К вопросу интенсивности процесса сушки хлорида калия в аппарате псевдоожиженного слоя Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 66

Е.А. Шестаков, И.Е. Тимофеев, С.А. Шестаков

Березниковский филиал Пермского национального исследовательского политехнического университета

К ВОПРОСУ ИНТЕНСИВНОСТИ ПРОЦЕССА СУШКИ ХЛОРИДА КАЛИЯ В АППАРАТЕ ПСЕВДООЖИЖЕННОГО СЛОЯ

На основе расчета процесса сушки хлорида калия рассмотрена интенсивность процесса и совершенство конструкции аппарата псевдоожиженного слоя.

В последнее время на предприятиях Верхнекамского промышленного региона в производстве хлорида калия наибольшее распространение получили сушилки кипящего слоя (КС), конструкции ВНИИгалургии (Россия), фирмы «Бюттнер» (Германия) и ПО «Беларус-калий» (Беларусь).

К основным достоинствам данных аппаратов относят: высокие скорости тепло- и массообмена между сушильным агентом и частицами; возможность обмена большим количеством тепла между фазами и осуществление непрерывного крупнотоннажного производства [1].

Однако, кроме приведенных достоинств, при выборе рационального способа сушки и конструкции сушильного аппарата немаловажную роль играет интенсивность осуществляемого процесса, характеризующаяся, к примеру, съемом влаги или выхода продукта с единицы объема псевдоожиженного слоя.

При определении объема слоя и материала, находящегося в этом объеме, для процесса сушки хлорида калия, с учетом методики, приведенной в работе [2], рассматривались следующие основные параметры: средний размер частиц 0,4 мм; производительность аппарата по влажному (исходному) продукту 150 т/ч; изменение влажности материала от 5,4 до 0,3 %. В ходе расчета определены основные гидродинамические и тепловые показатели процесса, а также необходимый расход сушильного агента (Ь), равный 17,76 кг/с.

На основании уравнения теплообмена [3] определяется необходимое время сушки хлорида калия для промышленных условий:

т _ сс.а ' РУ '(*0 *к ) (1)

Цконц • « • 5 • А

В качестве сушильного агента принят воздух, предварительно нагретый в калорифере. В выражении (1) параметры удельная теплоемкость сушильного агента (сса), плотность материала с учетом его конечной влажности (ру), средняя температура сушильного агента в аппарате (/0), температура сушильного агента на выходе из аппарата (4), концентрация

твердого материала (цконц), дисперсность материала (5), средняя движущая сила процесса (А/) однозначно определяются из начальных условий процесса, а коэффициент теплоотдачи (а) является функцией от относительной скорости фаз (иотн) в сушильном аппарате, выраженной через

скорость сушильного агента (иг) и скорость частиц материала (ич):

»отн = »г - • (2)

Границей существования псевдоожиженного слоя является скорость витания ( ивит) одиночной частицы [3]. При данных расчетах принимаем иг _ ивит.

Скорость витания частиц определяется из интерполяционной формулы, действительной для всех режимов движения газового потока [4]:

Аг

^вит _ “ Г— , (3)

18 + 0,6ЫАг

Для частиц хлорида калия со средним размером 0,4 мм, скорость витания составляет 2,925 м/с.

Исходя из того, что промышленные сушилки псевдоожиженного слоя работают с частицами размером 0,03-7 мм и порозностью слоя

0,55-0,75 [3] из уравнения [5]

8 _ 1 - Ц конц • “ • “ , (4)

”ч Ру

определяем значения скорости частиц материала в слое, которые составят 0,0045-0,0081 м/с. Тогда средняя относительная скорость газового

потока "иотн _ 2,919 м/с, а значение относительного критерия Рейнольдса

Яеотн _ 23,742.

Величину критерия Нуссельта с учетом Яеотн можно определить по выражению А.П. Сокольского [6]

Ш _ 2 + 0,16 • Ке^тн7. (5)

Решая совместно уравнения (5) и (1), с учетом всех технологических параметров рассматриваемого процесса сушки хлорида калия, определяем продолжительность процесса, которая составит 0,46 с.

Объем псевдоожиженного слоя материала, с учетом его высоты (Н) и площади аппарата (5),

Усл _Н• 5 _(ич • т)•—^_0,037 м3. (6)

Рг • ”г

Объем материала, находящегося в аппарате, определяемый из фактической нагрузки на аппарат ^к) и необходимого времени процесса (т), составит

Ум _• т_0,009 м3. (7)

Ру

Таким образом, анализируя выражения (6) и (7), можно сделать вывод о низкой интенсивности реального процесса и несовершенстве промышленных сушилок псевдоожиженного слоя, в которых объем слоя и материала в нем в сотни раз превышают полученные значения. В результате многократно уменьшится и интенсивность процесса, выраженная отношением количества высушенного продукта к фактическому объему псевдоожиженного слоя.

Список литературы

1. Забродский С.С. Гидродинамика и теплообмен в псевдоожи-женном (кипящем) слое. - М.; Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 488 с.

2. Романков П.Г., Рашковская Н.Б. Сушка во взвешенном состоянии. - 3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1979. - 272 с.

3. Плановский А.Н., Муштаев В.И., Ульянов В.М. Сушка дисперсных материалов в химической промышленности. - М.: Химия, 1979. - 288 с.

4. Аэров М.Э., Тодес О.М. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим слоем. - Л.: Химия, 1968.

5. Разумов И.М. Пневмо- и гидротранспорт в химической промышленности (Процессы и аппараты химической технологии). - М.: Химия, 1979. - 248 с.

6. Сокольский А.П., Тимофеева Ф.А. Исследование горения натурального топлива. - М.: Госэнергоиздат, 1958.

Получено 2.06.2011