Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ Ю
1.1. Особенности конструктивного оформления процессов сушки в фонтанирующем слое 10
1.2. Методы моделирования гидродинамики фонтанирующего слоя 23
1.3. Тепло в фонтанирующем слое 33
1.4. Задачи исследования 39
2. МАТШАТИЧЕСКОЕ ОШСАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ ФОНТАНИРУЮЩЕГО
СЛОЯ С ПЕРИФЕРИЙНЫМ ПОДВОДОМ ГАЗА 42
2.1. Гидродинамическая модель структуры потоков дисперсной фазы в аппарате 42
2.2. Движение частиц материала в различных зонах аппарата 61
2.3. Математическое описание движения фаз методом механики взаимопроникающих континуумов 69
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРОДИНАМИКИ ФОНТА
НИРУЮЩЕГО СЛОЯ С ПЕРИФЕРИЙНЫМ ПОДВОДОМ ГАЗА 81
3.1. Описание экспериментальной установки 81
3.2. Сопротивление слоя 86
3.3. Структура фонтанирующего слоя с периферийным подводом газа 100
3.4. Поле скоростей газовой фазы 123
3.5. Перемешивание материала в аппарате 135
3.6. Поле статического давления в слое 141
3.7. Унос материала из аппарата 147
4. СУШКА ДЙСЖРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ В АППАРАТЕ ФОНТАНИРУЮ
ЩЕГО СЛОЯ С ПЕРИФЕРИЙНЫ! ПОДВОДОМ ТЕПІОНОСИТЕЛЯ... 152
4.1. Описание опытно-промышленной установки 152
4.2. Межфазный теплообмен в аппарате 156
4.3. Кинетические закономерности процесса сушки дисперсных материалов в аппарате 169
5. РАЗРАБОТКА РАЩОНАЛШОЙ КОНСТРУКЦИИ И МЕТОДИКИ РАСЧЕТА СУШШШЮГО АППАРАТА ФОНТАНИРУЮЩЕГО СЛОЯ С ПЕРИФЕРИЙНЫМ ПОДВОДОМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ 190
5.1. Разработка рациональной конструкции сушильного аппарата и применение его в промышленности... 190
5.2. Оценка эффективности работы сушилки фонтанирующего слоя с периферийным подводом теплоносителя 195
5.3. Методика инженерного расчета сушильного аппарата 200
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 209
ЛИТЕРАТУРА 211
ПРИЛОЖЕНИЕ 232
Введение к работе
В Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986-1990 годы и на период до 2000 года, принятых Х2УП съездом КПСС, указано на необходимость расширения научных разработок, направленных на создание и освоение принципиально новых техники и технологии, многократно повышающих производительность труда [I]. Это положение в полной мере относится и к процессам сушки. В связи с этим интенсификация процессов сушки,разработка и внедрение экономичных высокоэффективных сушильных аппаратов о активными гидродинамическими режимами - одна из важнейших проблем, успешное решение которой внесет заметный вклад в выполнение поставленных задач.
Перспективными с этой точки зрения являются аппараты фонтанирующего слоя, которые широко применяются во многих отраслях промышленности для ряда тепло- и массообменных процессов (сушки, гранулирования, термообработки и др.). Однако применяемые в промышленности аппараты фонтанирующего слоя имеют ряд существенных недостатков: низкую концентрацию обрабатываемого материала в ядре фонтана - наиболее интенсивной зоне аппарата, содержащей лишь несколько процентов от количества материала, находящегося в пристеночной зоне, где интенсивность сушки намного ниже; значительный унос ограничивает подвод газа в аппарат, а следовательно, и тепла; наличие существенного энергетического барьера (максимального перепада давления) при пуске аппарата. Кроме того, для ряда материалов (конкующихся, склонных к налипанию на стенки) аппараты фонтанирующего слоя оказываются низкоэффективными из-за образования застойных зон и налипания на стенки рабочей камеры.
В связи с этим актуальной является разработка на основе теоретических и экспериментальных исследований новых аппаратов фонтанирующего слоя, свободных от указанных выше недостатков.
Работа выполнялась в соответствии с Координационным планом важнейших научно-исследовательских работ вузов по процессам и аппаратам химических производств и кибернетике химико-технологических процессов на 1986-1990 гг., п.1.1.3.
Цель работы. На основе теоретических и экспериментальных исследований гидродинамики, тепло- и массообмена за счет существенной активизации пристеночной зоны разработать высокоэффективный аппарат фонтанирующего слоя для сушки и термообработки дисперсных материалов.
Научная новизна:
- разработана гидродинамическая модель структуры потоков дисперсной фазы в аппарате фонтанирующего слоя нового типа, рассчитаны на ЭВМ дифференциальные кривые распределения частиц материала по временам пребывания;
- разработано математическое описание движения фаз в аппарате, установлены закономерности их движения;
пирующем слое с периферийным подводом газа и установлено влияние на него соотношения газовых потоков, в частности, существенное повышение концентрации материала в ядре фонтана и уменьшение в пристеночной зоне с увеличением соотношения потоков;
- получены и обобщены опытные данные по сушке и межфазному теплообмену, разработано описание кинетики сушки и прогрева дисперсных материалов в аппарате;
- установлены рациональные режимно-конструктивные параметры аппарата и разработана методика его расчета.
Практическая ценность. Разработана новая конструкция аппарата фонтанирующего слоя с периферийным подводом теплоносителя, в которой существенно повышается интенсивность процесса сушки и ослабляется взаимодействие обрабатываемого материала со стенками аппарата (решение о выдаче авторского свидетельства по заявке 4233867/06 от 27.04.88).
Разработанная гидродинамическая модель структуры потоков может быть использована для расчета аппаратов фонтанирующего слоя другого типа. Разработана методика инженерного расчета аппарата, учитывающая особенности его гидродинамики, сушки и прогрева материала, согласно которой был рассчитан опытно-промышленный аппарат.
Результаты работы могут быть использованы при проектировании и разработке аппаратов фонтанирующего слоя для проведения в них различных тепло- и массообменных процессов.
Реализация работы. Научные и практические результаты диссертационной работы были использованы при разработке аппарата фонтанирующего слоя с периферийным подводом теплоносителя для сушки малахита на Дорогобужском ПО "Минудобрения". Экономический эффект от внедрения составил более 21 тыс.рублей в год. Апрогіятуая работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались: на Республиканской научно-технической конференции "Разработка прогрессивных способов сушки различных материалов и изделий на основе достижений теории тепло- и маосообмена (.Черкассы, 1987 г.); на П Всесоюзной научной конференции "Проблемы энергетики теплотехнологии" (г.Москва, 1СЭИ, 1987 г.); на московской городской научно-технической конференции "Молодые исследователи - текстильной и легкой промышленности отраны" (г.Москва, МТИ, 1987, 1988 гг.); на научных конференциях профессорско-пре- подавательского состава, научных сотрудников и аспирантов МТИ им.А.Н.Косыгина (1988, 1989 гг.).
Содержание и структура диссертации, диссертация состоит из введения, пяти глав и приложения. В первой главе изложен анализ современного состояния исследуемого вопроса и поставлены задачи исследования. Во второй главе приведены гидродинамическая модель структуры потоков дисперсной фазы и математическое описание движения фаз в аппарате фонтанирующего слоя с периферийным подводом газа. В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований гидродинамики разработанного аппарата. В четвертой главе изложены результаты экспериментальных исследований межфазного теплообмена и процесса сушки дисперсных материалов. Дано описание кинетики сушки и прогрева дисперсных материалов. В пятой главе рекомендованы рациональные режимно-конструктивные параметры аппарата фонтанирующего слоя с периферийным подводом теплоносителя, проведен анализ различных режимов работы аппара-+ та, рассмотрены результаты опытно-промышленных испытаний аппарата и даны рекомендации по его промышленному применению. Сделана оценка эффективности работы сушильного аппарата и приведена методика его инженерного расчета. В приложении приведены программа расчета дифференциальных кривых распределения частиц дисперсного материала по временам пребывания в аппарате, результаты экспериментальных исследований и акты о внедрении работы.
Публикации. По теме диссертации имеется 7 публикаций.
