ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Анализ устойчивости рецикловых процессов с неселективной выгрузкой из "Обезвоживание растворов в кипящем слое" Большой интерес к использованию преимуществ метода кипящего (псевдоожиженного) слоя в различных областях техники и технологии привел к появлению за последние 15 лет целого ряда монографий советских и зарубежных авторов, причем почти все иностранные монографии переведены и изданы в Советском Союзе. Многие из этих монографий посвящены общим принципам и проблемам теории и практики кипящего слоя — гидродинамике, теплообмену, химическим превращениям твердой фазы и продуваемого газа. Общим и специальным проблемам многотоннажных процессов сушки в кипящем слое посвящены монографии и работы ряда научных коллективов — Ленинградского технологического института им. Ленсовета, Московского института химического машиностроения. Всесоюзного научно-исследовательского и проектного института галургии (ВНИИгалургии) и других организаций. [c.5] Данная монография посвящена более узкой проблеме — обезвоживанию и грануляции в кипящем слое — и в основном базируется на теоретических исследованиях и практике внедрения технологических процессов, разработанных во ВНИИГе. [c.5] Дается обзор исследовательских работ по данному вопросу, а также технологических процессов и конструкций, внедренных на предприятиях цветной металлургии и некоторых других отраслей промышленности. [c.5] При построении математических моделей следует исходить из того факта, что в реальном аппарате кипящего слоя одновременно находится огромное число частиц, исчисляемое десятками тысяч и миллионами. Эти частицы имеют различные и непрерывно изменяющиеся размеры и движутся с различными скоростями в разных направлениях. Внизу, у газораспределительной решетки, они обдуваются струями горячего газа, а поднимаясь вверх, попадают в области, где их орошает сравнительно холодный раствор. В процессе периодических перемещений капли и пленка раствора, растекающегося по поверхности гранул, высыхают и оставляют на этой поверхности осадок обезвоженной соли. Наращивание заметного слоя осадка происходит в течение значительного числа таких циклов, а сами растущие гранулы в кипящем слое интенсивно перемешиваются друг с другом. Эти обстоятельства позволяют рассматривать подобный аппарат с кипящим слоем как систему с сосредоточенными параметрами, считать все частицы находящимися в одинаковых условиях и вводить усредненные характеристики скорости наращивания осадка. [c.6] Слоя может происходить размях чение материала частиц, приводящее к их слипанию и агломерации. В непрерывном технологическом процессе определенная доля гранул в виде готовой продукции также непрерывно выво дится из аппарата. Для компенсации этой доли и регу-лирования числа и размеров конечных гранул в аппарат подают новые, более мелкие частицы твердой фазы, получаемые, например, дроблением части готового продукта (рецикл). [c.7] Для поддержания стационарных условий работы аппарата все эти процессы изменения числа частиц должны балансироваться. Причем балансироваться должно не только общее число частиц и масса твердой фазы в аппарате, но и доля частиц каждого из имеющихся в аппарате размеров гранул. Поэтому математическая модель процесса должна содержать и описывать поведение всей функции распределения гранул по их размерам. Аппарат для исследования и определения подобных функций распределения в значительной мере был разработан в смежных областях науки. [c.7] Математические модели, описывающие поведение функции распределения, составлялись авторами книги для более общего случай нестационарного процесса. Это позволяет проводить более широкий анализ техно-логического процесса. Наряду с установлением вида и характера распределения гранул по размерам в готовом продукте при -стационарном режиме работы аппарата стало возможным исследовать и предсказывать характер и направление переходных процессов. Выявлены факторы, определяющие границы устойчивости стационарных режимов и время установления стационарного состояния. [c.7] Таким образом, построенные математические модели позволяют перейти от исследований физического механизма явлений к определению параметров и режимов работы промышленных аппаратов обезвоживания и грануляции растворов в кипящем слое. [c.7] Осуществление процессов в аппаратах кипящего слоя представляет интерес вследствие простоты конструкции и обслуживания этих аппаратов и способности процессов обезвоживания растворов к саморегулированию в определенных пределах. Описываемые математические модели позволяют устанавливать пределы такого саморегулирования процессов и минимум мероприятий по применению дополнительного автоматического регулирования. [c.8] Авторы выражают надежду, что опубликование данной монографии будет способствовать более широкому применению разработанных моделей и методик расчета для других процессов, проводимых в аппаратах кипящего слоя. [c.8] Физическая модель процесса обезвоживания растворов в аппарате с кипящим слоем состоит в следующем. Горячий газ, подаваемый под решетку, поддерживает над ней во взвешенном состоянии слой выделяющейся фазы, состоящей из твердых частиц различного размера На слой разбрызгивается раствор этой фазы, обволакивающий поверхность частиц. За счет физического тепла подаваемого газа вода испаряется, и на поверхности частиц отлагается новый слой твердой фазы, увеличивая их размер (радиус) х. Суммарный объем слоя поддерживается постоянным за счет непрерывной выгрузки растущих частиц. Для поддержания постоянным общего числа частиц в слое и их среднего размера в аппарат непрерывно вводится рецикл мелких частиц определенного состава. [c.9] Наличие кипящего слоя обеспечивает одинаковые температуры и состав твердой фазы во всем аппарате и в выгрузке. [c.9] Исходя из физической модели процесса обезвоживания растворов в аппаратах с кипящим слоем его необходимо рассматривать в трех аспектах макрокинетики тепло- и массообмена, микрокинетики тепло- и массообмена и, наконец, баланса частиц. [c.9] Положение еще более усложняется из-за различного гидродинамического состояния каждой зоны. Впервые систематический анализ таких систем, где выход процесса определяется некоторым усреднением по траекториям отдельных частиц, был применительно к процессам в кипящем слое проведен И. Н. Тагановым [1—4]. Этот анализ, названный методом статистического моделирования , был применен для расчета процессов сушки частиц силикагеля и прессованного силиката, причем были получены не только интегральные характеристики (конечная влажность материала), но и распределение частиц по влажности при этом принималось экспоненциальное распределение потенциалов переноса частиц по высоте. [c.10] Процесс грануляции и обезвоживания также относится к категории процессов, зависящих от траектории. Специфика его, однако, состоит в том, что нормируемым параметром является чаще всего не влажность, которая меняется скачкообразно (а не монотонно, как в случае сушки), а объем частиц, изменяющийся при каждом выходе частиц в верхнюю (факельную) зону. В принципе для детального расчета распределения по размерам указанный выше метод также может быть применен. В большинстве практически важных случаев погрешности различных этапов расчета так велики, что оказывается возможным рассматривать слой без разделения на зоны как объект с некоторыми усредненными сосредоточенными параметрами. [c.10] Не менее сложен вопрос микрокинетики тепло- и массообменных процессов, т. е. явлений, протекающих на одиночной грануле. Анализ литературных данных [5—7], а также данных авторов [8, 9] показывает, что довольно обоснованным является закон роста гранул нулевого порядка, т. е. закон независимости скорости роста отдельных гранул от их размера. [c.10] Важный фактор физической картины процесса — это баланс числа частиц в системе. Он определяет в основном все модификации метода обезвоживания и грануляции из растворов в кипящем слое. Из условия непрерывности (стационарности) процесса вытекает необходимость постоянства числа частиц в слое. При этом, если вводимый с раствором продукт в балансе частиц не участвует, то выгружаемый материал представляет собой сток (отрицательный поток) частиц, который должен быть компенсирован. [c.11] По принципу этой компенсации (виду источника) и различают две важнейшие разновидности метода рецикловые процессы, в которых отводимое и теряемое (например, с уносом) количество частиц непрерывно компенсируется внешним источником, называемым рециклом (или ретуром), и безрецикловые процессы, в которых введение новых частиц осуществляется внутри слоя за счет дробления находящихся в нем гранул. Необходимость учета внутренних связей, налагаемых процессом дробления, резко осложняет математическую сторону задачи, переводя ее из разряда дифференциальных уравнений в интегро-дифференциальные. [c.11] В заключение необходимо отметить, что разнообразие форм метода учитывает возможность наложения еще одной связи—на вероятность выгрузки частиц различного размера, что осуществляется с помощью сепарирующего устройства [5 13 14, с. 63 15 16]. [c.11] Из изложенного выше можно сделать некоторые выводы о структуре искомого математического описания. Во-первых, принимая, что макрокинетические свойства системы могут быть рассмотрены на основе модели объекта с сосредоточенными параметрами (как следует из работы [17], в терминологии, применяющейся при описании процессов химической технологии, это адекватно реактору или аппарату идеального смещения), авторы тем самым определяют степень учета этих свойств в монографии. [c.11] Вернуться к основной статье