающая существенное влияние на процесс теплообмена, а следовательно и на время сушки дисперсного материала. Построена модель газораспределительной решётки. Проведены количественные оценки степени влияния на радиальную составляющую высоты ожиженного слоя малых отклонений формы газораспределительной решётки от оптимальной. Исследована взаимосвязь поверхности конуса изменяющего сечение сушильной камеры с параболической поверхностью динамического слоя. Исследованы количественные оценки высоты конуса сушильной камеры от высоты слоя псевдоожиженного материала.
В результате совместного рассмотрения материального и теплового баланса, уравнения кинетики массообмена в процессе сушки в псевдоожиженном слое получено выражение для определения суммарного теплового потока, расходуемого на изменение температуры частиц с содержащейся в них влаги, на частичное испарение влаги и на повышение температуры образующегося пара до температуры сушильного агента.
На основе этих уравнений изучена временная динамика температуры материала, её зависимость от температуры сушильного агента, термодинамических и кинематических характеристик материала и газа; определено время установления квазистационарной температуры материала и время продолжитель-
ности первого периода сушки. Для оценки точности аналитического решения полученных уравнений проводилось их сравнение с численным решением задачи.
В третьей главе приведена конструкция экспериментальной сушильной установки. Определены измеряемые параметры в результате проведения экспериментальных работ. Проведен выбор измерительно-контролирующей аппаратуры и мест её подключения с учётом получения оптимальных параметров измерения. Выбрана функциональная схема подключения первичных преобразователей, определены вторичный прибор для оценки полученных косвенных измерений и программа для отображения полученной информации на экране дисплея. Разработана методика проведения экспериментальных работ. Приведена методика оценки косвенных измерений и обработки полученных экспериментальных данных. В результате обработки экспериментальных данных построены графические зависимости основных параметров, характеризующих процесс сушки полидисперсного материала в псевдоожиженном слое и подтверждающих математические исследования, проведённые во второй главе данной исследовательской работы.
В четвёртой главе на основании общепринятых методов расчёта сушильных установок и проведённых теоретических и экспериментальных исследований в данной работе изложена методика расчёта сушильной установки с центробежным псевдоожиженным слоем дисперсного термолабильного материала. Приведена структурная схема программы расчёта сушильной камеры с центробежным псевдоожиженным слоем.
Приведены результаты технико-экономического сравнения обычного и осциллирующего режима работы сушильной установки с центробежным псевдоожиженным слоем дисперсного материала и обоснована эффективность применения осциллирования.
В заключении представлены основные результаты работы, а в приложении приведены результаты численного и аналитического решения системы
температурных уравнений для дисперсной компоненты слоя; конструкторский расчет сушильной установки в осциллирующем режиме; технико-экономического сравнения обычного и осциллирующего режима работы сушильной установки с центробежным псевдоожиженным слоем дисперсного материала и обоснована эффективность применения осциллирования; помещены акты внедрения результатов диссертационного исследования в производство и учебный процесс.
1. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССА
ПСЕВДООЖИЖЕНИЯ И АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ
УСТАНОВОК ДЛЯ СУШКИ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Конструктивные особенности сушильных устройств
Сушильные установки с псевдоожиженным слоем чрезвычайно разнообразны как по конструкции, так и по назначению. В этих установках можно одновременно проводить несколько процессов: сушку и обжиг, сушку и классификацию по размерам частиц, сушку и гранулирование и т. д. Все сушильные установки можно классифицировать следующим образом: по количеству зон — однокамерные и многокамерные; по характеру движения материала — с направленным и ненаправленным движением от места загрузки материала к месту его выгрузки; по использованию теплоносителя — однократное и многократное; по конфигурации сушильной камеры — круглые, прямоугольные и т. д. Для конвективного способа сушки дисперсных материалов характерны определённые условия взаимодействия газового потока и материала, обуславливающие протекание процесса. В зависимости от режимов взаимодействия газового потока и материала сушильные установки можно разделить на следующие группы: - сушилки, в которых процесс сушки протекает при омывании потоком газа спокойного слоя материала или изделия. Для зернистых материалов газовый поток может проходить вдоль слоя материала или через него (фильтрация); - сушилки, обеспечивающие полувзвешенное или пульсирующие состояние слоя зернистого материала; - распылительные и пневматические сушилки, в которых сушка дисперсных материалов производится во взвешенном состоянии. Технологическая классификация отдельных аппаратов проводится преимущественно по физическому состоянию высушиваемого материала, что особенно важно для выбора типа сушилки. По этому признаку сушилки можно разделить на три группы: а) для зернистых материалов; б) для пастообразных материалов; в) для растворов, расплавов, суспензий. При этом сушилки конструктивно мало отличаются друг от друга. Их различия заключаются, главным образом, в способе подачи влажного материала. По режиму работы сушильные установки можно разделить на три основные группы: непрерывного, периодического и полунепрерывного действия. Сушильные установки непрерывного действия получили наибольшее распространение в промышленности. В этих аппаратах загрузка и выгрузка материала происходит непрерывно, и в каждом сечении аппарата влажность высушиваемого материала и параметры сушильного агента имеют постоянное значение, т.е. процесс осуществляется при установившемся режиме. При отсутствии перемещения высушиваемого материала вдоль сушильной камеры влажность материала в любой точке псевдоожиженного слоя будет практически одинакова. При наличии перемещения слоя влажность будет уменьшаться по направлению к месту выгрузки.
Преимуществом сушилок непрерывного действия является полное использование объёма сушильной камеры, возможность полной автоматизации процесса сушки, отсутствие расхода тепла на прогрев установки (тепло непродуктивно расходуется только при пуске аппарата после ремонта и чистки). Их недостатком является неравномерная термическая обработка материала.
Периодически действующие сушильные установки применяются чаще всего в малотоннажных производствах при необходимости получения однородного по влажности продукта. Влажность материала в сушилке, а также параметры сушильного агента меняются во времени. Достоинствами сушилок периодического действия является простота конструкции и возможность регулирования режима сушки путём подачи сушильного агента с различными параметрами на разных этапах сушки в соответствии с требованиями оптимального режима сушки. Поэтому они успешно применяются при высушивании термолабильных полимерных и других материалов.
Сушильные установки полунепрерывного действия позволяют получить равномерный по влажности продукт. Загрузка и выгрузка материала в этих аппаратах производится непрерывно, но процесс сушки осуществляется периодически, и таким образом используются преимущества непрерывно и периодически действующих сушильных установок. Установки могут быть полностью автоматизированы.
Применяемые сушильные установки «кипящего» слоя можно разделить по количеству секций на две группы: одно- и многокамерные.
Однокамерные сушильные установки наиболее просты в конструктивном и эксплутационном отношениях, обладают самыми высокими экономическими показателями, лучше всего поддаются автоматизации. Удельный влагосъём в однокамерных сушильных установках, в зависимости от пара-метров сушильного агента, может быть от 500 до 1000 кг/час и более с 1м решётки при удельном расходе сушильного агента 3-12 кг/кг влаги [93].
Многокамерные сушилки бывают с последовательным движением материала и подачей свежего сушильного агента в каждую камеру и ступенча-то-противоточные с движением материала и сушильного агента противотоком друг к другу.
В сушилках с последовательным движением материала секционирование осуществляется с помощью вертикальных перегородок, разделяющих горизонтальную сушильную установку (чаще всего прямоугольного сечения) на несколько секций, причём материал последовательно проходит все секции, тогда как сушильный агент подаётся в каждую секцию отдельно. В некоторых случаях каждая секция представляет собой отдельную сушильную установку. Сушильные установки этой группы имеют значительно более высокие расходные коэффициенты, чем однокамерные, их труднее автоматизировать, они сложнее и дороже. Применение сушильных установок этого типа может быть оправдано лишь для высушивания материалов, содержащих внутреннюю влагу, интенсивность удаления которой определяется внутри-диффузионным сопротивлением.
Материальный и тепловой баланс процесса сушки в псевдоожижженном слое
Изучению тепло- и массообмена в кипящем слое посвящено очень много работ, однако до настоящего времени нет единого мнения о количественных закономерностях этих процессов. Объясняется это сложностью экспериментов и определений основных величин, а также зависимостью результатов опытов от размеров аппарата, поскольку процесс трудно моделируется. Результаты опытов зависят и от того, получены ли они на установках периодического или непрерывного действия, и от метода усреднения размера частиц, движущей силы процесса, от учета градиента температур внутри частиц и т. д. [95]. Математическая модель процесса сушки должна базироваться не только на уравнениях тепло- и массообмена, но и включать фундаментальные соотношения материального и теплового балансов. Принимаются основные допущения: 1) по высоте слоя происходит идеальное перемешивание частиц высушиваемого материала и воздуха; 2) параметры w, Т, х и Тг изменяются только во времени, а, х и Тг в самом слое и на выходе из него одинаковы; 3) скорость подачи сушильного агента v и его начальные параметры хн; Тга, постоянны; 4) отсутствует тепловой поток через стенки сушильной камеры; 5) коэффициенты тепло- и массопередачи в течение рассматриваемого периода сушки остаются постоянными; 6) порозность в слое постоянна. Допущение об идеальном перемешивании воздуха и материала основано на организации циркуляционного движения фаз, обусловленного влиянием газораспределительного устройства.
Циркуляционное движение приводит к выравниванию температур и влагосодержании воздуха и материала по высоте слоя, но не устраняет локальные градиенты указанных потенциалов в промежутке между соседними частицами. Массовые потоки влаги на входе в слой и на выходе из него соответственно равны G-xH и G-x (здесь G - массовый поток сухого воздуха в слое, кг/с). Суммарная скорость изменения массы влаги, находящейся в f пределах слоя в виде жидкости и пара, равна —- + —- (здесь Мв и Мп массы влаги в материале и пара воздухе в пределах слоя, кг). Ясно, что Разделив обе части этого уравнения на М, учитывая, что dMB = Mdw, dMn =Mrdx и обозначая j = —, и у = —L, получим уравнение баланса влаги в дифференциальной форме где w - влагосодержание материала кг воды/кг материала; х - влагосодержания воздуха, кг/кг; Аналогично выводится уравнение теплового баланса. При этом считаем постоянными удельные теплоемкости сухого материал с, воды св, сухого воздуха сг и водяного пара сп и используем термодинамические соотношения где г - удельная теплота испарения, Дж/кг. Энтальпийные потоки на входе в слой и на выходе из него равны G[ir (ОІ+х Дт )и G[ir(Tr)+xin(Tr)], а разность между ними составит величину где хн -начальное влагосодержание воздуха. Энтальпии материала и газа Полные дифференциалы энтальпий определяются как Принято считать [77, 93], что в периоде поверхностного испарения скорость переноса влаги из объема частиц на поверхности достаточно велика, поэтому скорость сушки лимитируется внешней конвекцией.
На поверхности частиц воздух насыщен влагой и движущей силой массопереноса является разность между концентрацией насыщения (при температуре материала) и концентрацией пара в объеме воздуха. Уравнение кинетики массообмена записывается в виде Здесь xs -влагосодержание воздуха в состоянии насыщения при температуре материала, кг пара/кг сухого воздуха; С,Cs -концентрация водяного пара в объёме воздуха и концентрация насыщения при температуре материала, кг/м3; f-удельная поверхность частиц, м2/кг, f = F/M, где F-суммарная площадь по-верхности частиц в слое, м ; р-коэффициент внешнего массообмена, м/с. Для определения xs(T,) при учёте, что tH = (Т„ - 273) можно использовать формулу аппроксимирующую с погрешностью до 5 % табличные данные [111] о влагосодержании насыщенного воздуха при атмосферном давлении в интервале температур от 10 до 50 С (для более широкого температурного диапазона аналогичная формула будет иметь большое число членов).
Методика проведения экспериментальных исследований процесса сушки и их результаты
При конвективной сушке псевдоожиженного, перемещающегося слоя материала в перекрёстном токе агента сушки тепловой расчет проводят с учетом статики процесса. При этом наиболее распространен графоаналитический метод. В основу расчета принимают материальный и тепловой балансы дисперсного материала и агента сушки (рис. 4.1). Обычно при расчёте процесса сушки находят необходимое для подачи в сушильную установку количество сушильного агента и требуемый расход теплоты, а также удельный расход теплоты на сушку материала, отнесённый к 1 кг испарённой влаги, характеризующий экономичность процесса сушки. 1 - горячая сушильная камера; 2 - подача горячего сушильного агента; 3 - холодная сушильная камера; 4 - подача холодного сушильного агента При расчёте процесса сушки учитывают изменения основных параметров сушильного материала и теплоносителя, проходящих через сушильную установку. В результате теплового расчета определяют температуры сушильных агентов и материала на выходе из камер, расход топлива и теплоты, рассчитывают и выбирают вспомогательное оборудование (топки, вентиляторы и т. д.). Агентом сушки чаще всего используется воздух. Атмосферный воздух представляет собой смесь сухого воздуха и водяных паров. Количество водяных паров, содержащихся в атмосферном воздухе, зависит от температуры, следовательно, от времени года и местности, а также от барометрического давления.
Абсолютная влажность воздуха или газов представляет собой весовое количество водяных паров, содержащихся в 1 м3 влажного воздуха. Абсолютная влажность насыщенного воздуха dH (г/м3) резко увеличивается с повышением его температуры, что видно из табл. 4.1 [102]. Теплосодержание влажного воздуха, представляющее собой сумму теплосодержаний (энтальпии) сухого воздуха и содержащихся в нём водяных паров, можно определить по формуле Л.К. Рамзина, кДж/кг Для того чтобы определить количество влаги, удаляемой из материала при его сушке, необходимо знать начальную и конечную влажность материала и производительность сушильной установки. Если известна производительность сушильной установки по весу сухого материала Gc (кг/с), начальная абсолютная влажность воздуха wMH (%) и конечная влажность после сушки wMK (%), то количество испарённой из материала влаги будет равно \у(кг/ч): Расход теплоты на сушку материала зависит от начального теплосодержания воздуха, подаваемого на сушку. Если сушка производится горячим воздухом, подогретым в калорифере, или горячим воздухом, отбираемым из зоны охлаждения теплоэнергетического оборудования, то его теплосодержание можно определить по формуле (4.22) при известных t и dH. Разность теплосодержаний нагретого и холодного атмосферного воздуха поступающего в калорифер или зону охлаждения, представляет собой потребное количество теплоты на повышение теплосодержание 1 кг сухого воздуха. Поэтому расход тепла на сушку без учета тепловых потерь в воздухоподогревателе определяется по формуле в кДж/с или в Вт где JH-теплосодержание воздуха, подаваемого на сушку (начальное), кДж/кг сух. воз.; JB03 - теплосодержание не подогретого атмосферного воздуха, кДж/кг сух. воз.; 4,2WtH-количество теплоты (кДж/с), внесённое в сушилку с влагой материала; W-количество испарённой влаги из материала, кг/с. Разность J„-JB03 представляет собой количество теплоты, израсходованного на нагрев воздуха. Определение данной величины при сушке горячим воздухом или смесью дымовых газов с воздухом наиболее просто производится с помощью J,d-диаграммы влажного воздуха. Для оценки тепловых затрат на сушку и для сравнения тепловой работы сушильных установок с другими сушильными установками определяется удельный расход теплоты на сушку (кДж/кг вл.)
Конструктивный расчёт сушильной установки с осциллирующим режимом
В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежит: [3,4,7,9,12,14] - разработка конструкции аппаратов и обоснование принципа их действия; [5,6,11] - проведение экспериментальных исследований и обработка их результатов; [2, 15,16] - разработка параметров конструкции газораспределительного устройства, исследование их технологических отклонений от оптимальных значений; [13,17,18] -математическая модель тепломассообменных процессов; [1,10] - методика исследований и обработка их результатов.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных результатов работы, списка литературы из 146 наименований, приложения. Основная часть работы изложена на 147 страницах, содержит 33 рисунка и 9 таблиц.
Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цель и задача исследования научная новизна и практическая значимость полученных в работе результатов.
В первой главе раскрыты условия и закономерности реализации псевдо-ожиженного слоя в сушильных установках. Проведены исследования общих закономерностей и уже известных методов расчёта процессов гидродинамики тепло- и массообмена в процессе сушки в псевдоожиженном слое. Исследованы имеющиеся конструкции сушильных аппаратов, работающих с псевдоожижен-ными слоями, указаны их достоинства и недостатки. Основываясь на исследования различных авторов, перспективным процессом сушки полидисперсных термолабильных материалов имеющих внутрисвязанную влагу признаны аппараты, в которых возможна организация осциллирующего процесса сушки. Проведены исследования конструкций сушильных аппаратов с псевдоожиженным слоем материала работающих по осциллирующему режиму, указаны их достоинства и недостатки. Приведены уже исследованные запатентованные конструкции сушильных установок работающих в осциллирующем режиме, а также новая конструкция исследуемая в данной работе.
Во второй главе рассмотрены исследования формирования и движения вдоль газораспределительной решётки центробежного псевдоожиженного слоя. Выявлено влияние тангенциальной составляющей на характер движения псевдоожиженного слоя в кольцевой сушильной камере, оказывающая существенное влияние на процесс теплообмена, а следовательно и на время сушки дисперсного материала. Построена модель газораспределительной решётки. Проведены количественные оценки степени влияния на радиальную составляющую высоты ожиженного слоя малых отклонений формы газораспределительной решётки от оптимальной. Исследована взаимосвязь поверхности конуса изменяющего сечение сушильной камеры с параболической поверхностью динамического слоя. Исследованы количественные оценки высоты конуса сушильной камеры от высоты слоя псевдоожиженного материала.
В результате совместного рассмотрения материального и теплового баланса, уравнения кинетики массообмена в процессе сушки в псевдоожиженном слое получено выражение для определения суммарного теплового потока, расходуемого на изменение температуры частиц с содержащейся в них влаги, на частичное испарение влаги и на повышение температуры образующегося пара до температуры сушильного агента.
На основе этих уравнений изучена временная динамика температуры материала, её зависимость от температуры сушильного агента, термодинамических и кинематических характеристик материала и газа; определено время установления квазистационарной температуры материала и время продолжитель ности первого периода сушки. Для оценки точности аналитического решения полученных уравнений проводилось их сравнение с численным решением задачи.
В третьей главе приведена конструкция экспериментальной сушильной установки. Определены измеряемые параметры в результате проведения экспериментальных работ. Проведен выбор измерительно-контролирующей аппаратуры и мест её подключения с учётом получения оптимальных параметров измерения. Выбрана функциональная схема подключения первичных преобразователей, определены вторичный прибор для оценки полученных косвенных измерений и программа для отображения полученной информации на экране дисплея. Разработана методика проведения экспериментальных работ. Приведена методика оценки косвенных измерений и обработки полученных экспериментальных данных. В результате обработки экспериментальных данных построены графические зависимости основных параметров, характеризующих процесс сушки полидисперсного материала в псевдоожиженном слое и подтверждающих математические исследования, проведённые во второй главе данной исследовательской работы.
В четвёртой главе на основании общепринятых методов расчёта сушильных установок и проведённых теоретических и экспериментальных исследований в данной работе изложена методика расчёта сушильной установки с центробежным псевдоожиженным слоем дисперсного термолабильного материала. Приведена структурная схема программы расчёта сушильной камеры с центробежным псевдоожиженным слоем.
Похожие диссертации на Тепломассообмен процесса сушки дисперсных материалов в центробежном псевдоожиженном слое
