ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теплообмен из "Сушка в химической промышленности" Для кипящего слоя характерен неустановившийся гидродинамический режим с неравномерностью полей давлений и температур, циклическим возникновением и разрушением газовых пузырей, неодинаковой локальной порозностью и т. д. По данным [122], порозность в данной точке слоя не остается неизменной во времени, о чем свидетельствуют пульсации давления. Поэтому наблюдается хаотическое движение частиц в слое во всех направлениях. Для кипящего слоя характерно также перемешивание газа и материала, причем обе фазы перемешиваются в осевом (по направлению потока газа) и продольном (или поперечном) направлениях. Частицы при возвратно-поступательном движении захватывают газ и переносят его в глубину слоя, т. е. происходит осевое перемешивание газа. [c.194] Я- Беранек и Д. Сокол [5] проводили опыты, в которых в кипящий слой стеклянных шариков на расстоянии 63 см от решетки вносили гелий и определяли его концентрацию по высоте слоя. На рис. V-13, а показана зависимость относительной концентрации гелия в слое С/С от расстояния до решетки. Из рисунка видно, что часть гелия переносится навстречу потоку газов. Распределение концентрации гелия в горизонтальном сечении показано на рис. V-13, б. Характер кривой близок к нормальному закону распределения и свидетельствует о размыве вещества в слое. [c.194] Изучение перемешивания материала в кипящем слое имеет первостепенное значение, так как позволяет правильно подойти к выбору оптимального режима сушки, рациональной конструкции аппарата и т. д. На основании теоретических предпосылок и опытных данных можно утверждать, что установки с кипящим слоем приближаются к аппаратам идеального вытеснения в тех случаях, когда увеличиваются размеры установок КС, часовые потоки материала и скорости его перемещения по решетке и уменьшается скорость кипения. Свободный пробег частицы при выбросе ее из слоя или поперечном перемещении в слое мал в больших аппаратах, поэтому с увеличением площади решетки выравнивание скоростных и температурных полей в горизонтальных плоскостях слоя менее вероятно. Лабораторные установки с кипящим слоем близки к аппаратам идеального смешения. Поэтому можно утверждать, что процесс сушки в кипящем слое трудно моделируется, а данные лабораторных опытов нельзя переносить на промышленные аппараты без существенных поправок. [c.195] Принимая экспоненциальный закон изменения влажности частиц, авторы перечисленных работ рассматривали вопрос о равномерности сушки отдельных частиц. [c.196] Выводы указанных выше авторов о значительной неравномерности сушки в установках с кипящим слоем недостаточно хорошо согласуются с опытными данными. Дело в том, что при контакте частиц между ними происходит интенсивный тепло- и массообмен. Кроме того, промышленные сушилки работают обычно со средним интегральным временем пребывания частиц, значительно превышающим время, которое требуется для данных условий по кинетике процесса сушки. Все это приводит к выравниванию процесса сушки. Напротив, неточно высказывание Ю. Я. Кагановича и А. Г. Злобинского [23] о высокой равномерности процесса в однокамерных сушилках. При сушке в них термостойких солей температура в слое поддерживается выше 105° С, а средняя длительность сушки (более 3 мин) значительно превышает требуемую по кинетике сушки тонкодисперсного материала. Хлористый калий высушивается в пневматических сушилках за секунды, поэтому на основании полученных колебаний конечной влажности (0,1—0,2%) нельзя говорить о равномерности сушки. Для продукта с более высокой конечной влажностью были бы получены другие результаты. [c.197] Из приведенных данных видно, что сушка в аппарате с направленным потоком протекает достаточно равномерно. На рис. V-15 показано изменение во времени температуры газов по зонам и влажности крупы в двухзоннои сушилке с направленным потоком материала при площади решетки 0,6x2,0 м2 и производительности 1500 кг/ч. Сушка протекает вполне равномерно даже при значительном колебании начальной влажности крупы. Причем на влажность готового продукта в основном влияет температура газов, поступающих во вторую зону. [c.198] Таким образом, в сушилках с кипящим слоем при определенных условиях можно добиться достаточно равномерной сушки продукта. Неравномерность пребывания частиц в слое П. Г. Ро-манков рекомендует характеризовать моментом правой и левой частей площади дифференциальной кривой Дя/Af At = / (т) относительно оси среднего времени пребывания (см. рис. V-14). Нам кажется, что действительное среднее время пребывания тср. надо было бы определять графическим интегрированием опытной дифференциальной кривой распределения. Эта величина в некоторых случаях будет отличаться от ТСР., найденного из соотношения (П-44). При наличии застойных зон ТСР. тср., поэтому отношение Тср./Тср. 1 говорит о неравномерности кипения по площади решетки. [c.198] По опытным данным, для установления производительности G = 3 000 — 25 000 кг/ч коэффициент диффузии продольного перемешивания Од — 10 3— 10 2 м2/сек. [c.199] На рис. V-16 дана функция распределения времени пребывания гранул в аппарате с lib % 40 (кривая /) и в однокамерной установке с идеальным перемешиванием (кривая 2). Из рисунка видно, что время пребывания частиц в аппарате с направленным движением материала более ограничено. [c.199] Более равномерное время пребывания частиц достигается в многокамерных сушилках, в установках с направленным движением материала при больших отношениях lib и в установках с направленным движением, оборудованных внутренними перегородками, которые служат своеобразными дросселями (материал проходит между сеткой и перегородкой). [c.200] В кипящем слое каждая частица интенсивно омывается потоком газа. Скорость смывания имеет переменный пульсирующий характер, что интенсифицирует тепло- и массообменные процессы. В процессе теплообмена происходит соударение частиц и вследствие этого турбулизация пограничного слоя. В единице объема аппарата одновременно находится большое количество частиц, поверхность которых участвует в теплообмене. Совокупность высоких теплообменных коэффициентов и больших поверхностей раздела фаз в установках с кипящим слоем обусловливает интенсивность процессов тепло- и массообмена, отнесенную к 1 л3 аппарата. [c.200] За размер частиц принимают средний объемно-поверхностный размер 63, 2 без учета вынесенных из слоя мелких фракций. В процессе сушки удельный объем воздуха значительно изменяется, поэтому скорости кипения наиболее рационально принимать по температуре отходящих газов с поправкой на изменение их влаго-содержания. [c.201] Была установлена значительная зависимость коэффициента теплообмена от конечной влажности для периода падающей скорости сушки. Кроме того, опыты показали, что коэффициент теплообмена зависит от стадии процесса кипения. Стадии кипения характеризуются отношением ReK/ReB = ик/мв, но в критерии Рейнольдса вместо скорости кипения ик принималась скорость фильтрации ык/е0 (где е0 — порозность спокойного слоя), т. е. [c.202] Опытные точки хорошо укладываются на прямую линию. [c.203] На рис. V-17 нанесены зависимости по уравнению (V-26) при к/ в = 0,1 (кривая //) и при ик/и = 0,15 (кривая ///), т. е. для рабочих областей с ык/ кр. = 2—4 для частиц размером 1—3 мм. Там же приводится зависимость по уравнению (V-25) при ик/ив = 0,15, е = 0,4 и А0/бэ = 15 (кривая IV). Из сравнения этих кривых видно, что в области 102 Кеф 3500 полученные нами экспериментальные точки располагаются между кривыми /// и IV. [c.204] Если в приведенные выше критериальные зависимости подставить значение нк = (3—4) ыкр или к = (0,1—0,3) ив, а величину кр. или ив взять из уравнений (111-14), (111-18) или (111-33), (111-39), то получится, что с увеличением диаметра частиц коэффициент теплообмена для кипящего слоя увеличивается от а = = / (б0 2) до а = / (б2) в зависимости от принятых уравнений. [c.205] Иногда при расчете комбинированных сушилок необходимо знать коэффициенты теплообмена между поверхностью стенки и кипящим слоем дисперсного материала. На рис. V-19 показана зависимость коэффициента теплообмена к плоской стенке от массовой скорости газов для спокойного и кипящего слоев материала и для воздуха [31 ]. Из рисунка видно, что при наличии дисперсного материала процесс теплообмена значительно интенсифицируется. [c.205] Коэффициент теплообмена к стенке неодинаков по высоте слоя и зависит главным образом от концентрации частиц, а также от скорости кипения, причем существует оптимальное значение скорости кипения, при которой коэффициент теплообмена максимален. В этот период количество соударений частиц о стенку, являющееся функцией концентрации частиц и их скорости, максимально. [c.205] Вернуться к основной статье