CC BY
44
УДК 66.047 (088.8)
Б.С. Сажин, А.С. Белоусов, М.Б. Сажина*, В.Б. Сажин**,
Александр В. Лопаков, Алексей В. Лопаков, Н.А. Фицева
Московский государственный текстильный университет им. А.Н. Косыгина, Москва, Россия *Российский заочный институт текстильной и легкой промышленности, Москва, Россия **Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОСОБЕННОСТЕЙ ГИДРОДИНАМИКИ ВИХРЕВЫХ АППАРАТОВ
The results of experimental studies of vortex apparatus for drying disperse materials. In particular features of hydrodynamics in colliding over-twisted threads, and the office gushing with a combined layer, as well as research Doval working models of disk vortex and combined machines. The recommendations on the establishment of model dryers new generation shiro-koporistyh Si puchih materials, as well as for suspensions and solutions, which form after the dispersion and dehydration shirokoporistye disperse systems. For the combined bezunosnyh dryers installed in them the possibility of drying solutions and suspensions, which after dispersion and partial dehydration of finely porous structure with a critical pore size 4-6 nanometers. Instead of typical vortex dryers for drying tonkopori-grained dispersed materials with a critical pore size 4-6 nanometers recommended bezunosnye combo devices not requiring installation after a recovery system dried product. The methods of engineering calculation and selection of optimal operating mode dryers shirokoporistyh dispersed materials with critically pore size of more than 6 nanome-
Изложены результаты экспериментальных исследований вихревых аппаратов для сушки дисперсных материалов. В частности особенности гидродинамики во встречных закрученных потоках и аппарате с комбинированным фонтанирующим слоем, а также исследована работа моделей дисковых вихревых и комбинированных аппаратов. Разработаны рекомендации по созданию типовых сушилок нового поколения для широкопористых сыпучих материалов, а также для суспензий и растворов, образующих после диспергирования и обезвоживания широкопористые дисперсные системы. Для комбинированных безуносных сушилок установлена возможность сушки в них растворов и суспензий, образующих после диспергирования и частичного обезвоживания тонкопористые структуры с критическим размером пор 4-6 нанометров. Вместо типовых вихревых сушилок для сушки тонкопористых дисперсных материалов с критическим размером пор 4-6 нанометров рекомендованы безуносные комбинированные аппараты, не требующие установки после себя системы улавливания высушенного продукта. Предложены методы инженерного расчета и выбора оптимального режима работы сушилок для широкопористых дисперсных материалов с критическим размером пор более 6 нанометров.
В данной работе изложены результаты экспериментальных исследований вихревых аппаратов для сушки дисперсных материалов. В частности особенности гидродинамики во встречных закрученных потоках и аппарате с комбинированным фонтанирующим слоем, а также исследована работа моделей дисковых вихревых и комбинированных аппаратов.
Для исследования дисковых вихревых камер была создана экспериментальная установка и изучена гидродинамика комбинированного аппарата [1,2]. В результате получены поля скоростей и давлений газа в аппарате при ступенчатом вводе материала. Выявлено также, что подача в аппарат материала приводит к снижению доли потерь полного давления, приходящегося на выходящий из камеры кольцевой вихрь с 65-70% до 55-60%.
Используя импульсный метод, изучена структура потоков в комбинированных аппаратах. Получены зависимости изменения концентрации трассера на выходе из аппарата от времени при различных режимных и конструктивных параметрах.
Определено влияние на среднее время пребывания материала (тйд) в
комбинированном аппарате от общего расхода газа Уп, расходной концентрации материала Й0 и относительной высоты пережима (Ь/Н), расположенного в вихревой камере. Установлено, что с увеличением Ъ/Н, вследствие роста удерживающей способности, возрастает т~д.
Геометрические размеры лабораторных комбинированных вихревых сушилок представлены в таблице.
Табл. Геометрические размеры лабораторных комбинированных вихревых сушилок
Диаметр корпуса аппарата Диаметр вихревой камеры Д,м Высота вихревой камеры Н,м Диаметр выхлопной трубы б/п, ЛІ Высота ввода выхлопной трубы /?, ,, ЛІ Высота пе-режимного кольца Ь,м
ОД 0,2 0,06 0,06 0,01; 0,02; 0,03; 0,04; 0,05;0,055 0,006; 0,015; 0,03
од 0,2 0,06 0,045 0,06 0,075 0,055 0,006; 0,015; 0,03
При исследовании гидродинамики во встречных закрученных потоках и аппарате с комбинированным фонтанирующим слоем часть экспериментальных исследований была выполнена в лабораторных условиях, а значительная их часть является результатом обработки статистических данных, полученных при обследовании работы действующих промышленных установок по сушке дисперсных материалов [3].
Исследовалось влияние высоты вихревого аппарата, расхода потока и размера частиц на распределение времени пребывания дисперсной фазы, рассчитана дисперсия функций распределения времени пребывания. Установлено, что распределение времени пребывания существенно зависит от режимов работы и конструкций аппаратов.
Для описания РВП (распределение времени пребывания) частиц предложена гидродинамическая модель ячеечного типа, в которой учитывается зависимость параметров от характеристик материала и устройства.
Обработка кривых распределения проводилась по методу моментов.
Рассчитаны значения среднего времени пребывания Т’ в зависимости от расхода газа и диаметра частиц. Эти зависимости имеют неординар-
ный характер. Увеличение скорости потока, которое в обычных трубных течениях вызывает уменьшение времени пребывания, в данном случае увеличивает Т’, причем это увеличение пропорционально высоте аппарата.
Также в результате экспериментального исследования установлено существенное влияние дополнительных боковых вводов теплоносителя на гидродинамику и тепломассообмен в аппарате с фонтанирующим слоем.
Установлено, что увеличение соотношения потоков а приводит к уменьшению максимального перепада давления в слое и скорости начала фонтанирования; вместе с тем увеличение а приводит к увеличению рабочего перепада давления в слое и числа фонтанирования.
Найденная зависимость объемного числа Нуссельта Ыи¥ от соотношения расходов а имеет экстремальный характер, что согласуется с рациональным отношением расходов а , полученным при гидродинамическом исследовании. При значении а =0,55 конечное влагосодержание материала достигает своего минимального значения.
В результате исследований проведена разработка рекомендаций по созданию типовых сушилок нового поколения для широкопористых сыпучих материалов, а также для суспензий и растворов, образующих после диспергирования и обезвоживания широкопористые дисперсные системы.
Выводы: В результате исследования удерживающей способности комбинированных безуносных сушилок установлена возможность сушки в них растворов и суспензий, образующих после диспергирования и частичного обезвоживания тонкопористые структуры с критическим размером пор 4 - 6 нанометров. На основании результатов проведенных экспериментальных исследований вместо типовых вихревых сушилок для сушки тонкопористых дисперсных материалов с критическим размером пор 4-6 нанометров рекомендованы безуносные комбинированные аппараты, не требующие установки после себя системы улавливания высушенного продукта. На основании теоретических и экспериментальных исследований предложены методы инженерного расчета и выбора оптимального режима работы сушилок для широкопористых дисперсных материалов с критическим размером пор более 6 нанометров.
Библиографические ссылки
1. Сажин В.Б., Сажина М.Б. Сушка в закрученных потоках: теория, расчет, технические решения. М., 2001. 334 с.
2. Влияние режима работы и конструкции на характеристики вихревого аппарата / А.С. Белоусов, Б.С Сажин., В .Б.Сажин [и др.]; //Успехи в химии и химической технологии. Т. XX, 2006. № 2 (60). С. 94-97
3. Гидродинамическое перемешивание дисперсной фазы в вихревом потоке / А.С. Белоусов, Б.С. Сажин, А.В. Лопаков [и др.]; //Изв. вузов. Технология текстильной промышленности, 2006. № 6. С. 104-109.
4. К расчету потерь давления в вихревом аппарате / А.С. Белоусов, Б.С. Сажин, А.В. Лопаков [и др.]; //Успехи в химии и химической технологии. Т. XIX, 2005. № 10 (58). С. 62-64.
