Разработка процессов сушки в кипящем слое на примере перхлорвиниловой смолы, сульфамата аммония и отрубей Корягин, Борис Александрович

Введение к работе

Актуальность темы; Диссертационная работа направлена на развитие и усовершенствование методов, разработки процессов сушки^сыпучих продуктов в кипящем слое, основанных на предварительном изучении кинетических закономерностей в лабораторных условиях с последующим расчетом промышленных процессов. Работы выполнялись в соответствии с к оордшационным планом МХНП "Усовершенствование методов расчета и моделирования систем сушки и гранулирования твердых веществ" (й 1012940890021), а также заказ-нарядами и хоздоговорами: 3227838600477, 3-ї 4-'" 125/82-85, 937/87, 3-II2786900234, 3-234/88-89" и завершены' внедрением. Зтим определяется актуальность работы.

Цель работы заключалась в разработке и экспериментальной проверке модифицированной методики исследования процессов сушки в кипящем слое и расчета промышленных процессов по данным лаборат.орных опытов, для подготовки регламента процесса сушки и наработки опытно-промышленной партии перхлорвиниловой смолы, выдачи исходных данных для реконструкции стадии сушки, для разработки и внедрения процесса сушки сульфамата аммония, для выдачи исходных данных на проектирование стадии сушки отрубей.

Научная новизна заключается в следующем:

Для периодического и непрерывного процессов сушки сыпучих продуктов в кипящем слое сформулирована математическая модель, отражающая кинетические закономерности, тепловой баланс и баланс по влагосодержанию газа и частиц, которая в развитие ранее предложенной модели, учитывает теплообмен с окружающей средой. Вычислительным и натурным экспериментом показано, что теплопотери оказывают такое же существенное влияние на кривые сушки, как изменение массы продукта или расхода газа.

Показано, что и в этом случае остается в силе приближенная закономерность о равенстве времени сушки сумме времен сушки в монослое и при отсутствии сопротивлений внешне— . му тепло-маосопереносу.

Предложен способ установления кинетики сушки в ыонос-лоа по семейству кривых сутки в периодическом режиме с разными отношениями массы навески к расходу газа. Показано,

что кривые суши в монослое, соответствующие различным температурам, сообщаются в виде зависимости влагоссдержаная от отношения текущего времени сушки к времени сушки до некоторой конечной влажности.

Предложен п подтвержден экспериментально способ расчета времени сушки в периодическом режиме с использованием мине-, тической функции и зависимости времени сушки до некоторой влакности от характерной температуры, а такає в непрорывном режима чорез отношение соответствующих времен сушки вмонос-лое, как функции от конечной влажности.

Получены данные по кинетике сушки перхлорвиниловой смолы, сулі4лмата аммония и отрубей, которые использованы при разработки промышленных процессов. Предложи способ сушки САА, защищенный авторских! свидетельством СССР.

Основной результат: Усовершеиствованная методика расчета показателей непрерывных процессов сушки сыпучих продуктов в кипящем слоа на основе экспериментального изучения закономерностей сушки в лабораторных аппаратах периодического действия и разработанные с ее помощью промышленные процессы. Практическая ценность и реализация работы: Разработанная методика используется как рабочая в Гос-ниихлорпроскта (МіШО "Синтез") и передана в отраслевые институты.

Ечедрена стадия сушки сульамата аммония на Новочебок-сарском ПО "Химпроы", для Стерлитамаксного ПО "Каустик" рекомендован технологический режим суши перхлорвиниловой смоли марки "Т" и наработана партия продукта, выданы исходные данные для проектирования стадии суши огрубей.

Общий экономический з'Н-^е1ІТ от реализации результатов оценивается в 320 тыс.рублей.

Апробация работы; Основные положения докладывались и обсуждались на Всесоюзной конференции "Теоретические разработки интенсивных процессов" (Черкассы, 1966), конференции молодых учених и студентов іЛХЇіі їм.Д.П.Менделеева (ыосива, 1986), Всесоюзной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития техники лсевдоо,ш-кешш" (дешшгрэд-Поддубская, itcj), на 1ь-Й Всесоюзной научно-технической конференции "Созданий и внидрегпе современных аппаратов с ак-

їивндаи гидродинамическими режимами для текстильной промышленности и производства химических волокон" (Москва, ЫТ11, IS89), на 10 международной конгрессе "ХИСА-&0" (Прага, ЧСфР, 1990). '

'"" Публикации: По теме диссертации опубликовано 10 статей и тезисов докладов на конференциях и совещаниях, получено одно авторское свидетельство.

. -Объем и структура работ: Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 136 страницах машинописного текста, рисунков - 32, таблиц - 5, Список литературы - 12 страниц (133 наименования), приложения на 22 страницах.

Во введении обосновываются актуальность проблемы, цель и задачи исследований» Показаны новизна результатов и их практическое использование.

В первой главе развиваются методы математического описания и расчета процессов суіжи сыпучих продуктов в кипящем слое. Известна математическая модель процесса, описывающая кинетику суши частиц на основе теории зерна с влалшілл ядрал и движущимся фронтом испарения и включающая балансы по теплу и влаге для материала и газа. Модель модифицирована применительно к реальным аппаратам: тепловой баланс дополнен потерями тепла в окружающую среду через стенки. Для аппарата периодического действия с режимом идеального смешения получена система уравнений:

т-Тф = к, ґр,,-р; (2.)

-*»-.А±±__(т*__{г) (ъ)}

о^' Af Me.

Лт Mb ^{v т} '

Рр-ді5^ефГі8,59і6-₅³₃^_т)<П.

где U , Си = U/Uo _ относительная й безразмерная влажность материала, "' - прагм, Т , Т<р , Р , Р<р -соответственно температуры и парциальные давления паров води в газ о и на фронте испарения, 7~т , Р₀ - начальные параметры газа, П - атмосферное давление, Mr , Мв молекулярные массы воды и газа, (Зм » <3т - масса материала и массовый расход таза, Рц , ^ст - теплота испарения воды и теплоемкость газа. Константы К и /-<"і отражают влияние на спорость сутки свойств частиц и принимаются как эмпирические. Функция f (со) отражает влияние текущей влажности на скорость процесса. Т_т* - приведенная температура процаоса пли характерная температура сушки в монослоо, Токр - температура окружающей среди, ^ коэффициент тепловых псторь.

Для аппарата-яенрерывного деі.ствпя идеального смешения оо сроднил временем пребывания *& и влажностью материала на выходе Co_f< получена следующая система уравнений:

T-ry=l (&)

<*>,< = 1-Vl^-fry*-Т) ' (7)

Ffwj = J ЇСшГ¹ dco

Численное исследование обеих систем уравнении показыва
ет, что и в случае с теплонотзрчмп время сушки ыо-лкз'г быть
прнолпяенчо представлено в виде суммы двух слагаемых:
T(to) = ЪСы) іГ_мс(іи) (9)

1Р:д ьременг.і суым до влз:лностп О» подразумевается ,::..:.:0 врем пернелпчнексги процесса пли соответствующее средне .,ч- г.-і ;:р:СіЛ',і:і:;ч в непрерывном аппарате.

Первое слагаемое ( "V _л ) - это. время суши материала в предположении отсутствия внешних и внутренних сопротивлений тепловлагопереносу, при равновесных значениях параметров газа.формулы для периодического и непрерывного режимов идентичны, в них следует подставлять соответствующие значения

(иг)(т*-т_Р)

Второе слагаемое ( ^нс - время сушки в монослое) в сушилке периодического действия соответствует случаю, когда навеска материала пренебрежимо мала по сравнению с расходом воздуха. В аппарате непрерывного действия с монослоем, если достаточно мала и подача материала, то их отношение (среднее время пробивания) - конечная величина. Для периодического и непрерывного процессов время сушки в мои ослов определяется из уравнений (1)-(2) и (5)-(6) при Т = Т-^ и Р = 9₀

Показатель акспонепты в уравнении (5) является отношением времени суши в периодическом решше'до влажности kJ. к среднему времени пребывания. Используя (5), можно получить:

⁹ = ргш_к)-^Гшк) ;

іде вспомогательная переходная функция у^(^шк) определяется численно или описывается приближенным аналитическим выражением. Например, теоретические выражения для правильных монодисперсных сферических частиц: $(іл)- и)^л/у (Л-(м^л^^ъ) F('a_J)=aj-'J₎5"6o^2/3 + Co

ФГсо) = 9,9600 + 10,86 0)²

Вторая глава посвящена разработке усовершенствованной методики исследования кинетических закономерностей процесса сущи сивучих продуктов в условиях аппарата периодического действия.

Литературный обзор показал в частности, что во многих случаях не учитывается влияние тепловых потерь в окружающую среду на кривые сушки и, следовательно, на искомые уравнения кинетики. Между тем, вычислительный эксперимент, вшюлненный с помощью системы (1)-(4) свидетельствует, что это влияние . в лабораторных условиях не менее существенно, чем эффект от изменения массы материала или расхода газа. Для иллюстрации

на Рисі приведены кривпа изменения гладкости и температуры при суши о, рассчитанные применительно и параметрам работа лабораторної'; установки в предположении отсутствия (компенсации) потерь п при потерях~ Uо %.

Исследование модели периодического процесса позволило предложить методику определения крквоіі супиш в монослое, то есть лнтегрпльяуп к і: не хлч о ел у и харшггдриопшу. Рассмотрим кривые изменения влажности и температури в одном из опытов по сушке огрубел в лабораторной установке периодического действия - Рис.2а. Приведенная или характерная температура Т* устанавливается в слое после удаления влаги из материала, из-за потерь тепла она бала на Ї0-ІЬС пике, чем под решеткой

Т_т . Из теплового баланса для аппарата с сухім слоем
следует формула для расчета *2. в виде:

4 = KjS/G>rC_T = (-г_г-~т?)/(т*-т_ОКр)

где |4т - коз.^пцш'нг теплопередачи, S ^_

поверхность теплообі.іена.

Из результирующего выражения для примени суши (9) сле
дует способ определения кривых суши в ыонесдое с помощью
варьирования кассы материала ^ем или расхода газа Gt
и экстраполяции времен сушки до требуемой влажности и нулево
му значению Gm/&t , Бшюлнсна серия экспериментов
по сушке отрубе;! в аппаратах днакот'ром 100 к 413 ш, при оди
накова TV⁶ . Ряс.26,в. иллюстрирует, что зависимость
временя еуіиііі от отношения Gm /бт била практически

линейная, что свидетельствует о правомерности прппеноншт предложение!' модели к отруби,:.

ііз уравнения (9) следует спосіб обобщения кривых суши в мопослое, соответствующих различным температуре"» при условии, что вад !і;и;ііТ!:^т)сс.<^г..;! і1уні;цн.і Г(<~») не ззонсит от

T_T^V" . L'ojui по раошь'.і кривим суши в монослое опреде-

лять врег.-л сук;н до яйкоїсро;;, например, заданной конечной влажности Со^м , то в координатах (^-'^мс(<^)/'^ігмс(^и^,і) или са-[т(и>)-'1'₁(ш)]/Ст(<хі)-'і:.,(ш*)] крнвпе супди сливается, оіісперн.'іеііталінпя проверка отого полс;?..:ННЯ приводится в сле-дуйдлх главах.

Следует еі,.:ст::гь, что в ходе экопе,:;:;,:« ні га и анализа результате": в ра'.'ьлх предложенной ;.:єїодпі>:і о;_гчонре.'..еч!НГ> осу-;:;,::.::.-;.-тс; в проверка си іі.,:-..Є::;.::соіх :; идеква^по.-.т;! к про—

N. 10 -