CC BY
5
Инженерно-технические науки Engineering and technical sciences
УДК 66.011
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МНОГОСЕКЦИОННОГО АППАРАТА ПРИ СУШКЕ КОМПОНЕНТОВ ОГНЕТУШАЩЕГО ПОРОШКА
В.Е. Иванов, А.В. Топоров
Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России
М.Ю. Колобов
Ивановский государственный химико-технологический университет
В настоящее время широко распространены порошковые огнетушащие составы, которые применяются для тушения практически всех видов горения. Используются порошки на основе бикарбоната натрия. В их состав входят различные модифицирующие добавки, предотвращающие слеживание порошка. Для сушки бикарбоната натрия предложено вместо односекционного аппарата использовать многосекционный аппарат кипящего слоя. Создана экспериментальная установка с вертикальными перегородками и инжектирующими устройствами, улучшающими работу перетоков. В данном аппарате за счет увеличения или уменьшения высоты переточных трубок можно регулировать высоту слоя и время пребывания материала в каждой секции. В работе произведено исследование процесса сушки бикарбоната натрия в многосекционном аппарате кипящего слоя на одном из этапов производства огнетушащего порошка. Создание и внедрение многосекционного аппарата в производство огнетушаших порошков позволит повысить эффективность процесса сушки и снизить удельные затраты тепловой энергии на единицу выпускаемой продукции.
Ключевые слова: сушилка кипящего слоя, многосекционный аппарат, процесс сушки, дисперсный материал.
В настоящее время широко распространены порошковые огнетушащие составы, которые применяются для тушения практически всех видов горения. В зону горения подача огнетушащих составов осуществляется как передвижными, так и стационарными средствами. Механизм действия порошковых огнетушащих составов очень сложен. Основные факторы, которые влияют на реакцию горения, являются: прекращение горения за счет увеличения теплоотвода из пламени (зоны реакции) — так называемый принцип огнепреградителя; разбавление паров горючего вещества порошковым облаком и газообразными продуктами разложения порошка; ингибирование процесса горения продуктами пиролиза порошка, а также гетерогенным обрывом цепей ре-
акции на поверхности твердых частиц порошка; охлаждение объема зоны горения в результате нагрева частиц порошка. Порошковые огнетушащие составы имеют ряд преимуществ и ряд недостатков, к преимуществам относятся следующие качества: при сравнительно малом расходе быстро ликвидируют горение; порошковое облако неэлектропроводно; экранируют тепловое излучение пламени; не замерзают; при отсутствии влаги не вызывают коррозии металлов; не оказывают воздействия на вещества и материалы, подвергаемые тушению. К недостаткам можно отнести комкование и слеживание порошковой смеси. Существует множество различных способов получения ог-нетушащего порошка. Широкое распространение получили порошки на основе
бикарбоната натрия, в состав которых входят различные модифицирующие добавки, предотвращающие слеживание порошка. Для получения огнетушащего порошка, обладающего высокой огнету-шащей способностью при тушении загораний по классу B (нефтепродукты: бензин, керосин, масла), по классу C (газовые фонтаны, сжиженные газы), а также электроустановок, находящихся под высоким напряжением, проводится предварительная сушка бикарбоната натрия в односекционном аппарате кипящего слоя. При сушке дисперсного материала в данном аппарате происходит обратное перемешивание дисперсной и сплошной фаз, что в свою очередь приводит к снижению однородности псевдоожижения и ухудшению эффективности сушки. С целью снижения удельных затрат тепловой энергии путем повышения эффективности процесса сушки бикарбоната натрия предложено вместо односекционного ап-
парата использовать многосекционный аппарат кипящего слоя [1]. Для проведения исследования процесса сушки бикарбоната натрия в предложенном аппарате была создана экспериментальная установка (рис. 1) с вертикальными секционирующими перегородками, и инжектирующими устройствами, улучшающими работу перетоков [2]. Созданная экспериментальная конструкция аппарата позволяет исключить перемещение дисперсного материала из одной секции в другую в обратном направлении и получить высушенный материал, при одинаковых условиях проведения процесса сушки, с меньшей и более равномерной влажностью по сравнению с существующим односекционным аппаратом. Это обусловлено тем, что при разделении сплошного кипящего слоя на секции время пребывания отдельных частиц приближается к его среднему значению.
Рис.1. Многосекционный аппарат 1 - камера для кипящего дисперсного материала; 2 - камера ввода сушильного агента; 3 - газораспределительная решетка; 4, 5 - вертикальные перегородки; 6 - переточная трубка, 7 - карман, 8 - инжектирующая трубка, 9 - штуцер для ввода дисперсного материала, 10 - штуцер для ввода сушильного агента, 11 - труба для вывода высушенного дисперсного материала, 12 - штуцер для вывода отработанного сушильного агента.
В данном аппарате за счет увели- ных трубок можно регулировать высоту
чения или уменьшения высоты переточ- слоя и время пребывания материала в
каждой секции. При проведении опытов ную влажность высушенного материала.
исследовали влияние расхода и началь- Основные технические характеристики
ной температуры теплоносителя, а также работы аппарата приведены в таблице 1. количества секций в аппарате на конеч-
Таблица 1
Характеристики работы аппарата_
Наименование показателя Значение показателя
Производительность сушилки по высушенному материалу О, кг/с 7-10-4
Производительность сушилки по воздуху Q, м3/с 0,012-0,015
Начальная влажность дисперсного материала wн, %: 15
Температура теплоносителя на входе в аппарат 1;вх, 0С 70 - 90
Порозность слоя материала е 0,6 - 0,8
Средний диаметр частиц материала м 2-10-4
Количество секций в аппарате п, шт 1 - 4
Высота аппарата Нап, м. 0,7
Диаметр газораспределительной решетки Бг, м. 0,08
Высота кипящего слоя Нк сл, м 0,05-0,08
Конусность сушильной камеры у, град 14
На рисунках 2 и 3 представлены зависимости изменения конечной влажности бикарбоната натрия от количества секций в аппарате. На рисунке 2 показана первая серия опытов, где расход теплоносителя принимался равным 0,013 м3/с, а температура горячего воздуха, поступающего в сушилку, изменялась от 70 до 90 0С. На рисунке 3 показана вторая серия опытов, где расход сушильного агента изменялся в интервале от 0,012 до 0,015 м3/с, а его температура принималась равной 70 0С. Согласно проведенным опытам с помощью экспериментального аппарата установлено, что в одно-секционном аппарате наблюдается значительная неравномерность сушки, обусловленная тем, что при интенсивном перемешивании в слое время пребывания отдельных частиц существенно отличается от его средней величины, и может быть устранена путем добавления секций
в аппарат. Из рисунков 2 и 3 видно, что с повышением расхода теплоносителя и рабочей температуры сушильного агента конечная влажность материала уменьшается с увеличением количества секций в аппарате. При равных условиях проведения процесса сушки бикарбоната натрия в многосекционном аппарате и известном односекционном аппарате в первом из них достигается меньшая конечная влажность материала. Проведенные экспериментальные исследования также подтвердили надежную работу перетоков дисперсного материала, для перемещения его из одной секции в другую. Одним из достоинств предложенной конструкции аппарата является незначительное увеличение его металлоемкости, которое можно связать с установкой секционирующих вертикальных перегородок и инжектирующих устройств, т.к. габаритные раз-
меры многосекционного и односекцион-ного аппаратов являются одинаковыми.
2.5 -. 2 -Ч .5 Л
0.5 -О
Л 2 3 4 л, ш-г
Рис. 2. Зависимости изменения конечной влажности от количества секций в аппарате при изменении
температуры горячего воздуха
1 - 1ВХ= 70 °С; 2 - |и= 80 °С; 3 - |м= 90 °С.
1 . s -1
О . S
о
Рис. 3. Зависимости изменения конечной влажности от количества секций в аппарате при изменении расхода сушильного агента 1 - О = 0,012 м3/с; 2 - О = 0,013 м3/с; 3 - О = 0,015 м3/с.
Создание и внедрение многосекционного аппарата в производство огне-тушаших порошков позволит повысить эффективность процесса сушки и снизить удельные затраты тепловой энергии на единицу выпускаемой продукции.
ЛИТЕРАТУРА
1. Натареев С.В. Сушка дисперсных материалов в многосекционном аппарате кипящего слоя / С.В. Натареев, В.Е. Иванов, Е.Н. Венкин // Известия высших учебных заведений. Серия «Химия и химическая технология». 2010. Т. 53. №1. С. 129-130.
2. Иванов В.Е., Натареев С.В., Кочетков А.Е., Натареев А.С., Соловьева Е.А. Патент на полезную модель RUS 82587 04.12.2008.
Рукопись поступила в редакцию 04.10.2016
USE OF THE MULTI-SECTION DEVICE AT DRYING OF COMPONENTS OF THE FIRE-
EXTINGUISHING POWDER
V. Ivanov, A. Toporov, M. Kolobov Now widespread powder fire-extinguishing agents, which are applied to suppression of almost all kinds of burning. Powders on the basis of sodium bicarbonate are used. Their structure includes the various modifying additives, preventing caking of a powder. For drying of bicarbonate of sodium it is offered to use the multi-section device of a boiling layer instead of the one-section device. Experimental installation with vertical partitions and the injecting devices, improving work of overflows is created. In the given device at the expense of increase or reduction of height of overflow tubes it is possible to regulate height of a layer and time of stay of a material in each section. In work research of process of drying of bicarbonate of sodium in the multi-section device of a boiling layer on one of production phases of fire-extinguishing powder is made. Creation and introduction of the multi-section device in manufacture fire-extinguishing powders will allow to raise efficiency of process of drying and to lower specific expenses of thermal energy for unit of let out production.
Key words: dryer of a boiling layer, the multi-section device, the drying process, the disperse material.
