CC BY
10
Науковий вкник, 2005, вип. 15.5
При анал^ичному дослiдженнi коротких повiтроводiв приймаються такi припущення:
• коеф1щент витрат по всш довжит шдлини, яка розраховуеться або для всх
отвор1в повироводу приймаеться постшним;
• поля швидкостей у поперечних перетинах повироводу приймаються р1вно-
м1рними (коефщ1енти Кореолюа та Буссшекса р1вт одинищ);
• втрати на тертя дор1внюють нулю.
Основу загального алгоритму синтезу локальних систем повггропода-чi його становлять незалежш блоки розрахунку окремих ланок. Вибiр конкретно! ланки для розрахунку здшснюеться користувачем, виходячи з принципу, описаного вище. Вихщт данi по розрахунку кожно! ланки накопи-чуеться i одночасно стають вхiдними даними для розрахунку наступно! ланки. Результатом роботи алгоритму е конструктивы параметри всiх складових ланок локально! системи та !! сумарний аеродинамiчний опiр. Останнiй виз-начае величину статичного тиску який необхщно створити на входi системи повггророзподшу. По величинi тиску, проводиться вибiр необхiдного типу вентилятора чи групи вентиляторiв.
Запропонованi процедури прийняття ршень надали змогу проводити моделювання i аналiз теплових режимiв ЕЗ на рiзних рiвнях конструкторсь-ко! iерархi!' з врахуванням способу охолодження без лопчного обмеження на кшьюсть рiвнiв при теплофiзичному проектуваннi електронного технолопч-ного обладнання та складних електронних комплексiв. та показали !х високу ефективнiсть.
Лiтература
1. Дульнев Г.Н., Парфенов В, Г., Сигалов А.В. Методы расчета теплового режима приборов. - М.: Радио и связь, 1990. - 346 с.
2. Стоян Ю.Г., Путятин В.Н. Оптимизация технических систем с источниками физических полей. - К.: Наук. думка, 1988. - 264 с.
3. Фишберн П. Теория полезности для принятия решения. - М.: Наука, 1978. - 764 с.
УДК 66.045 Доц. В.М. Атаманюк, канд. техн. наук;
проф. Я.М. Ханик, д-р. техн. наук; доц. В.П. Дулеба, канд. техн. наук - НУ "Львiвська nолiтехнiка"
КОМБ1НОВАНЕ СУШ1ННЯ ДР1БНОДИСПЕРСНИХ МАТЕР1АЛ1В
Представлеш експериментальш дослщження сушшня дрiбнодисперсного вугш-ля фшьтрацшним методом i у киплячому шарь На 0CH0Bi узагальнення результат експериментальних дослiджень запропоновано комбшований метод сушiння дрiбно-дисперсних матерiалiв.
Doc. V.M. Atamanyuk, prof. Ya.M. Hanyk, doc. V.P. Duleba-NU "L'vivs'kaPolitekhnika"
Combined drying of semi dispersed materials
Represented experimental researches of drying of semi dispersed coal by a filtration method and in a boiling layer. On the basis of generalization of results of experimental researches offered combined method of drying of semi dispersed materials.
Великi запаси кам'яного вугiлля в Укра1ш, зумовили його широке ви-користання в енергетищ i коксохiмiчнiй промисловостi. При виробнищв електроенерги доля вугiлля становить понад 50 % [1]. Тому яюсть вугшля, як палива, мае важливе значення для шдвищення ккд електростанци, економи природного газу i мазуту, зменшення негативного впливу на екологда довкш-ля. Враховуючи велику зольшсть викопного вугiлля, його збагачують шляхом подрiбнення i гравггацшного роздiлення у водних суспензiях. Завершаль-ною стадiею збагачення вугiлля е його сушшня до вологостi 10 %. Спочатку подрiбнене вугiлля зневоднюють на похилих рухомих або нерухомих грохотах, дальше у вщстшних шнекових центрифугах i кiнцево в обертових су-шильних барабанах. При цьому затрати на зневоднення дрiбнодисперсного вугшля е настшьки значнi, що собiвартiсть енергетичного вугiлля в Укра1ш е вищою, а якiсть е значно нижчою порiвняно з енергетичним вугшлям, яке пропонуеться на свгговому ринку [2].
Постановка проблеми. Вщомо [3], що фiльтрацiйне сушшня е одним iз високоiнтенсивних методiв, який дае змогу у декшька разiв знизити трива-лiсть сушшня вологого матерiалу та енергетичнi затрати, за невисоких каш-таловкладень на переоснащення виробництва. Iнтенсивнiсть фiльтрацiйного сушшня дисперсних матерiалiв визначаеться структурною будовою шару ма-терiалу та окремих частинок, формою зв'язку вологи iз твердим скелетом i звичайно пдродинамжою, тобто швидкiстю пiдведення теплоти до вологого матерiалу. Швидкiсть руху теплового агенту ^зь дисперсний шар матерiалу визначае втрати тиску у шарi вологого матерiалу та енергетичнi затрати на процес сушшня. Однак, щоби забезпечити фшьтрування теплового агенту ^зь стацiонарний шар вологого матерiалу необхщно протягом всього про-цесу шдтримувати перепад тискiв, який залежить вщ швидкостi фшьтруван-ня, висоти шару та його структурно! будови. Якщо дисперсний матерiал е дрiбнодисперсним, здатним до самоущшьнення, то втрати тиску можуть бути наскшьки значнi, що застосовування фшьтрацшного методу може стати еко-номiчно невигiдним. У такому випадку випдно поеднати переваги методу фшьтрацшного сушшня у стащонарному шарi для механiчного витiснення вологи, яка утримуеться мiж частинками, а досушування внутршньо! вологи проводити, наприклад, у киплячому шар^ коли втрати тиску у псевдозрщже-ному шарi будуть значно меншими, шж у стащонарному, при однаковш швидкостi теплового агенту.
Аналiз останнiх дослiджень i публжацш. Як свiдчить аналiз лггера-турних джерел [4-6] на втрати тиску у шарi дисперсного матерiалу ^м швидкостi фiльтрування теплового агенту визначальне значення мае форма, розмiри та структурна будова частинок i шару. 1з зменшенням розмiрiв частинок втрати тиску в шарi вологого матерiалу, а вiдповiдно i енергетичш затрати на процес сушшня, зростають. З iншого боку, iз зменшенням розмiрiв частинок зростае кшьюсть поверхнево! вологи та вологи, яка мехашчно утримуеться мiж частинками, i пiдчас фiльтрацiйного сушiння ця волога (приб-лизно 60-70 %) витюняеться iз шару потоком теплового агенту за 10-20 с [7].
Для сушшня дисперсних матерiалiв широко застосовуються сушарки киплячого шару з активними гiдродинамiчними режимами, фонтануючi су-
шapки, виxopoвi cyшapки i тpyби-cyшapки [S]. Одшк у вcix вищe пepeчиcлe-ниx aпapaтax знeвoднeння диcпepcнoгo мaтepiaлy вiдбyвaeтьcя зa paxyнoк ви-пapoвyвaння. Toмy, як вкaзyють aвтopи, з мeтoю змeншeння eнepгeтичниx зaтpaт нa пpoцec cyшiння, пoвepxнeвy вoлoгy i вoлoгy, якa мexaнiчнo yтpи-мyeтьcя мiж чacтинкaми вapтo видaляти будь-яким мexaнiчним мeтoдoм, шляxoм вiдтиcкyвaння, цeнтpифyгyвaння, тoщo. Викopиcтaння пoпepeдньoгo знeвoднeння диcпepcнoгo мaтepiaлy вимaгae зacтocyвaння cклaднoгo в oбcлy-гoвyвaннi i дopoгo oблaднaння, щo пpизвoдить дo зpocтaння coбiвapтocтi ro-тoвoï пpoдyкцiï.
Мета po6o™. Ha ocнoвi eкcпepимeнтaльниx дocлiджeнь гiдpoдинaмi-ки i кiнeтики фiльтpaцiйнoгo cyшiння тa у киплячoмy шapi дpiбнoдиcпepcнo-ro вyгiлля визнaчити oптимaльнi пapaмeтpи кoмбiнoвaнoгo мeтoдy cyшiння дpiбнoдиcпepcниx мaтepiaлiв, який дoзвoлив би œoporara тpивaлicть cyшiн-ня тa знизити питoмi eнepгeтичнi зaтpaти нa npo^c.
Для дocлiджeння вибpaнo дpiбнoдиcпepcнe вугшля, якe e пpoдyктoм гiдpoceпapaцiï m вyгiльнoзбaгaчyвaльниx фaбpикax, з пoчaткoвим вoлoгoвмic-тoм G,63 кг Н2О/кг cyx. мaт., виcoтa шapy 9G 1G-3 м, фpaкцiя G,63 -И,25 1G
м.
Для пopiвняння вoлoгий мaтepiaл cyшили фiльтpaцiйним мeтoдoм i у звaжнo-му cтaнi. Вoлoгoвмicт у пpoцeci cyшiння визнaчaли вaгoвим мeтoдoм.
Фiльтрaцiйнe cyшiння. Вyгiлля cyшили шляxoм пpoфiльтpoвyвaння тeплoвoгo aгeнтy в ш^ямку cипкий мaтepiaл - пepфopoвaнa пepeгopoдкa, пpи пepeпaдi тиcкy ÁPc = 5SS6 Па пo cyxoмy мaтepiaлoвi i тeмпepaтypi T=31S К бшя пoвepxнi зepниcтoгo мaтepiaлy. Teмпepaтypa пiд peшiткoю (нa виxoдi iз мaтepiaлy) пpoтягoм eкcпepимeнтy cклaдaлa T=294 К i пicля 44G c зpocтaлa дo T=3G6 К у кшщ eкcпepимeнтy.
W,
кг H 2 О кг сух. мат.
G.7G
т, с
G
1SG 36G 54G 72G 9GG 1GSG
Рис. 1. Юнетика сушшня дpiбнoздuспеpснoгo вугтля:
1 - фыьтрацшне сушшня, 2 - суштня у киплячому шaрi
Ha p^. 1 ^pma 1) зoбpaжeнa к^тич^ ^ma cyшiння пpи ^o-фiльтpoвyвaннi тeплoвoгo aгeнтy в ш^ямку cипкий мaтepiaл - пepфopoвaнa пepeгopoдкa. Як виднo iз pиc. 1 ^pma 1) у пpoцeci cyшiння вyгiлля, зa пepшиx 3G c внacлiдoк мexaнiчнoгo витicнeння i вите^ння вoлoги вoлoгoвмicт мaтepi-
3. Teхнoлoгiя та устаткування дeрeвooбрoбних пiдприeмcтв
175
алу зменшуеться з 0,63 до 0,11 кг Н2О/кг сух. мат., тобто у 5,7 рази, при цьому видаляеться 85 % вше! вологи, яку мютить вологий матерiал. Втрати тиску при цьому зменшувалися з 13000 до 12000 Па, а швидюсть руху теплового агенту складала 1,04 м/с. Загальна тривалiсть сушшня до вологостi 0,013 кг Н2О/кг сух. мат. становив 800 с. Втрати тиску в шарi дисперсного матерiалу по мiрi зменшення вологост плавно зменшувалися i вкiнцi становили 5984 Па.
Сушшня у киплячому шарь Сушшня проводили при профшьтрову-ванш теплоноЫя в напрямку "перфорована перегородка - сипкий матерiалм в умовах киплячого шару. У зв'язку з тим, що шар е полщисперсним, критичну швидкiсть псевдозрiдження розраховували для найбiльших частинок, а швидюсть вшьного витання для найменших частинок фракци. Результати розра-хунюв представленi у табл. 1.
Табл. 1. Параметри nсевдорiдженого шару
¿тп-103, м ^-103, м АГтах ^е.... ^п.з. и и... Р в.М.
0,63 1,25 12669 98955 32,5 146,2 0,4 2,8 3,6 1769
Для забезпечення стабшьного режиму псевдозрщження i високо! ш-тенсивностi процесу сушшня приймаемо коефщент псевдозрiдження К=7. При цьому повинна виконуватися умова:
и <и
Процес проводили при температурi теплового агенту Т=358 К тд пер-форованою перегородкою, а на виходi iз киплячого шару на початку експери-менту складала Т=308 К i зростала до Т=338 К у кiнцi експерименту, втрати тиску становили 1600 Па, тривалють сушшня до вологост 0,022 кг Н2О/кг сух. мат. складав 1040 с. Кiнетична крива сушшня наведена на рис. 1 (крива 2).
У,
кг Н 2 О кг сух. мат.
0.70
0.60
0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
Т с
0 120 240 360 480 600 720 840 Рис. 2. Кнетика комбшованого сушшня дрiбнодисперсного вугтля
Як видно iз рис. 1 (кривi 1 i 2) пiсля 420 с штенсившсть сушiння в обох випадках практично однакова, про це свщчить те, що кшетичш кривi е паралельними. Однак втрати тиску у киплячому шарi протягом всього процесу сушшня становлять 1600 Па, що е у 4-8 разiв менше шж шдчас фшьтра-цiйного сушiння.
Якщo видaлити вiльнy вoлoгy шляxoм фiльтpaцiйнoгo cyшiння, a внут-piшню вoлoгy, якa мicтитьcя у пopax i тpiщинax видaляти зa paxyнoк cyшiння у киплячoмy шapi тo вpaxoвyючи тe, щo втpaти тиcкy в шapi киплячoгo мaтe-piany e мeншими, мoжнa змeншити eнepгeтичнi зaтpaти нa пpoцec cyшiння.
Koмбiнoвaнe cyшiння. Ha pиc. 2 нaвeдeнo peзyльтaти eкcпepимeн-тaльниx дocлiджeнь кoмбiнoвнoгo мeтoдy, пiд чac якoгo cпoчaткy дpiбнoдиc-пepcнe вyгiлля cyшили пpoфiльтpoвyючи тeплoнociй з тeмпepaтypoю T=31S К у ш^ямку мдиcпepcний мaтepiaл - пepфopoвaнa пepeгopoдкaм i чepeз 2GG c вoлoгicть вyгiлля cтaнoвилa G,G74 кг H2O/ot cyx. мaт.. Дocyшyвaли вугшля дo кiнцeвoï вoлoгocтi шляxoм фiльтpyвaння тeплoвoгo aгeнтy в нaпpямкy пepфo-poвaнa пepeгopoдкa - cипкий мaтepiaл в yмoвax киплячoгo шapy ^и тeмпepa-тypi T=35S К. ^и цьoмy зaгaльнa тpивaлicть cyшiння дo вoлoгocтi G,G13 кг H2O/кг cyx. мaт. cтaнoвив S1G c, пpиблизнo cтiльки ж, як i m^ac фiльтpa-цiйнoгo cyшiння. Peзyльтaти poзpaxyнкy питoмиx зaтpaт нaвeдeнi у тaбл. 2.
Табл. 2. Пumoмi зampamu на сушшня вугтля фpaкцiï G,63 ^ 1,25 1G 3 м
Сшшб cyшiння Tprna-лicть Hpou,ecy т, c nrn^i зaтpaти тeплa na випapoвy-вaння вoлoги Q кДж Qt' кг ■ Н2О nrn^i зaтpaти na cтвopeння пepeпaдy тиcкiв Q кДж Q^P ' и ГЛ кг ■ Н 2 О Cyмapнi питoмi зaтpaти Q кДж Q кг ■ Н2О
Фiльтpaцiйний SGG 9G7 4571 547S
У киплячoмy шapi 1G4G 339G 2971 6361
Кoмбiнoвaний S1G 215G 2SS6 5G36
BHcMoeoK. Як виднo iз тaбл. 2, питoмi зaтpaти тeплoти m випapoвyвaн-ня вoди кoмбiнoвaним мeтoдoм cyшiння e у 1,6 paзи мeншi, нiж для cyшiння у киплячoмy шapi i у 3,7 paзiв бiльшi пopiвнянo з фiльтpyвaнням тeплoнociя в нaпpямкy cипкий мaтepiaл - пepфopoвaнa пepeгopoдкa, зaтe eнepгeтичнi зaт-paти нa cтвopeння ^pern^ тиcкiв e пpиблизнo у 1,6 paзiв мeншi, i мeншi, шж у киплячoмy шapi. Кpiм ^oro, як виднo iз тaблицi, cyмapнi питoмi зaтpaти нa пpoцec cyшiння для кoмбiнoвaнoгo cyшiння e нaймeншими. Якщo вpaxyвaти, щo нa вyгiльнoзбaгaчyвaльниx фaбpикax як тeплoвий aгeнт викopиcтoвyють вiдxiднi гaзи вiд cпaлювaння "пoпyтнoгo пaливaм (cyxoгo вyгiлля), a eлeктpич-нa eнepгiя e пoкyпним eнepгoнocieм i нaбaгaтo дopoжчим зa влacнe вyгiлля, тo пoeднaння фiльтpaцiйнoгo cyшiння i cyшiння y киплячoмy шapi, aбo фiльтpa-цiйнoгo cyшiння i cyшiння в oбepтoвoмy бapaбaнi бyдe знaчнo вигiднiшим для викopиcтaння m вyгiльнoзбaгaчyвaльниx фaбpикax, щo пpивeдe дo змeншeн-ня coбiвapтocтi тa зpocтaння кoнкypeнтнocтi вyгiлля нa внyтpiшньoмy тa зoв-нiшньoмy pинкax. Ha вкaзaний мeтoд cyшiння пoдaнo зaявкy m видaчy дeклa-paцiйнoгo пaтeнтy та кopиcнy мoдeль тa oтpимaнo пoзитивнe piшeння [9].
Умoвнi пoзнaчeння:
• dmax, dmin - мaкcимaльний i мiнiмaльний poзмip чacтинoк фpaкцiï, м;
• g - пpиcкopeння вть^го пaдiння, м/c2;
кДж
• С - n^i^a тeплoeмнicть тeплoвoгo aгeнтy, ——-;
кг ■ град
3. Teхнoлoгiя та ycтaткyвaння дeрeвooбрoбних пiдприeмcтв
177
• т - масова витрата теплового агенту, кг/с;
• N - потужтсть приводу вакуум-насосу або вентилятора, кВт;
• От = С ■ т А/ ■т - питом затрати енергii на названия теплового агенту,
кДж ; кг ■ Н О '
• О ар = N -т - питом затрати енергii' на створення перепаду тисюв пiд трива-
кДж
лiсть сушшня,-;
3 кг ■ Н О
• Ое = Оар + От - сумарнi питомi затрати енергп, кДж ;
кг ■ Н2О
Ш ш • • • .кг Н2 О
• Ш0, Шк -початкова i к1нцева вологiсть дисперсного матерiалу,-2—;
кг сух. м.
• °пз = п'3' У - швидшсть псевдозрiдження найбiльших частинок, м/с;
тах
• °вв = У - швидшсть вiльного витання дрiбних частинок, м/с;
ё ■
тт
• V - коефщент кшематично! в'язкост!, м2/с;
• Рем, Рем, Рта - питома густина вологого, сухого матерiалу i теплового аген-
ту, у 3;
/ м
Ре. м. = Рс
(л Шо + Шк) . , з
1 +—0-- I - середня питома густина вологого матертлу, кг/м ;
V 2
• т - тривалшть сушiння, с;
• А/ - середня рiзниця температур м1ж температурою довкшля i тепловим агентом, 0С;
2 ■ ё3 ■ ■ (р — р )
• Агт1п = -—тт 7Ч в'м'— а / - критерiй Архiмедa для найдрiбнiших частинок;
V ■ р
^ т.а.
2 ■ ё3 ■ (р — Р )
• Агтах = -—тах ^вм—^та- критерiй Архiмедa для нaйбiльших частинок;
V ■ р
т.а.
Аг
• Яе =-тах , - критерш Рейнольдса для режиму псевдозрщжен-
1400 + 5,22 ^ Агт
тах
ня нaйбiльших частинок;
Аг
• Яе вв =-тт,—--критерiй Рейнольдса для режиму вшьного витання
18 + 0,61 ■ д/АГ тт
нaйдрiбнiших частинок.
Л1тература
1. Давыдович К.Г., Синякевич Б.Г. О работе ТЭС в новых условиях// Энергетика и электрификация. - 2005, № 1. - С. 14-18.
2. Синякевич Б.Г., Чернявский Н.В. Энергетический уголь Украины: соотношение цены и качества// Энергетика и электрификация. - 2004, № 12. - С. 37-40.
3. Ханик Я.М. Фильтрационная сушка плоских проницаемых материалов/ Дис. ... д-ра техн. наук. - Львов, 1992, 401 с.
4. Фшьтрацшне сушшня. Пдродинам1чний отр полщисперсного шару зернистого матер1алу// Х1м1чна промисловють Украши. - 2004, № 6. - С. 47-51.
5. Кшдзера Д.П., Ханик Я.М., Атаманюк В.М. Вплив фракцшного складу вугшля на гщродинам1ку 1 кшетику сушшня у щшьному шар1// Вюник НУ "Льв1вська пол1техшка": Х1м1я, технология речовин та 1'х застосування. - Льв1в: НУ "ЛП". - 2004, № 461. - С. 245-252.
Науковий вкчшк', 2005, вип. 15.5
6. К1ндзера Д.П., Ханик Я.М., Атаманюк В.М. Зернистий матерiал. Гiдродинамiка полщисперсного шару// XÏMÎ4Ha промисловiсть Украши. - 2002, № 6. - С. 38-42.
7. Юндзера Д.П., Ханик Я.М., Атаманюк В.М. Вплив дисперсного складу вугшля на кшетику сушшня у щшьному шар^/ Наук. вюник УкрДЛТУ: Сучаснi теоретичнi розроб-лення в деревообробному i меблевому виробництвах. - Львiв: УкрДЛТУ. - 2002, вип. 12.5. -С. 111-115.
8. Сажин Б.С., Сажин В.Б. Научные основы техники сушки. - М. : Наука, 1997. - 448 С.
9. Р1шення про видачу декларацшного патенту на корисну модель. № 8700/1. Споаб сушшня сипких зернистих матерiалiв. Атаманюк В.М., Ханик Я.М., Дулеба В.П.
УДК 674.048 Acnip. О.1. Бринь - НЛТУ Украши
СПОСОБИ ПРОСОЧУВАННЯ ШПОНУ ДЛЯ ВИГОТОВЛЕННЯ
ВОГНЕТРИВ^ ФАНЕРИ
Проаналiзовано способи просочування шпону антитренами у виробницга вог-нетривко'1 фанери та розглянуто ïx переваги.
Doctorate O.I. Bryn' - NUFWT of Ukraine The methods of veneer impregnation in fireproof plywood production
The methods of veneer impregnation in fireproof plywood production are analyzed and their advantages are considered.
Створенню негорючих i важко спалюваних матер1ал1в i оргашзаци ïx виробництва для замши використовуваних горючих матерiалiв придшяеться велика увага. Одним з таких горючих матерiалiв е фанера, яка широко засто-совуеться в автобусо-, вагоно-, а також суднобудуванш, будiвництвi та iншиx галузях промисловость
Пожежну безпеку пiдвишують покриттям матерiалiв неорганiчними плiвками i фольгою, застосуванням неоргашчних наповнювачiв. Задовiльний захист можна одержати завдяки оштукатурюванню поверxнi дерев'яних еле-ментiв, нанесенням лакiв i фарб, у склад яких входять вогнезахисш речовини. Однак надiйнiший захист досягаеться просочуванням готовоï фанери чи шпону у процес ïï виробництва вогнезахисними речовинами, якi називаються ан-типiренами.
Вiдомо багато способiв просочування деревини, однак не вс вони тд-ходять для просочування шпону. Bd способи просочування подшяються на наступнi групи: способи кашлярного просочування, способи дифузiйного просочування i способи просочування шд тиском, залежно вiд того, яке з цих трьох фiзичниx явищ процесу е визначальним. Процеси просочування у ви-робничих умовах звичайно вiдбуваються шд дiею двох чи усix трьох перера-хованих факторiв, але вщносна ефективнiсть того чи iншого з них може бути рiзною при рiзниx способах просочування [1]. У деревиш, яка не мiстить вiльноï вологи, дифузiйне перемiшення просочувальних речовин вщсутне.
Використовують просочування в холоднш eaHHi без попереднього прог-piey деревини; в гарячш ваннi; в холоднш ваннi з попереднiм прогрiвом деревини в гарячш ваннi; в холоднш ваннi з попереднiм пiдiгрiвом деревини в елект-ричному полi високо'1 частоти [2]. Просочування в гарячш ванш вщбуваеться
