Введение к работе
Актуальность работы. Сушка является одной из важнейших стадий в техно-
логин приготовления многих адсорбентов, носителем и катализаторов. На этой стадии происходит формирование текстурных и механических характеристик лабильных продуктов типа гелей, часто изменяется распределение и дисперсность активных компонентов нанесенных катализаторов, что в конечном итоге определяет активность и механическую прочность катализаторов. В настоящее время в основном используются конвективные способы сушки, требующие значительных затрат энергии и времени. Интенсификация процесса за счет, например, температуры может приводить к ухудшению характеристик катализаторов. Поэтому поиск новых высокоэффективных методов сушки, позволяющих сохранить или даже повысить качество катализаторов, весьма актуален. Одним из таких методов является адсорбционно-контактная сушка (АКС), основанная на переносе влаги из высушиваемого материала (далее - донор) в контактирующий с ним адсорбент-осушитель (далее - акцептор), с последующим разделением донора и акцептора и регенерацией последнего в отдельном аппарате. Такой способ позволяет проводить ускоренную сушку многих пористых материалов за 5-20 минут в мягких условиях (при температурах вплоть до 20С). Этот метод не получил широкого распространения в основном из-за отсутствия пред-ставлений о механизме контактного влагопереноса и эффективных способов регенерации акцептора. В Институте катализа СО РАН разработан новый способ регенерации акцептора за счет тепла, выделяемого при сгорании топлива в реакторе с псевдоожиженным слоем катализатора. При этом тепло передается акцептору при непосредственном контакте с псевдоожиженным слоем катализатора. Это позволяет резко снизить габариты аппаратов (в 10-15 раз), сократить потребление топлива в 2.0-2.5 раза, достичь высокой полноты сгорания то плив при 30О-8ООС и ликвидировать выброс в атмосферу токсичных продуктов сгорания (СО, NOx, бензпирены и др.).
Однако, без детального исследования закономерностей массоперено-са при контакте двух пористых тел, невозможно математическое описание и оптимизация процессов АКС.
Цель работы. Изучение основных закономерностей массопереноса при контакте влажного и сухого пористых тел, определение влияния их геометрических размеров и пористой структуры на процесс массопереноса. Разработка математической модели на основе механизма массопереноса и проверка полученных результатов на примере АКС свежесформованных гранул гидроксида алюминия.
Научная новизна. Впервые проведено детальное исследование закономерностей массопереноса в процессе АКС. Показано, что жидкостной перенос влаги осуществляется через зону, представляющую собой мениск, образующийся при контакте донора и акцептора. Величина контактной зоны определяется парциальным давлением паров жидкости внутри донора и геометрическими размерами контактирующих тел. Жидкостной перенос происходит только при влагоеодержаниях выше определенного критического икр, величина которого зависит от пористой структуры контактирующих тел и их весового соотношения акцептор/донор (А/Д). При вла-госодержании ниже UKp перенос влаги происходит только через газовую фазу. На основе полученных результатов предложена математическая модель влагопереноса при АКС как для жестких, так и деформируемых материалов. В последнем случае при использовании предложенной модели необходимо учитывать реологические свойства высушиваемого материала.
Практическая ценность. Предложенная математическая модель позволяет достаточно точно рассчитать кинетику сушки как жестких пористых материалов, так и деформируемых. Эффективность модели влагопереноса продемонстрирована с достаточно высокой точностью при расчете кинетики сушки и подтверждена при испытаниях опытно-промышленной установки АКС гранул гидроксида алюминия, сформованных жидкостным методом. Полученные в работе результаты могут быть использованы для получения необходимых данных при конструировании установок адсорбционно-контактной сушки носителей, катализаторов, а также других материалов.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на Всесоюзном совещании "Научные основы приготовления катализаторов" (Новосибирск,
1983), на Международной конференции по нитроксильным радикалам (Новосибирск. 19S9), на конкурсе Института катализа СО РАН (1991 г.). Проведены опытно-промышленные испытания установки по адсорбцион-но-контактной сушке сформованных гранул гидроксида алюминия (Новосибирск, 1984).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 3 статьи и 2 тезиса докладов на конференции.
Структура и объем работы. Диссертации состоит из введения, 5 глав, основных выводов и приложения, содержит 164 страницы текста, в том числе 49 рисунков. 38 таблиц, библиографию из 100 наименований.