Акустическая сушка в кипящем и фонтанирующем слоях.
Наиболее перспективным способом сушки материалов является сушка во взвешенном состоянии (или в кипящем слое). Сущность ее заключается в следующем. Мелкодробленый или измельченный материал в виде слоя подается на пористое основание из огнеупорного материала. Горячие дымовые газы вдуваются через пористое основание и пронизывают слой материала. Под действием газового давления зерна материала подбрасываются газовым потоком и на какой-то момент как бы повисают в нем, создавая впечатление кипящего слоя.
Всестороннее омывание сырых зерен, а также применение мелкозернистого материала создают наиболее благоприятные условия сушки. Удельное паронапряжение в таких установках достигает 220—250 кг влаги, снимаемой в час с 1 м3 сушильного пространства аппарата, т. е. в 2 раза выше, чем в вихревых сушилках, и в 5—6 раз, чем в сушильных барабанах.
При использовании центробежных сепараторов подача в них измельченного материала осуществляется элеватором, а при проходных сепараторах весь измельченный продукт из мельницы выносится с газовым потоком. Последняя схема в отношении процесса сушки более эффективна: при транспортировании измельченных зерен в газовом потоке они еще более высушиваются.
Отличительной особенностью шаровых мельниц, совмещающих помол и сушку, является узел загрузки . Сырой материал подают в мельницу по загрузочной течке . Горячий газ поступает по патрубку и засасывается в барабан мельницы . Так как по условиям эксплуатации температура газового потока на входе в мельницу не должна превышать 400° С, а газы, выходящие из топки, могут иметь температуру до 1000° С, то их разбавляют перед входом холодным воздухом, подаваемым по патрубку , соединенному с воздухопроводом с заслонкой . Изменением положения заслонки регулируют подачу холодного воздуха и соответственно — процесс сушки в мельнице.
Фонтанирующий слой имеет неоднородную структуру. Гидродинамика движения фаз в нем изучена еще неполноценно. Именно это является причиной того, что на сегодняшний день модельные представления о протекании сушки дисперсных материалов в фонтанирующем слое недостаточно развиты.
При создании одной из первых моделей сушки в фонтанирующем слое в основу анализа были положены несколько допущений:
- т.к. доля общего времени нахождения частиц в фонтанирующем ядре очень незначительна, то массопередача в нем пренебрежимо мала в сравнении с периферийным слоем;
- изотермичность фонтанирующего слоя материала связана с постоянным перемешиванием его частиц;
- внутри частиц материала градиенты температуры малы, т.е. слой находится в диапазоне средних температур и влагосодержания;
- влагоперенос внутри частиц происходит по закону диффузии с постоянным коэффициентом диффузии влаги, который не зависит от влагосодержания, однако в зависимости от температуры он меняется по закону похожему на закон аррениуса;
- на поверхности частиц материала влагосодержание постоянное, его значение определяется опытным путем. Это позволяет применить граничное условие 1 рода для диффузионной задачи внутреннего влагопереноса.
Принятые допущения об интенсивной циркуляции частиц материала в объеме фонтанирующего слоя сводят сушку к процессу, который характерен для установок полного смешивания. Получается, что специфика сложного движения агента сушки и частиц материала в фонтанирующем слое не учитывается.
Вероятно, что такие предельные допущения являются оправданным для процессов очень интенсивного перемешивания твердых частиц, обеспечивающего изотермичность рабочего объема фонтанирующего слоя.
Только на основании достоверных сведений о внутренних гидродинамических процессах фонтанирующего слоя можно заниматься моделированием сушки дисперсных материалов в этом слое. При проведении анализа самым сложным моментом в гидродинамике процесса является поступление частиц материала в центральную часть фонтана, что в значительной степени оказывает влияние:
- на концентрацию материала в фонтане;
- на распределение по высоте статического давления;
- на количество газа, который фильтруется в периферийную зону;
- на характеристику распределения материала по времени его нахождения в каждой зоне и в объеме установки.
Если ввести вертикальную перфорированную перегородку (сделать преграду) между периферийной зоной и фонтаном, можно предотвратить поступление частиц материала по всей высоте зоны фонтана и заставить их поступать из кольцевой зоны исключительно в нижнюю зону фонтана. В установках с подобными перегородками можно в большом диапазоне менять степень циркуляции частиц между зонами, меняя величину отверстия 4 (см. рисунок) в перегородке 3. В этом случае удается упорядочить циркуляцию частиц, сделать время их нахождения в каждой зоне более равномерным, чем при отсутствии этой преграды, когда циркуляционные контуры имеют разные радиусы и совершенно случайный характер. Получается, что частицы материала будут проходить через основание фонтана. Именно в этом месте самые лучшие условия тепломассообмена газа с частицами. Дополнительным плюсом этого оказывается ненадобность запаса по давлению дутьевого устройства при запуске установки, т.к. нет пика пускового статического давления.
Благодаря перфорации перегородке 3 происходит фильтрация агента сушки из основного восходящего потока в зону периферии плотного слоя. На рисунке показана работа симметричного аппарата. В нем двухсторонний плотный слой и вертикальная плоскость симметрии, проходящая по месту вертикальной стенки 1, которой нет в симметричном аппарате.
Интенсивность сушки во многом определяется скоростями агента сушки в каждой зоне установки и скоростями и концентрациями частиц материала в фонтане. В гидродинамической модели установки должны присутствовать уравнения, с помощью которых характеризуется пневмотранспорт дисперсного материала (фазы) в фонтане, а также уравнения фильтрации газа в слое материала и условия связывания скоростей и давлений газа по линии 3 контакта зон. По высоте фонтана происходят изменение скорости и расхода газа, что в некоторой степени осложняет описание пневмотранспорта.
В процессе составления гидродинамической модели этого процесса были приняты некоторые допущения:
- несущественность изменения плотности газа;
- фильтрационное перемещение газа в плотном слое происходит в соответствии с законом ламинарной фильтрации;
- одномерное движение частиц в фонтане;
- незначительное влияние взаимодействия частиц материала со стенками фонтана, друг с другом из-за малой высоты фонтана и небольшой объемной концентрации материала в зоне фонтана.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 394; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!