Исследование процесса сушки дисперсных материалов в виброкипящем слое с применением комбинированного метода подвода тепла. тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, Смирнова, Л. С.

• Смирнова, Л. С.
• 1977

Оглавление диссертации Смирнова, Л. С.

Введение

ГЛАВА I. Анализ состояния вопроса и постановка задач исследования .Н

1. Гидродинамика виброкшшщего сяоя

A. Порозность виброкишщего сяоя

B. Перемешивание материала в сяое

2. Теплообмен в виброкияящем слое.

А« Мэхаяизм теплообмена псе в доожиженного сяояс поверхностью нагрева . • • . . ♦ 22 В* Тепжообмен поверхностей с омывающим их виброкшящим слое»

I) Влияние вибрационных действий на теплообмен

2) Влияние скорости газа на теплообмен •

В) Влияние ориентации поверхностей в слое на теплообмен. • . 3. Сушка дисперсных материалов в виброкипящем

4« Постановка задач исследования

ГЛАВА Д. Теоретическая часть

I. Аналитическое исследование теплообмена в аппарата кипящего.слоя с погруженными в слой вибрирующими поверхностями нагрева . . . . . •

2« Математическое описание кинетики сушки и изотерм сорбции * . •

3. Об условиях перехода от аппарата периодического действия к аппаратам непрерывного действия . »

ГЛАВА Ш. Экспериментальные исследования . . . . . 75 I, Описание экспериментальной установки * . . . . 75 . 2. Выбор исследуемых материалов и их характеристики SO

3* Исследование гидродинамики кипящего слоя о погруженными в него вибрирующими поверхностями

А. Порознооть едоя

1# Перемешивание материала в слое л» .♦ . . . 9.5 Обработка опытных данных

4, Исследование теплообмена в кипящем слое с погруженными в него вибрирующими поверхностями нагрева (ШВШ)

А. Методика проведения эксперимента • . . . . 106 В» Результаты исследования и их обсуждение • . 109 С* Выбор оптимального теплового режащ аппарата КСВПН

1. Исследование теплообмена КШШН методом планирования эксперимента

Е, Определение эмпирических констант и сопоставление расчетных и экспериментальных данных по теплообмену .119 •

5. Исследование проще.сса сушки в аппарат© кипящего слоя с погруженными в него вибрирувдами поверхностями нагрева

А* Методика проведения эксперимента.

В* Результаты исследования и их обсуждение . . 124 ы Обработка результатов исследования

ГЛАВА 1У. Разработка опытно-промышленного образца аппарата КШИ ♦ •

1, Разработка технологической схемы . . . . •

2. Выбор оптимальны? ус лов ей проведения процесса • ♦ ♦ • ♦

8* Методика расчета аппарата КСВПН непрерывного действия 4« Пример расчета аппарата КСВШ для ерши ПЕХ Общие выводы и основные результаты работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование процесса сушки дисперсных материалов в виброкипящем слое с применением комбинированного метода подвода тепла.»

Срша - оцш жз еамых раепроетраяеяяых процессов химической техноюгжж, так как она явшется завершащей стацией многих химических щзоцесоов* 1рош того, пр©цеее сушки занимает ощю из первых мест по удельной затрате энергии ж количеству установок, экоппуатщзуемых в промыиешости. Для достижения высоких техникоэкояомжческжх показателей сушильных аппаратов необходимым условием является высокая жнтеясивяоеть тепло- и шссообмена; В настоящее время достигнуты значительные успехи в деле интеножфшацжи щзоцесоов оушш. Широкое применение находят аппараты о активными гидродинамическими режимами. При этом в ряде случаев удается получить активные гидродинамические режимы (т*е. повысить эффективность щаоцесоа средствами гидродинамики) за счет жспояьзованжя высокоскоростных газовнх потоков* Однако, во многих случаях щ и^мененже высокоскоростных потоков хотя и приводит к некоторой интенсификации, но оказывается неоправданным вследствие большого расхода воздуха ж связанных с этим энергетических затрат* .Поэтому сокращение расхода воздуха при сушке во взвешенном слое одна, из важнейших задач сушильной техники.Значительное расщюстраяеяжё в технике сушки в GCC3P и особенно за рубежом получили ашараты с виброкипящим слоем, которые отмечаются относительно малыми расходшли воздуха на единицу площади газораспределительной решежи. Вместе с тем, при удалении свободной и слабосвязаяной влаги количество тепла, которое требуется для сушки, при конвективном методе подвода, осуществляемом в аппаратах виброкжпящего слоя, обуславливает необходимость увелИ'чеижя расходов воздуха вследствие его низкой теплоемкости.К этому недостатку аппаратов с виброкипящим слоем обычной конструкции (т .е , с вибрирующим газорасгдзеделительным дном) добавляется другой, не менее существенный - малая высота слоя. Увеличение же высоты слоя ведет к затуханию эффекта вибрации и снижению эффективности проэеееа* Поэтому высота СЕОЯ В промышленных аппаратах обычно не превышает 100-150 мм. Это приводит к снижению про?»; изводительноети аппаратов, к росту их габаритов, а следовательно и металлоемкости, увелжч^нш производственных площадей» Ущзаннне яедостатк1|[ аппаратов виброкипящего сдоя могут быть уотраяеяы в разработанном в последние годы отечественными учеными аппарата кишшрго слоя с погруженными в слой вибрирзшщими поверхностями нагрева* В таком андфате за счет ярусного расположения вйбриррщжх элементов мошо значительно увеличить высоту слоя, а теплоподвод в слой осуществлять комбинированным способом как посредством воздуха, так и посредством нагревателей погружеяннз! в слой* Это позволяет ояикать расход воздуха ш счет подвода основной части тепла в слой кондуктивннм способом* Преимущества вышеуказанного 1штода были рассмотрены в работе [9Ц » где было отмечено, что данный метод представляет собой новое направление в создании сушильной техники» Однако, закономерности и особенности осуществления процессов сушки в аппаратах указанного типа до сих пор остаются неизученнывш, что затрудняет шх 1Шоектщ}ование, оптшшзацию и внедрение в народное хозяйство* Такая задача была поставлена в настоящей работе •Данная работа является первой попыткой систематического исследования метода повышения эффективности процесса за счет.введения в слой высушиваемого материала вибрщзущих поверхностей нагрева цри одновременном значительном сокращении расходов воздуха* Цель работы: на основе комплексного исследования гидродинамики и тепло- и маееообмена в лабораторном аппарате выявить возмокности нового метода, oiipeделить его целесообразность и рациональную организодию, разработать инженерную методику расчета и выдать необходимые рекомендации 1дзомышленности по созданию опытно-цро•iO мншяенной зготановкж кшшщего елсж с погружешиши водой вибржрущимж поверхностями нагрева (КС5ВПН)* Диоеертацжя ооотош? из четщех г дав, выводов, списка исдояьзованяой житературы и щзидожений^ В первой паве цай анализ еоотояния вопроса и сфорй^ улщюваны задачи жсслвцовашш» вторая пава посвящена аяадитическому иссдеюванню тепдообшна в кипящем сдое о погруженншш в него вибрирующими поверхностями нагрева, математическому описанию кинетики сушки и изотерм сорбции, а также раесаштрению условий перехода от аппаратов периодического действия к аппаратам непрернвного действия, В третьей главе изложены результаты экспериментальных исследований гидродинамики, тепло- и массообмеяа в аппарате кипщего сдоя G погруженными в него поверхностями нагрева. В четвертой главе даны рекомендации на опытно-промышленный агрегат, представлена методика инженерного расчета аппарата fCBEHi

Заключение диссертации по теме «Другие cпециальности», Смирнова, Л. С.

ШШ ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Впервые проведено систематическое исследование гидродинамики кипящего ©лая © погруженными в него вибрирующими поверхностями нагрева. Установлено, что при этом может достигаться желательная для процессов сушки гидродинамическая обстановка за счет активного действия на слой вибрирующих поверхностей. Это позволяет переводить в псевдоожиженное состояние при незначительных количествах суашльног© агента даже такие материалы, которые одним газом не псевдоожжаются. Кроме того, ярусное расположение г . вибрирующих поверхностей нагрева дает возможность значительно (в 5 и более раз) увеличить высоту сдоя в аппарате.

Получены соотношения для расчета времени смешения и пороз-нос ти слоя, исходя из режимных параметров;

2. Проведено аналитическое исследование теплообмена в кипящем слое о вибрирувдими поверхностями нагрева. Разработана математическая модель процесса. Получены уравнения для определения ! коэффициентов теплоотдачи от нагревателя к слою, от газа к слою, эффективной теплопроводности слоя.

3. Разработан метод расчета кривых кинетики сушки и изотерм сорбции - десорбции. Получены единые уравнения, описывающие весь ход кривой. На примере суспензионного пояивинилхяорида найден явный вид этих уравнений*

4. Экспериментально исследован теплообмен от вибрирующей поверхности, погруженной в слой, к слою. Показано, что оптимальным тепловым ре;лмом является комбинированный теплоподвод в слой| щэи этом основная доля (не менее 90$) теста может быть подведена кондуктивно. Значения коэффициентов теплоотдачи в 1,5-2 раза выше, че^в кипящем едое^

5. Исследован процесс суши суспензионного поливинилхяорида и мономера для винного кррда в экспериментальной установке КСВШ.

Акк

Установлено, что существенное влияние на продолжительность про-десса оказывает порозяость слоя* Так, © увеличением порозности слоя на 30$ время суши сокращается в 3 раза при прочих равных условиях» Получено уравнение для расчета продолжительности сушки, исходя из режимных параметров процесса. Время сушки поливинилхло-рида в аппарате КСШН сокращается в 2,5раза по сравнению с аппаратом с виброкипящим слоем* Показано, что по основным показателям, характеризующим процесс сушки (у^ещьный расход воздуха, удельный расход тепла) аппарат КСВПН превосходит трубу-сушилку, сушилку с кипящим слоен и с виброкипящим слоем*

6. На основании проведенных исследований разработана методика инженерного расчета аппарата КСВПН, принятая рядом организаций (Новомосковекое производственное объединение "Азот", Курский химико-фармацевтический завод и др.), составлены рекомендации на опытно-промышленный агрегат. Методика расчета и рекомендации будут использованы в процессе внедрения двух опытно-промышленнях установок, которые в настоящее время находятся в стадии монтажа*

Список литературы диссертационного исследования Смирнова, Л. С., 1977 год

1. Бретшнайщер 6. , й^ак М#> Пасюк В. йитеяоиркацин некоторыхпроцеосов химической промышленности путем вибрации. "Хшаи- ^ чеекая промышленность", * 3 , I96S*

2. Буевич Ю.А. Приближенная статистическая теория взвешенногослоя. nUTf, » б, 1966.

3. Букарева M.i., Члеяов В.А., Михайлов HJB. йсслецование теплообмена поверхностей нагревателей, с виброкипящим слоем* "Химическая промышленность", 1968, Ш 6*

4. ГшзбургА.е., Резчиков В.А. Оушка пищевых продуктов в кипящем олое, М., "Пищевая щзомышленяость", ^ 6 6 •

5. Забродский СО. Высокотемпературные установки с псевдоожйженнвм слоем. М., "Энергия", I97I.

6. Зеяепура A.G*, Шейман В*А* О шхаяизме сушки и тепяообменамеякокржоталличееких дисперсных материалов в виброкиподем сяое. В сб. "^ежно- ж шееопереное", т . 6, Минск, 1972.

7. Кальтман И.И. йсслецоваяж© процессов переноса тепяа при охяажцении тея в вжбронеевщооЕИ»енном слое цжсперсного материала. Канджцат. щиссертацин, АН БОС ,^ Минск, 1970.

8. Кальтман И.1. , Тамарин А*И. Иослецование теплопереноса МОЕЩГвибропеевюошшенным слоем дисперсного материала и охлажядемни в нем телом. - Ш&, 1969, т . 15, Ш 4 .

9. Кальтман И.Й., Тамарин А.И. I определению оптимальных параметров вибрации Ц1Я закалки цеталей в вибролсевцооЕШсенном слое диеперсяог© материала. Трущн Специального конструкторского бюро, 1 3 , выи Л , изд. 0НТЭ1 СЕБ-З. Минск, 1967*

10. Картечин В.1. Штенсиркация процесса сужи вояокнообразрэщих полимеров в виброкишщен слое с наяоасением ин|ракрасного облучения. КаНЩ.дисоертадия, МТИ, М., 1974. 4В* Кафаров В.В* Нзтоцн кибернетики в химии и химической технологии. М., "Химия", 1968. 4Б0

11. Кжшовжч В,У* Тржцы ОМИЙТа, 1962, вып*38.

12. Коган §•!• Пористость вжброкшющего сяоя* В сб." Исонеюваяле тепжо- ж шееообмеяа в технологических процессах и аппаратах". Манок. *'Наука ж техника", 1966.

13. Кояоетов В3*# Матроеова I.M., Гарбузова Г Л . Гицроцинамикаж тбпгообмен виброкжнщего сяоя порогов пояимеров. В сб. ^Гаэдоцинамжческжв ж тепюобшянже процессы в химической ашаратуре". Трущ 1внНШШМШа, вып.2, I . , "Машиностроеяж", 1967.

14. Коротков Б.М. Исеяецование дрщевса ериш цисперсных материагов в виброкинздбм сяоа. Жантщ. диссертация. МИШ. М., 1974.

15. Коротков Б.М. ж щз* Материалы Всесоюзного совещания ''Сушкажошшерннх вштержаюв и создание новых конотрукцШ сушильного оборудования"^ Дзержинск, I97S.

16. Корягии А.А., Сажин Б.С*, Чувпжйо Е.А», Юматов А.В., Сироко^ G.H., ОсивскиК B.Q., Кочетов I .H. , Зильберман А.И., Шилов Л .А». Попов 6.М., Шевжяков И.!* Оушилка кипящего слоя цт сыпучих штериалов. Авт.овид. ^ 434241, Бюллетень И8обр.1974,В 24*

17. Кузнецов М.|.« Непомнящий И.П., Hoвицкиt П.1 . , Лшная З.Г.Сушка оуяьфата аммония в аппарате с наг^звленным перемешиванием кщшщего ежоя. -"Кок© и химия-, 1%1, № 8-. 18. Куннос Г.Я.» Окущра А.Н. Теория и практика, вибросмешиваниябетонных cMeeei* Рига, Изд. АН Датвийской ССР, 1962.

19. Яиткевич Э*М. Кальцинация технического бикарбоната натрияв вибрирущем слое. - ШХ, I960, т . 33, № 6.

20. MaxatioB Н.В., Членов ВД. , Залжнаев Е.В. Сушилка для сыпучихматериалов. Авт.свид. * 245665, Бюллетень изобр.,1969, & 2 .

21. Никонов I . B . ^ика пожимерных матержажов в виброкжподемсжое. Канд.диссертация, МТИ, М«, 1975.

22. Рукештейн Э. ЖПХ, 35, Л 1,71(1962).

23. Оброюв И.1. Иееяецование вжиннжя вибрации на семенные каче- .отва и нрщвсс оушкж зерна. Еанп;. здссертацин. ВШ, М«Д968.

24. Шроцов ! • ! . Ж выбору основных параметров вибрационной оушип-.кж. Труды Всесоюзного яаучяо-жосяедоватетЕьского института механизации сельского хозяйства (ВШ), т*43, М,,1967.

25. Степанов В.Ф., Жучков А.1.Вибрационная супшяка. Известия.вузов* Серия "Машиностроение", 1961, Л 8 .

26. Степанов В.#., Жучков А.Е. 7ОТ^ФЖОТВО идя сушки оыпучщ: штериажов. Авт.евжи;., * 334199, i 334200, Бюядетеяв изобр., 1.6G, * 23. 99*|Сщз©е5©в В.1 . Иссяедованже щзсщеееа сушки сахара-песка* Еаяц.диссертация. М., МИШ, 1966.

27. Тоекубаев Й.Н. Исследование теплообмена между ребристымиповерхностями и пеевдоожиженнщ слоем. Автореферат* МЙТХТ, М., 1974. П О . Федоров И.М., Теория и расчет процессов сужи во взвешенном состоянии. Госэнергоиздат, 1955. 4S6

28. G. Шейшн ВД. , Зелепуга А,С. Аэродинамика, масоо- и теплоперенос щ|и сушке кристаллических дисперсных материалов в виброкипящем слое. В сб. "Тепло- и массоперенос в процессах сушки ж термообработки". Ишск* "Наука и техника", 1970'. >(6^