Интенсификация массообмена применительно к процессам сушки с использованием акустических колебаний кавитационного спектра

• Автор: Куничан, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Бийск
• Количество страниц: 109 с. : ил.

Введение

1 Интенсификация процесса сушки с использованием акустических

колебаний.

1.1 Сушка тврдых пористых материалов

1.1.1 Характеристика объектов сушки

1.1.2 Капиллярнопористые материалы как объекты сушки

1.1.3 Кинетика процессов сушки ,.

1.1.4. Сушка в кипящем слое

1.2 Применение акустических колебаний в химической технологии.

1.2.1 Интенсификация процессов сушки термолабильных материалов

1.2.1 Л Интенсификация процессов сушки с использованием акустических

воздействий в первом периоде сушки
1.2.1.2 Интенсификация процессов сушки с использованием акустических
воздействий во втором периоде сушки.
1.2.1.3 Устройства для создания акустических колебаний в технологическом
оборудовании для процессов сушки
1.2.1.4 Аппаратура для сушки с использованием акустического
воздействия.
1.2.1.5 Использование УЗ для интенсификации процесса сушки
1.3 Кавитация и е воздействие на обрабатываемые среды .
1.3.1 Воздействие УЗ в бескавитационном режиме
1.3.2 Воздействие УЗ в режиме кавитации.
1.3.3 Возникновение кавитации.
1.3.4 Явления сопровождающие кавитацию
1.4 Методы экспериментального исследования УЗ полей.
1.4.1 Бесконтактнные методы3
1.4.2 Контактные методы.
1.5 Цели и задачи исследования
2 Разработка устройств для интенсификации сушки с помощью широкополосных ультразвуковых колебаний и методов их расчета
2.1 Разработка способов и устройств формирования широкополосных
ультразвуковых колебаний на основе кавитации.
2.1Л Разработка подходов к расчту максимальной интенсивности
широкополосных колебаний излучаемых кавитационным кластером
2.1.2 Разработка подходов к расчту интенсивности широкополосных
колебаний передаваемых через мембрану к объекту сушки
2.2 Экспериментальное исследование УЗ поля излучателей
2.2.1 Установка для исследования поля кавитационных колебаний,
создаваемых УЗ кластером в жидкой среде
2.2.2 Установка для статической калибровки датчиков давления
2.2.3 Методика проведения экспериментов.
2.2.3.1 Методика калибровки датчика.
2.2.3.2 Методика замера звукового давления
2.2.4 Обсуждение результатов
2.2.4.1 Поле и спектр кавитационных колебаний, создаваемых УЗ кластером .
в жидкой среде.
2.2.4.2 Определение величины коэффициента трансформации энергии УЗ для
развитой и неразвитой кавитации
3 Влияние широкополосных ультразвуковых колебаний на кинетику
3.1 Модель сушки тврдых пористых материалов в условиях
интенсификации широкополосными УЗ колебаниями
3.2 Экспериментальное исследование процесса сушки тврдых пористых
материалов при наложении кавитационных колебаний.
3.2.1 Установка для исследования влияния УЗ широкого спектра
создаваемых кавитационным акустическим широкополосным излучателем на процесс сушки тврдых пористых материалов.
3.2.2 Методика исследования влияния колебаний УЗ широкого спектра,
создаваемых разработанным излучателем, на процесс сушки тврдых пористых материалов
3.2.3 Обсуждение результатов
4 Практическая реализация работы .
4.1 Инженерная методика расчета интенсивности УЗ колебаний
кавитационного спектра, создаваемых разработанным излучателем в обрабатываемой среде.
4.2 Применение излучения кавитационного спектра для интенсификации процесса сушки в кипящем слое.
4.2.1 Установка для сушки дисперсных материалов в кипящем слое с
наложением колебаний кавитационного спектра
4.2.2 Анализ опытной эксплуатации установки.
Основные результаты исследований
Список использованных источников


В процессе кавитации обеспечивается возможность получения высокоэиергетических взаимодействий на микроуровне при относительно небольших затратах энергии. Отличительной особенностью кавитации является создание колебаний широкого спектра частот, длина волны которых имеет порядок размеров пор, характерных для классических объектов сушки. В этой связи колебания широкого спектра и значительной интенсивности, возникающие вследствие кавитационных явлений, могли бы оказать существенное влияние и на процессы переноса влаги в высушиваемых материалах. Методы расчета и проектирования аппаратов с использованием подобных воздействий практически отсутствуют. В этой связи данная работа посвящена интенсификации массообмена в процессах сушки пористых материалов, в частности для гетерогенных систем газ твердый пористый дисперсный материал путм наложения колебаний кавитационного спектра разработке устройств, обеспечивающих возможность генерирования подобных колебаний, методов их расчта и подходов к конструированию аппаратов с использованием подобных устройств. Процессы сушки широко применяются в химической промышленности при получении различных веществ и материалов. Процессы сушки являются весьма энергомкими. Это связано с большими значениями теплоты фазового перехода воды, переходящей в процессе сушки из жидкой фазы в газообразное состояние. Кроме того, для интенсификации диффузионных процессов и повышения движущей силы процесса сушки возникает необходимость существенного подъма температуры процесса, что вызывает дополнительный расход тепла на нагрев сушильного агента и материала. Для экономии тепла приходится прибегать к различным примам, таким как рециркуляция сушильного агента, использование тепловых насосов, рекуперация тепла отходящих газов с использованием теплообменпых устройств. Кроме того, увеличение интенсивности процесса сушки за счет повышения температуры неприемлемо для ряда термолабильных материалов. Решить подобные проблемы возможно с помощью применения различных методов интенсификации тепломассообмена, имеющего место в процессе сушки, с использованием различного рода физических воздействий. По этой причине большое внимание при разработке нового оборудования для сушки уделяется вопросам, связанным с е интенсификацией при одновременном снижении энергетических затрат и смягчении температурных режимов. Многообразие материалов, подвергаемых сушке, и значительные различия их по химической природе, структуре, физическим и гигроскопическим свойствам обусловливают необходимость классификации объектов сушки. П.А. Ребиндером разработана физически обоснованная классификация объектов сушки, определяющая термодинамику и кинетику процесса 1, 2. Согласно этой классификации величина энергии и форма связи влаги с материалом химическая, физикохимическая, физикомеханическая являются основными факторами влияющими на динамику сушки. По классификации Лыкова 1,2 величину энергии связи определяет дисперсность, структура и физикохимические свойства материала капиллярнопористые материалы, коллоидные материалы, капиллярнопористые коллоидные материалы. Согласно классификации Б. С. Сажина влажные материалы как объекты сушки различают по внутренней структуре. В качестве определяющей характеристики принимается критический радиус пор. Основанные на энергетическом принципе классификации П. А. Ребиндера и классификации Лыкова 1, 2, построенные на структурном принципе, лишь в незначительной мере учитывают возможность структурных изменений материалов в процессе сушки усадка, уменьшение пористости. Связь влаги с материалом является одной из наиболее важных характеристик при рассмотрении процесса сушки. На величину энергии этой связи влияет дисперсность, структура и физикохимические свойства материала. По указанным признакам, согласно определению Лыкова, все влажные материалы следует отнести к связнодисперсным системам, т. К капиллярнопористым относятся материалы, в которых жидкость, в основном, связана капиллярными силами. При обезвоживании капиллярнопористые тела становятся хрупкими и в высушенном состоянии могут быть превращены в порошок. Они мало сжимаются и впитывают любую смачивающую жидкость.