Введение к работе
Актуальность темы Сушка является самым энергоемким процессом в химических технологиях Более 90% материалов, высушивается в дисперсном состоянии или в виде диспергируемых суспензий и растворов, причем более трети из этого количества материалов высушивается в условиях балансовой или внешней задачи массообмена, когда определяющую роль играет гидродинамическая обстановка в аппарате Экономически выгодно осуществлять сушку в активных гидродинамических режимах взвешенного слоя Эта задача применительно к сушке дисперсных материалов была успешно решена в девяностых годах прошлого столетия Была разработана классификация материалов как объектов сушки и рекомендованы для каждого класса типовые сушильные аппараты взвешенного слоя с активными гидродинамическими режимами Применительно к сушке суспензий и растворов успехи использования взвешенного слоя были скромнее
В последние годы для сушки широкопористых материалов был предложен ряд аппаратов, не входящих в число ранее рекомендованных типовых сушилок Назрела необходимость (с учетом имеющихся достижений) в проведении исследований по обезвоживанию высоковлажных материалов в условиях балансовой и внешней задачи, т е широкопористых дисперсных материалов, а также суспензий и растворов, образующих при обезвоживании широкопористые дисперсные материалы, с целью рекомендации типовых аппаратов нового поколения с активными гидродинамическими режимами
Особый интерес представляют безуносные аппараты с закрученными потоками и комбинированные аппараты с управляемой гидродинамикой - с закрученным фонтанирующим слоем и с встречными закрученными потоками Учитывая, что процесс сушки в таких аппаратах определяется гидродинамикой, исследование гидродинамики в аппаратах для
4 обезвоживания широкопористых сыпучих и жидких материалов является актуальной научной задачей
Цель работы На основе анализа современного состояния вопроса провести необходимые теоретические и экспериментальные исследования гидродинамики в аппаратах с закрученными потоками, предназначенных для сушки широкопористых сыпучих материалов, а также для суспензий и растворов, образующих после диспергирования и обезвоживания широкопористые дисперсные материалы, и рекомендовать типы сушилок нового поколения с активными гидродинамическими режимами для широкопористых материалов с критическим размером пор более шести нанометров
Научная новизна работы
Предложены модели гидродинамики закрученных потоков и получены уравнения позволяющие рассчитывать среднее время пребывания и диффузионный параметр Пекле ,
Установлено, что увеличение скорости винтового потока, в отличие от обычных трубных течений, увеличивает среднее время пребывания дисперсного материала в аппарате Обнаружено, что среднее время пребывания уменьшается с увеличением диаметра частиц и увеличивается в зависимости от высоты аппарата, причем мелких частиц более значимо, чем для тяжелых
Для аппаратов с закрученным фонтанирующим слоем предложена блочно-циркуляционная модель, получены аналитические решения модели Исследована дисперсная характеристика при различных значениях рецикла
Для комбинированного аппарата фонтанирующего слоя обнаружено уменьшение перепада давления в слое и скорости начала фонтанирования при увеличении соотношения потоков, данная зависимость согласуется с оптимальным соотношением потоков для числа Нуссельта
Практическая значимость и реализация результатов исследования
На основе анализа показателей работы типовых сушилок со взвешенным слоем для широкопористых дисперсных материалов с критическим диаметром пор более 6 нанометров, результатов теоретических и экспериментальных исследований автора и других исследователей в качестве эффективных типовых сушилок нового поколения вместо сушилок, работающих на вынос высушенного продукта в режимах пневмотранспорта (трубы-сушилки), проходящего кипящего слоя, свободного фонтанирования (аэрофонтанные сушилки) рекомендованы безуносные сушилки на базе аппаратов со встречными закрученными потоками, в том числе работающих в режиме кольцевого слоя (СВЗП, СВЗПКС)
Предложены методы инженерного расчета и выбора оптимального режима работы сушилок для широкопористых дисперсных материалов с критическим размером пор более 6 нанометров
Для суспензий и растворов, образующих после диспергирования и частичного обезвоживания широкопористые дисперсные системы на основании результатов исследования рекомендованы сушилки фонтанирующего слоя с закрученным потоком, в том числе с сушкой на инертном зернистом материале
Предложены базовые схемы и аппаратурное оформление сушильных установок для широкопористых дисперсных материалов, а также для суспензий и растворов, образующих после диспергирования и частичного обезвоживания широкопористые дисперсные материалы. Разработанные рекомендации уже используются рядом промышленных предприятий и проектных организаций.
Обоснованность научных положений и выводов подтверждается корректностью применяемых математических положений и выводов, хорошим согласованием экспериментальных результатов и, теоретических исследований
Апробация работы Основные результаты работы докладывались на семинаре Научного совета по НОХТ РАН (2005г), на международной
конференции по химии и химической технологии (МКХТ 2004-2006гг.), на Всероссийской конференции «Текстиль» (2004, 2006 гг ), на международной конференции по химической технологии, посвященной 100-летию со дня рождения академика Н М Жаворонкова, РАН, 2007г, на ежегодных научных конференциях МГТУ им. А Н Косыгина
Публикации По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ
Объем и структура работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы из 126 наименований и приложений Объем работы 130 страниц и приложения на 30 страницах
