ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теплообмен в рекуперативных теплообмеиных аппаратах из "Теплообменные процессы химической технологии" Гидравлические исследования кинематики движения фаз показывают сложное, ускоренное движение частиц в центральном канале, где скорость и концентрация дисперсного материала изменяются как по высоте, так и в радиальном направлении [101]. Количество газа, проходящее по центральному каналу, уменьшается по высоте слоя из-за перемещения части газа в периферийное кольцо материала. [c.220] Фонтанирующий слой имеет по сравнению с ПС ряд преимуществ отсутствие газораспределительного устройства (решетки), возможность взвешивать крупные частицы без значительного увеличения расхода газа, осуществлять фонтанирование дисперсных материалов широкого гранулометрического состава без уноса мелких фракций, обрабатывать слипающиеся и спекающиеся материалы и т. д. При этом во многих процессах интенсивность работы аппаратов с фонтанирующим слоем оказывается большей, чем аппаратов ПС, а в некоторых случаях удается непрерывно осуществлять межфазный контакт систем, для которых это не представляется возможным сделать в условиях ПС. [c.221] В качестве недостатков фонтанирующего слоя можно отметить меньшую, чем для ПС интенсивность внешнего теплообмена со стенкой аппарата, что существенно при отводе теплоты экзотермических реакций или при необходимости подводить дополнительную теплоту, и склонность гидравлической системы с фонтанирующим слоем к автоколебательным режимам в аппаратах значительных габаритов [102]. [c.221] Еще одним моментом, сдерживающим широкое применение фонтанирующего слоя, является сравнительно малая изученность процессов тепло- и массообмена как между слоем и теплообменными поверхностями (в том числе и со стенкой аппарата), так и между частицами твердой фазы и взвешивающим газом. [c.221] Для того, чтобы использовать простое решение (7.136), требуется информация о скорости движения дисперсного слоя вдоль стенки, а также о значении эффективного коэффициента теплопроводности движущегося слоя А,э, зависящего от неизвестного и переменного количества фильтрующегося через слой газа. Следует также отметить, что в модели (7.135) перенос теплоты фильтрующимся газом считается пренебрежимо малым. [c.222] Эксперименты дают меньшие значения сх, , чем это следует из уравнения (7.136), что служит основанием для введения в модельные представления дополнительного термического сопротивления у теплообменной поверхности [100]. [c.222] Экспериментальные измерения показывают, что качественная зависимость а от скорости газа и для фонтанирующего слоя имеет тот же вид, что и кривая на рис. 7.7 для ПС, но с менее выраженной правой частью кривой в области больших скоростей. Значительное увеличение а,с с ростом скорости газа естественно объясняется усилением интенсивности циркуляции дисперсной фазы в аппарате (что приводит к увеличению т), а также одновременным увеличением эффективной теплопроводности опускающегося слоя материала из-за повышения скорости фильтрования газа в зазорах между частицами. Тенденция к уменьшению после достижения экстремального значения может вызываться некоторым разрыхлением опускающегося периферийного слоя материала. [c.222] Характер изменения интенсивности теплообмена поверхности с фонтанирующим -слоем по радиусу слоя г. [c.223] В отличие от ПС, увеличение диаметра частиц фонтанирующего слоя интенсифицирует внешнюю теплоотдачу [100], что может быть связано с возрастанием скорости фильтрования газа через слой крупного материала и соответствующим увеличением Хд. [c.223] Численные значения Кю от слоя к стенке аппарата оказываются порядка 100 Bt/(m -K). Качественный график (рис. 7.20) показывает, что наибольшее значение а,с от слоя к стенке наблюдается в промежуточной зоне между центральным разреженным каналом и плотным периферийным слоем, где концентрация частиц, их подвижность и скорость газа достаточно велики, чтобы обеспечить значение ОС,,- порядка 270 Вт/(м2-К). Наименьшее значение а - имеет в периферийной зоне, где дисперсный материал не перемещается по нормали к теплообменной поверхности. [c.223] При увеличении диаметра частиц возрастает составляющая конвективного теплообмена и увеличивается концентрация твердой фазы в центральном ядре слоя, что приводит к смещению максимума на кривой (рис. 7.20) к центру фонтанирующего слоя. [c.223] Следует отметить, что ввиду существенной неоднородности фонтанирующего слоя при обобщении экспериментальных данных возникают трудности с определением температуры слоя, поскольку значения температуры материала и газа в центральном канале и в периферийной зоне различны и изменяются также по длине этих зон. Как и в периферийном канале, локальные значения возрастают для более крупных частиц за счет большего относительного вклада конвективной составляющей и практического отсутствия теплообмена по пакетному механизму во всех трех зонах фонтанирующего слоя. Имеющиеся данные [82] показывают, что средние значения а - внутри фонтанирующего слоя оказываются на 25—75 % ниже, чем в ПС того же дисперсного материала. [c.223] Корреляция (7.138) также содержит в критериях Нуссельта и Рейнольдса в качестве характерного размера диаметр частиц. [c.224] Для практического расчета по соотнощению (7.138) значение е фонтанирующего слоя необходимо брать по опытным данным. [c.224] Межфазный теплообмен. Теплообмен между газом и поверхностью дисперсного материала в фонтанирующем слое отличается значительной сложностью, обусловленной переменными значениями температуры газа в различных точках слоя и циркуляционным движением частиц через разные зоны. [c.224] Уравнения (7.141) и (7.142) содержат скорость газа и, входящую в Ке. Для расчета а в центральном фонтане по соотношению (7.141) нужно знать порозность е или величину концентрации частиц твердой фазы в центральном канале. [c.225] В общем случае методика расчета процесса нагрева (охлаждения) частиц, непрерывно проходящих через аппарат фонтанирующего слоя, должна учитывать то обстоятельство, что нагретые за короткое время пребывания в центральном ядре частицы отбрасываются в верхней части слоя в кольцевую зону и отдают здесь свою теплоту холодным частицам. Передача теплоты в периферийном слое происходит за счет контактной теплопроводности- между частицами, путем теплоотдачи к газу, фильтрующемуся через слой дисперсного материала. В каждой из зон по мере изменения внешних условий (а и температура газа t) происходит нестационарное изменение внутренних температурных полей в каждой частице. [c.225] В монографии [100] приводятся результаты расчетов на ЭВМ процесса межфазного теплообмена в фонтанирующем слое. При этом нагрев в центральном ядре слоя рассчитывался по уравнению нестационарной теплопроводности (3.12) при граничных условиях конвективной теплоотдачи с использованием профилей температуры газа по высоте фонтана, скоростей газа и частиц, а также порозности фонтана, заимствованными из экспериментов. Результаты расчетов температуры частиц по высоте фонтана приводятся в виде графических зависимостей. Расчеты показывают, что для не слишком крупного материала в периферийном кольце из-за большой удельной поверхности дисперсного материала может быть до- стигнуто состояние, близкое к термическому равновесию между фильтрующимся газом и материалом. [c.225] Теплообменные аппараты широко используются в промышленной практике для нагрева или охлаждения различных веществ. Наиболее распространенным в химической и других отраслях промышленности является рекуперативный кожухотрубчатый теплообменник, в котором два текучих теплоносителя (капельные жидкости, газы, пары или их смеси) обмениваются теплотой через цилиндрические поверхности многочисленных труб (рис. 8.1). Один теплоноситель проходит внутри параллельных труб (трубное пространство теплообменника), а второй — по межтрубному пространству между наружной поверхностью труб и цилиндрическим кожухом теплообменного аппарата. Величина теплообменной поверхности в таких аппаратах достигает 950 м , а число труб — 2500. [c.226] Преимуществами регенеративного теплообменника являются сокращение его общего объема, что оказывается существенным при теплообмене больших объемов газов, и относительная простота конструктивного оформления. Однако очередность выхода теплоносителей и необходимость значительных затрат времени на циклы прогрева и охлаждения обусловливает и недостаток аппаратов регенеративного типа — непрерывное изменение температуры теплоносителей на выходе из теплообменника в пределах каждого цикла. [c.227] Вернуться к основной статье