Гидродинамика и тепломассообмен в сушильной установке с центробежным псевдоожиженным слоем

• Автор: Надеев, Александр Александрович
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 155 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

1 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПСЕВДООЖИЖЕННОГО СЛОЯ ПРИ СУШКЕ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ

1.1 Конструкции сушильных установок с псевдоожиженным слоем дисперсного материала

1.2 Методы расчета процесса конвективной сушки дисперсных материалов

1.2.1 Эмпирические и полуэмпирические методы расчета кинетики сушки

1.2.2 Теоретические методы расчета кинетики сушки

1.3 Гидродинамика псевдоожиженного слоя

1.4 Тепломассообмен в псевдоожиженном слое

1.5 Выводы и задачи исследования

2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛО- И МАССООБМЕНА В СУШИЛЬНОЙ УСТАНОВКЕ С ЦЕНТРОБЕЖНЫМ ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ
2.1 Уравнения теплового и массового балансов процесса сушки
2.2 Решение системы уравнений материального баланса для материала и сушильного агента
2.3 Определение времени окончания первого периода сушки и критического влагосодержания материала
2.4 Расчленение системы уравнений теплового баланса
2.5 Решение невозмущенной системы температурных уравнений
2.6 Определение поправочных членов решения системы температурных уравнений
2.7. Асимптотика решения невозмущенной системы температурных уравнений

2.8. Асимптотика решения системы поправочных членов температурных уравнений
2.9. Выводы
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СУШИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ С ЦЕНТРОБЕЖНЫМ ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ
3.1 Описание экспериментальной установки и методика исследования
3.2 Экспериментальное исследование кинетики сушки
3.3 Экспериментальное исследование гидродинамики и теплообмена в центробежном псевдоожиженном слое
3.4 Выводы
4 МЕТОДИКА ИНЖЕНЕРНОГО РАСЧЕТА СУШИЛЬНЫХ УСТАНОВОК С
ЦЕНТРОБЕЖНЫМ ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ
4.1 Тепловой расчет сушильных установок непрерывного действия с
псевдоожиженным слоем
4.2. Конструктивный тепловой расчет сушилок с центробежным
псевдоожиженным слоем
4.3 Конструктивные особенности сушильной установки с центробежным
псевдоожиженным слоем
4.4. Выводы
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ПРИЛОЖЕНИЕ В

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Сушка разнообразных дисперсных материалов является распространенным теплотехнологическим процессом в химической, строительной и других отраслях промышленности, а также в сельском хозяйстве. Её организация связана со значительными затратами тепловой энергии, что определяет необходимость выбора наиболее рациональных способов и разработку новых современных конструкций сушильных установок.
В настоящее время одним из наиболее эффективных способов сушки дисперсных материалов является метод, основанный на использовании принципа псевдоожиженного («кипящего») слоя. Достоинства псевдоожиженного слоя отмечены в работах Н.И. Гельперина, В.Г. Айнштейна, П.Г. Романкова, А.П. Баскакова, В.Ф. Фролова и ряда других отечественных и зарубежных ученых. К ним относятся высокие значения эффективной теплопроводности и межфазного тепломассообмена, развитая поверхность взаимодействия между твердыми частицами и сушильным агентом, подвижность («текучесть») и т. д. Однако реализация непрерывных процессов сушки в псевдоожиженном слое осложнена необходимостью его перемещения вдоль газораспределительной решетки. Эта проблема может быть решена при использовании центробежного псевдоожиженного слоя, перемещающегося за счет динамического воздействия на частицы направленных потоков сушильного агента. Происходящее при этом совмещение процессов псевдоожижения и транспорта дисперсного материала, а также межфазного тепло- и массообмена позволяет повысить эффективность работы сушильных установок. Однако процессы гидродинамики и тепломассообмена в таких аппаратах изучены не в полной мере, что затрудняет разработку инженерной методики расчета. В связи с этим тема диссертации является актуальной.
Работа выполнена в рамках основного научного направления «Физико-технические проблемы энергетики», ГБ 2007.12 (№ гос. регистр. 01.2.00409970)
Различают идеальное псевдоожижение и реальное. Вид зависимости перепада давления АД от скорости ожижающего газа показан на рисунке 1.10. Стационарному (неподвижному) слою соответствует идеальная кривая псевдоожижения (линия 1). При ламинарном режиме фильтрования агента сквозь слой линия 1 - прямая (АР~иг), при турбулентном - парабола
(АД ~ Однако идеальное псевдоожижение характерно лишь для гладких, сухих, одинакового размера частиц, имеющих форму шара. Реальная кривая псевдоожижения имеет вид 2. «Всплеск» АР, и гистерезис обусловлены силами сцепления между частицами слоя и их трением о стенки установки. Для хорошо сыпучих материалов в аппаратах постоянного поперечного сечения величина «всплеска» давления АД обычно не превышает 5 % [45].
окр оу
Рисунок 1.10 - Зависимость перепада давления и порозности псевдоожиженного слоя от скорости газа
По мере возрастания скорости ожижающего газа неподвижный слой переходит в псевдоожиженное состояние, которому соответствует линия 3. При