Пути повышения эффективности энерго-ресурсосбережения при структурно-функциональной организации установок распылительной сушки

• Автор: Гамрекели, Михаил Николаевич
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 416 с. : ил.

1. ПРОБЛЕМНЫЕ ВОПРОСЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛОМАССООБМЕНА И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ ПРИ РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ СУШКЕ
11. Пути решения проблемы снижения потерь тепла и продукта при сушке
1.2. Факторы интенсификации тепломассообмена в дисперсных средах
1.2.1. Испарение капель в газе
1.2.2. Теплопередача излучением к облаку частиц и капель
1.2.3. Совместное действие излучения и конвекции на процесс испарения факела распыленной жидкости
1.3. Аэродинамика распылительных камер
1.3.1. Диспергирование жидкости и движение газодисперсной среды
1.3.2. Время пребывания в распылительной камере
1.3.3. Взаимодействие капель с нагретыми ограждающими поверхностями
1.4. Системный подход при выборе технологических и конструкторских решений установок сушки
1.5. Соответствие методик расчета условиям выбора ресурсосберегающих технических решений распылительных сушилок
1.5.1. Классификация методики проблемы их совершенствования
1.5.2. Расчет на основе удельного влагосъема сушильной камеры
1.5.3. Методика с использованием объемных коэффициентов тепломассообмена
1.5.4. Расчет размеров камеры по кинетике движения и испарения капель
1.5.5. Методики определения размеров камеры по изотермам десорбции материала и числу единиц переноса
1.5.6. Частные методики расчета распылительных сушильных камер
1.5.7. Направления совершенствования методик расчета
1.6. Пути снижения потерь продукта и тепла
1.7. Направления и задачи исследований
1.8. Выводы по разделу
2. АЭРОДИНАМИКА РАСПЫЛИТЕЛЬНЫХ КАМЕР
2.1. Источники циркуляционных течений в камерах распылительной сушки
2.1.1. Известные представления о характере циркуляции
2.1.2. Вентиляционный эффект распиливающего диска
2.1.3. Эжекция при движении капель в газе

2.1.4. Эжекция газа в каналы распыливаюгцего диска
2.1.5. Тепловая тяга восходящего потока
2.1.6. Влияние геометрии потолочной части камеры и устройства для распределения теплоносителя на характер циркуляции
2.2. Аэродинамика трубчатой струйной камеры
2.2.1. Характеристики факела и циркулирующих потоков
2.2.2. Формирование газодисперсного факела распыленной жидкости
2.3. Аэродинамика камеры с кольцевой подачей газа
2.3.1. Условия истечения кольцевой струи
2.3.2. Модель свернутой в кольцо плоской струи
2.3.3. Модель кольцевой струи с внутренней торцовой зоной разрежения
2.3.4. Сравнительный анализ аэродинамических показателей при моделировании воздухораспределительного устройства
2.4. Движение капли в зоне активного испарения камеры
2.5. Исследование циркуляции в камерах распылительной сушки
2.5.1. Вероятные схемы циркуляционных течений в факельной зоне
2.5.2. Путь, время движения и потери напора циркулирующих потоков
2.5.3. Условия расчета потерь напора в струйной камере
2.5.4. Энергетический баланс движения потоков газа в эжекционной высокотемпературной трубчатой камере
2.5.5. Энергетическая оценка вероятных схем циркуляционных течений в струйных камерах
2.5.6. Границы циркуляционных течений и диаметр камеры
2.6. Время пребывания в струйных камерах
2.6.1. Время пребывания в газовом и газодисперсном испаряющемся факелах при истечении круглой струи
2.6.2. Время пребывания и кратность циркуляции в газовом факеле при кольцевом истечении струи
2.6.3. Время осредненного движения частиц в камере
2.6.4. Вероятностное время пребывания в факельной зоне
2.7. Самодостаточная система кольцевых газовых струй
2.7.1. Методика расчета системы
2.7.2. Сравнительные показатели схем организации струйных течений в цилиндрической камере
2.8. Выводы по разделу

3. ФАКТОРЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛОМАССООБМЕНА ПРИ РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ СУШКЕ И ПРОКАЛКЕ
ЗЛ. Экспериментальные исследования
3.2. Анализ тепломассообмена при конвективной распылительной сушке
3.2.1. Интенсивность теплообмена в зоне активного испарения
3.2.2. Достаточность времени пребывания в зоне падающей скорости сушки
3.2.3. Тепловой баланс сушильной камеры
3.2.4. Профиль влагосодержания и температуры сушильного воздуха по высоте камеры
3.2.5. Влияние условий истечения теплоносителя на интенсивность тепломассообмена и конечную влажность продукта
3.2.6. Методика экспериментально-кинетического расчета конвективной распылительной сушилки
3.2.7. Методика расчета высокотемпературной безциркуляционной камеры распылительной сушки
3.2.8. Проектные показатели сушильных безциркуляционных камер
3.3. Теоретическое и экспериментальное исследования тепломассообмена при распиливании в камере с высокотемпературными стенками
3.3.1. Анализ испарения единичных капель жидкости в высокотемпературной среде
3.3.2. Разность температур газа и сухих частиц в зоне перегрева
3.3.3. Теоретическое исследование теплоотдачи от высокотемпературных стенок аппарата к турбулентному потоку лучепоглощательной среды
3.3.4. Анализ результатов экспериментальных исследований тепломассообмена в распылительной камере
3.3.5. Методика расчета распылительной сушильно-прокалочного аппарата с
применением зависимостей безразмерных параметров
3.3.6. Структура межзонального теплопереноса
3.3.7. Анализ теплоотдачи от внутренней стенки аппарата и оценка внешних
теплопотерь
3.3.8. Методика расчета установки распылительной сушки и прокалки с
использованием теплоты сжигания газа
3.4. Выводы по разделу
4. ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ ПРИ РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ СУШКЕ
4.1. Исследование условий процесса подсушки продукта холодным воздухом на второй стадии после распылительной сушки
4.1.1. Оценка количества отработанного сушильного воздуха, попадающего в
пневмотрассу

показатель, характеризующий природу числа Аг, Яе, вг, влияющие на гидродинамические условия процесса. Расчетный алгоритм метода достаточно прост.
Однако, из-за исключительной сложности реальной картины процесса сушки каждое уравнение применимо лишь для специфических условий, для которых были определены экспериментальные соотношения. К ним следует отнести природу перерабатываемого материала, способ распыливания, схему подачи теплоносителя, конструкцию устройства газоотвода и т.п. Фокин [203] показал, например, что при использовании экспериментальных данных, представленных в работе [222] по сушке с пневмораспылением 40-процентной известковой пасты, коэффициент теплообмена, рассчитанный по формуле (10) из [122], в 6 раз меньше фактического. Высокую погрешность при использовании этого типа методик подтверждают данные Белопольского [223].
Еще один недостаток методики расчета размеров аппаратов распылительного испарения при помощи объемных коэффициентов теплообмена заключается в том, что этот метод не позволяет определять влияние организации процесса тепло-массообмена в активной зоне на выбор типа конструкции и размеров аппарата.
1.5.4. Расчет размеров камеры по кинетике движения и испарения капель
Методика основана на допущениях о независимом от газовой среды движении капель (частиц) и отсутствии их влияния на аэродинамику в аппарате. Такое упрощение принято, поскольку отсутствуют математические модели, достаточно адекватно описывающие движение и испарение капель в условиях постоянно изменяющихся определяющих параметров процесса сушки, а существующие экспериментальные методики пока не позволяют детально исследовать процессы с каплями, частицами и элементарными газовыми ячейками в факеле распыла. В результате зоной факела, как правило, пренебрегают в тех случаях, когда ее протяженность невелика в сравнении с высотой камеры.
Мастерс и Монтади [224] аналитически рассмотрели испарение капель в газовой струе при низких и высоких относительных скоростях. Установлено, что полидисперсность влияет на скорость сушки. Получена сложная система дифференциальных уравнений для решения на ЭВМ, которая описывает реальный процесс с изменением многих параметров, таких как масса и диаметр капли, ее физико-химические свойства, сопротивление при движении в трехмерном пространстве под действием гравитационного и центробежного полей.
Балтас и Гаувин [225] предложили метод расчета распылительной сушилки, в максимальной степени учитывающий разнообразие факторов, влияющих на процесс сушки: продольное и поперечное перемешивание в камере, вызванное эжектирующим действием распылительной струи, изменение размеров и скорости капель, гранулометрический состав,