Обезвоживание тонкопористых материалов в вихревых аппаратах

• Автор: Лопаков, Александр Викторович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 143 с. : ил.

Глава I. СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДУЕМОГО ВОПРОСА И ЗАДАЧА

ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Вопросы классификации влажных материалов

1.2 Безуносные аппараты с активными гидродинамическими режимами

1.3 Задача исследования

Глава II. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ

2.1 Физические модели движения газодисперсного потока в аппаратах

2.2 Математические модели движения газовой и твердой

фазы

2.3 Время пребывания частиц твердой фазы

Глава III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Описание экспериментальных установок
3.2 Исследование работы моделей дисковых вихревых и комбинированных аппаратов
3.3 Описание опытно-промышленной установки
Глава IV. ВЫБОР ТИПОВЫХ СУШИЛОК НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ДЛЯ
ВЫСОКОВЛАЖНЫХ ТОНКОПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ
Глава V. ИНЖЕНЕРНЫЙ РАСЧЕТ ТИПОВЫХ СУШИЛОК НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ДЛЯ ВЫСОКОВЛАЖНЫХ ТОНКОПОРИСТЫХ
МАТЕРИАЛОВ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕППЕ
Как швестно, в химических технологиях одним из самых сложных и энергоемких процессов является сушка. Среди материалов, подлежащих сушке, более 20% являются тонкопористыми. Многие суспензии и растворы после подсушки образуют тонкопористые дисперсные материалы.
Работы по эксергетическому анализу показали, что экономически выгодно осуществлять сушку в условиях активных гидродинамических режимов, т.е. когда средствами гидродинамики достигается значительное повышение эффективности процесса. Применительно к сушке дисперсных тонкопористых материалов были проведены фундаментальные теоретические и экспериментальные исследования, в результате которых в качестве типовых аппаратов были рекомендованы дисковые вихревые сушилки. Однако типовые вихревые сушилки требуют установки после сушильной камеры системы улавливания высушенного продукта. Поэтому, возникает необходимость разработки комбинированных безуносных аппаратов с использованием дисковых вихревых камер. Кроме того, остается открытым вопрос о сушке высоковлажных суспензий и растворов, которые при подсушке образуют дисперсные материалы с тонкопористой структурой. Поэтому исследование и разработка рекомендаций по рациональному аппаратурнотехнологическому оформлению процесса обезвоживания высоковлажных тонкопористых материалов является актуальной научной задачей, которая решалась в данной диссертационной работе.
Необходимо было на основе теоретических и экспериментальных исследований разработать рекомендации по рациональному аппаратурно-технологическому оформлению процесса сушки во взвешенном слое тонкопористых дисперсных материалов с критическим размером пор 4-6 нанометров, а также суспензий и растворов, образующих после диспергирования и обезвоживания тонкопористые дисперсные материалы.
В процессе исследований были получены новые научные результаты и разработаны новые технические решения. К научной новизне работы можно отнести следующие научные результаты:
• Предложена зональная модель движения взвешенного слоя. Получено аналитическое решение модели для удерживающей способности аппарата. Установлено возрастание удерживающей способности с увеличением плотности и размера частиц твердой фазы.
• Получены аналитические зависимости для расчета равновесных траекторий, позволяющие вскрыть особенности гидродинамики движения твердой фазы в аппарате.
• При исследовании гидродинамики дисковых вихревых сушилок обнаружена существенная перестройка структуры потоков в зависимости от расхода теплоносителя. Введено понятие критического расхода теплоносителя и получено уравнение для расчета критической скорости.
• Установлено, что в рабочем диапазоне дисковой вихревой камеры существуют три характерные области с разными структурами потоков: при малых значениях относительно критического расхода теплоносителя (отношение фактического расхода к критическому расходу) структура потоков близка к идеальному смешению; в диапазоне 1,15 - 1,5 относительно критического расхода происходит интенсивная перестройка структуры потоков, а при дальнейшем увеличении расхода структура потоков соответствует ячеечной модели с 3 - 4 ячейками смешения.
• Исследована удерживающая способность по дисперсному материалу комбинированных безуносных сушилок с горизонтальной дисковой вихревой камерой. Установлена возможность сушки в дисковых вихревых аппаратах с вертикальной осью суспензий и растворов, образующих после диспергирования и частичного обезвоживания тонкопористые структуры с критическим размером пор 4-6 нанометров.

дальнейшем увеличении расхода газа наблюдается некоторое снижение удерживающей способности. Полученные результаты отражают закономерность, которая подтверждается результатами эксперимента. Для камер с горизонтальной осью, очевидно, оптимальные условия находятся в области расходов газа, близких к I/ = УКР, поскольку дальнейшее увеличение газа не приводит к росту удерживающей способности, но вызывает существенный рост потерь напора.
Сопоставляя результаты расчетов удерживающей способности, полученные для камер с вертикальной и горизонтальной осями, приведенные в табл.2.1 и 2.3, можно видеть, что величина я, при одинаковых условиях (расход газа 100 м3 / ч) во втором случае в два раза выше чем в первом. Кроме того, в камере с горшонтальной осью величина удерживающей способности может быть еще более увеличена при возрастании расхода газа до значения V = УКР, тогда как в камере с горизонтальной осью она практически не изменяется.
расход газа./ куб.м/ч 1. Камера с горизонтальной осью; 2. Камера с вертикальной осью.
Рис.2.8 Зависимость удерживающей способности камеры от расхода газа;
Г = 0,2; 6=0,5 мм