Гидродинамика процесса псевдоожижения

Гидродинамическая сущность псевдоожижения заключается в следующем. Если через слой зернистого материала, расположенного на поддерживающей газораспределительной решётке, проходит восходящий поток ожижающего агента (газа или жидкости), то состояние слоя оказывается различным в зависимости от скорости этого потока (рис. 1).

Рис. 1. Различные состояния слоя зернистого материала при прохождении через него потока ожижающегго агента:

а) процесс фильтрования газа через слой зернистого материала (частицы неподвижны),

б) однородный псевдоожиженный слой,

в) неоднородный псевдоожиженный слой (наличие в слое газовых пузырей, значительные всплески зернистого материала),

г) унос зернистого материала из рабочего объёма аппарата.

Поведение зернистого материала при прохождении через него восходящего потока газа (жидкости) наглядно иллюстрирует график изменения перепада давления в слое зернистого материала в зависимости от скорости ожижающего агента (фиктивной скорости газа, отнесённой к площади поперечного сечения аппарата), представленный на рис. 2.

Рис. 2. Зависимость гидравлического сопротивления слоя зернистого материала от скорости ожижающего агента (кривая псевдоожижения).

На графике процесса псевдоожижения (рис. 2) процессу фильтрации соответствует восходящая ветвь ОА. В случае малого размера частиц и невысоких скоростей фильтрации псевдоожижающего агента режим движения его в слое ламинарный и ветвь ОА прямолинейна. В слое крупных частиц при достаточно высоких скоростях псевдоожижающего агента перепад давления может расти нелинейно с увеличением скорости (переходный и турбулентный режимы).

Переход от режима фильтрации к состоянию псевдоожижения соответствует на кривой псевдоожижения критической скорости псевдоожиженного агента W_кр. (точка А), называемой скоростью начала псевдоожижения. В момент начала псевдоожижения вес зернистого мактериала, приходящийся на единицу площади поперечного сечения аппарата (цилиндрической или прямоугольной формы), уравновешивается силой гидравлического сопротивления слоя.

ΔP_сл = G_сл. / F (1)

где G_сл. – вес материала в слое, кг (Н); F – площадь поперечного сечения аппарата, м².

Так как вес слоя G_сл. = h₀ (1 – ε₀) F (ρ – ρ₀), то

ΔP_сл. = (ρ –ρ₀) (1 – ε₀) h₀ (2)

где ρ, ρ₀ – плотность твёрдых частиц и ожижающего агента, кг/м³;

ε₀ – порозность неподвижного слоя, т.е. относительный объём пустот слоя (для шарообразных частиц ε₀ = 0,4); h₀ – высота неподвижного слоя, м.

Начиная от скорости начала псевдоожижения и выше сопротивление слоя ΔP_сл. сохраняет практически постоянное значение и зависимость ΔP_сл. = f (W) выражается прямой АВ (рис. 2), параллельной оси абсцисс, поэтому можно записать:

ΔP_сл. = (ρ – ρ₀) (1 – ε₀) h₀ = (ρ – ρ₀) (1 – ε) h,

откуда

h = (1 – ε₀)/ 1 – ε · h₀ (3)

где h – высота псевдоожиженного слоя, м; ε – порозность псевдоожиженного слоя.

В зависимости от свойств псевдоожижающего агента и его скорости можно наблюдать несколько стадий псевдоожижения.

При скоростях газа, незначительно превышающих W_кр., т.е. при W≥W_кр. наблюдается так называемое однородное псевдоожижение (рис. 1 б). По мере роста скорости газа в слое возникают компактные массы газа («пузыри», «каверны»), интенсивно турбулизирующие твёрдые частицы и образующие всплески зернистого материала на поверхности. При этом наблюдаются значительные пульсации статического и динамического напора псевдоожиженного агента. Такой характер гидродинамики слоя называется неоднородным псевдоожижением (рис. 1 в). Наконец, при достижении некоторого второго критического значения скорости W_у, называемой скоростью уноса, твёрдые частицы начинают выноситься из слоя (рис. 1 г) и их количество в аппарате уменьшается. Порозность такого слоя стремится к 1, и сопротивление слоя правее точки В (рис. 2) также падает.

В инженерных расчётах очень важно определить пределы существования псевдоожиженного слоя (W_кр. – W_у), т.е. определить W_кр. и W_у.

Для определения величины W_кр. имеется большое число эмпирических, полуэмпирических и теоретических зависимостей, предложенных различными авторами [2].

Удобной зависимостью для определения критической скорости псевдоожижения (справедливой для всех режимов обтекания) является интерполяционная формула Тодеса, Горошко, Розенбаума (для сферических частиц):

Re_кр. = Ar / 1400 + 5,22√Ar (4)

где Re_кр. = W_кр.∙d /ν, Ar = gd³ (ρ – ρ₀)/ ν² ·ρ₀.

Верхняя граница псевдоожиженного состояния соответствует скорости свободного витания одиночных частиц (ε ≡ 1). При скорости потока, превосходящей скорость витания, т.е. при W_у > W_вит. будет происходить вынос частиц из слоя зернистого материала.

Скорость витания можно также приближенно оценить по формуле (4):

Re_вит. = Ar / 18 + 0,61 √Ar, (5)

где Re_вит. = W_вит.∙ d/ν.

Как отмечалось выше, при увеличении скорости потока происходит расширение взвешенного слоя (увеличение порозности слоя и его высоты). Порозность взвешенного слоя может быть подсчитана по формуле

ε = (18 Re + 0,36 Re²/Ar)^0,21 (6)

В формулах (4), (5), (6) принята следующая размерность основных физических величин:

d – диаметр сферических частиц, м;

ν – кинематическая вязкость ожижающего агента, м²/с;

ρ – плотность материала частиц, кг/м³;

ρ₀ – плотность ожижающего агента, кг/м³;

g – ускорение силы тяжести, м/с².

В случае, если взвешенный слой образован из полидисперсного материала, то в формулы подставляем эквивалентный диаметр, который вычисляем по формуле

d_э = 1/Σ x_i/d_i (7)

где x_i – массовое содержание i- ой фракции в долях единицы;

d_i – средний ситовой размер i – ой фракции.

Для вычисления величин w и ε по известным свойствам системы (твёрдые частицы – газ) удобной является графическая зависимость

Ly = f (Ar, ε), (8)

где Ly = Re³/Ar = w³ρ₀²/μ₀(ρ - ρ₀)g – критерий Лященко;

Ar = gd³ρ₀(ρ – ρ₀)/μ₀² – критерий Архимеда;

Re = wdρ/μ₀ – критерий Рейнольдса.

Удобство зависимости (8) заключается в том, что критерий Ly не содержит диаметра частиц, а критерий Ar – скорости газа.

В приложении представлена в логарифмических координатах зависимость критерия Ly от критерия Ar при разных значениях ε (зависимость 8).

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Получение зависимости Δp_сл. от скорости газа.

2. Экспериментальное определение критической скорости псевдоожижения (по кривой псевдоожижения) и сопоставление её с расчётными значениями по формуле (4) и графической зависимости (8).

3. Определение веса слоя G_сл. по формуле (1) и высоты псевдоожиженного слоя по формуле (6).

4. Определение для данного материала пределов существования кипящего слоя (w_кр. – w_у.).

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ (рис.3)

Установка состоит из смонтированной на щите металлической колонки 1, имеющей внутренний диаметр 150 мм. В колонке имеются штуцер 2 для загрузки зернистого материала, устройство 3 для выгрузки материала из камеры и газораспределительная колпачковая решётка 4, имеющая живое сечение 10%. Для визуального наблюдения за поведением псевдоожиженного слоя частиц колонка снабжена смотровыми окнами 5 прямоугольной формы. Воздух, подаваемый двумя вентиляторами, проходит через расходомер (плоскую диафрагму) 6 и поступает под решётку колонки. Регулирование расхода воздуха осуществляется посредством вентиля 7. Вентиль 8 служит для сброса части воздуха в атмосферу. Сопротивление колонки без слоя зернистого материала на газораспределительной решётке и со слоем на ней измеряют с помощью дифференциального манометра 9.

Рис. 3. Схема установки:

1 – вертикальная колонка, 2 – штуцер для загрузки зернистого материала, 3 – штуцер для выгрузки зернистого материала, 4 – газораспределительная решётка, 5 – смотровые окна, 6 – плоская диафрагма, 7 – вентиль для регулирования расхода воздуха, 8 – вентиль для сброса воздуха в атмосферу, 9,10 – дифманометры, 11 – батарейный циклон (4-элементный), 12 – рукавный фильтр.

Расход воздуха, проходящего через колонку определяют по показаниям дифманометра 10, присоединенного к плоской диафрагме 6, и вычисляют по формуле

Ư = 2,5 √∆h/ρ_t, м³/ч (9)

где Δh – перепад статических давлений в дроссельном приборе, замеренный до и после диафрагмы (мм вод.ст.) с помощью дифманометра 10; ρ_t – плотность воздуха у диафрагмы, кгс/м³.

Плотность воздуха ρ_t при рабочих условиях, т.е. температуре и барометрическом давлении B, вычисляется по формуле:

ρ_t = ρ₀ 273 (B + P)/(273+t) 760, кг/м³ (10)

где ρ₀ – плотность воздуха при начальных условиях (t = 0⁰С, B = 760 мм вод.ст.), кг/м³; B – барометрическое давление, мм вод.ст.; P – давление (разряжение) в колонке, мм вод.ст.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Приступая к работе, полностью закрывают вентиль 7 и открывают вентиль 8 на выход воздуха в атмосферу. После этого пускают в работу воздуходувки. Первая серия опытов проводится в отсутствии слоя зернистого материала на газораспределительной решётке.

Открывая вентиль 7, устанавливают такой начальный расход воздуха, чтобы показание дифманометра 10 при расходомере было 20 мм вод.ст. По показаниям дифманометра 9 измеряют при этом расходе сопротивление всей колонки. Записав результаты измерений в отчётную таблицу, проводят в той же последовательности измерения при втором расходе воздуха, затем – при третьем и т.д. до максимального, увеличивая каждый раз расход воздуха на такую величину, чтобы показание дифманометра 10 возрастало на 20 мм вод.ст. Когда вентиль 7 будет полностью открыт, дальнейшее увеличение расхода в колонке получают уменьшением выпуска воздуха в атмосферу, прикрывая вентиль 8. В конце данной серии опытов с помощью потенциометра и барометра замеряют температуру воздуха в колонке и барометрическое давление. По окончании работы открывают полностью вентиль 8 и закрывают вентиль 7.

Вторая серия опытов проводится в такой же последовательности, но с загрузкой на газораспределительную решётку слоя зернистого материала (количество и наименование материала определяются заданием преподавателя).

В данной серии опытов сопротивление слоя замеряется как при увеличении расхода воздуха, так и при уменьшении его от максимального значения до минимального путём прикрытия вентиля 8. Показание дифманометра 10 при этом должно изменяться на 20 мм вод.ст.

Таблица пытных данных

Студент______________________Преподаватель___________

ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

По данным таблицы строят график зависимости Δp_сл. от скорости воздуха W и находят по нему опытное значение критической скорости псевдоожижения W_кр.. Затем вычисляют по формуле (4) и зависимости (8) расчётные значения критической скорости псевдоожижения. Сопоставляют значения W_кр., найденные экспериментом и расчётным путем.

По формуле (5) и зависимости (8) при ε = 1 определяют расчётным путем скорость уноса для данной крупности зернистого материала и соответствующий расход воздуха.

По формуле (6) для одной из скоростей газового потока (по заданию преподавателя) определяют порозность взвешенного слоя.

По формуле (3), используя найденное значение порозности слоя, определяют высоту кипящего слоя для данной весовой загрузки.

По формуле (1) определяют вес слоя и сопоставляют его с опытынм.

Примечание: насыпная плотность материала и диаметр частиц определяются экспериментальным путем.

СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Отчет по лабораторной работе оформляется на листах формата II (297х210). Титульный лист должен соответствовать титульному листу методических указаний к работам с указанием кафедры, названия работы, её номера, фамилии, и.о. студента, группы, специальности и фамилии, и.о. преподавателя, принявшего работу.

В отчёте должны быть представлены:

- описание цели работы,

- схема лабораторной установки,

- описание работы установки,

- методика проведения работы,

- полученные экспериментальные данные,

- результаты обработки опытных данных,

- выводы.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНОЙ АБОТЫ

1. До начала работы необходимо:

- убедиться в отсутствии явных повреждений лабораторной установки;

- проверить наличие резиновых ковриков перед щитом управления;

- проверить наличие пылесборников у батарейного циклона и рукавного фильтра.

2. Во время работы:

- строго руководствоваться данными указаниями;

- категорически запрещается включать электрический калорифер для подогрева воздуха;

- во избежание выброса жидкости из дифференциального манометра 10 вторую воздуходувку включать при полностью открытом вентиле 8, служащем для сброса части воздуха в атмосферу.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ДОПУСКА К ВЫПОЛНЕНИЮ АБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Какова цель предстоящей работы?

2. Из каких элементов состоит лабораторная установка и каково назначение каждого из них?

3. Объяснить устройство и принцип действия батарейного циклона и рукавного фильтра.

4. Каков порядок выполнения лабораторной работы?

5. Какие экспериментальные данные фиксируются при выполнении работы?

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ НА ЗАЩИТЕ РЕЗУЛЬТАТОВ АБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Чем вызвано широкое применение псевдоожиженного слоя в технике?

2. Какие возможные состояния слоя твердых частиц можно наблюдать в зависимости от скорости восходящего потока газа, проходящего через слой?

3. Что такое скорость псевдоожижения, как её определить?

4. Что такое пневмотранспорт и при каких скоростях наблюдается это явление?

5. При каких условиях и равенстве каких сил наблюдается начало псевдоожижения?

6. Что такое скорость свободного витания частиц и почему эту скорость можно определять так же, как и скорость свободного осаждения одиночной частицы?

7. Почему в случае уменьшения скорости потока после псевдоожижения слоя наблюдается явление гестерезиса?

8. Чем ограничены пределы существования псевдоожиженного слоя?

9. Что такое число псевдоожижения и что оно характеризует?

10. Что такое однородное и неоднородное псевдоожижение?

11. Влияют ли и как свойства зернистого материала на характер псевдоожижения?

12. Назовите основные гидродинамические характеристики псевдоожиженных слоев.

13. При каких условиях наблюдается режим поршневого псевдоожижения?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков П.Г. Примеры и задачи по курсу «Процессы и аппараты химической технологии». – Л.: Химия, 1987.

2. Забродский С.С. Гидродинамика и теплообмен в псевдоожиженном слое. – М.: Госэнергоиздат, 1963.

Романков П.Г., Носков А.А. Сборник расчётных диаграмм по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – Л.: Химия, 1977.

Работа № 15

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СУШКИ ЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ В ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ

Сушка – процесс удаления влаги из твёрдых влажных материалов испарением и отвод образующихся паров – один из наиболее распространенных способов удаления влаги из твёрдых материалов в химической технологии. Разнообразие свойств твёрдых материалов, подвергающихся сушке, вызывает необходимость создания различных конструкций сушильных аппаратов. На многих производствах для интенсификации ряда технологических процессов, связанных с взаимодействием твёрдой дисперсной фазы с газовой (жидкой) фазой, используют установки псевдоожиженного (взвешенного, кипящего) слоя. К таким процессам относится процесс сушки зернистых материалов в псевдоожиженном слое.*

В установках с кипящим слоем достигается наиболее интенсивная сушка сыпучих, пастообразных и жидких материалов. О бъёмный коэффициент, отнесённый к слою материала, достигает 5000….10000 Вт/м³·⁰C, в то время как для барабанных сушилок он составляет на весь объём не более 500 Вт/м³·⁰C. В установках с кипящим слоем можно одновременно выполнять несколько процессов: сушку и обжиг, сушку и классификацию, сушку и гранулирование и т.д. К недостаткам таких сушилок относятся: повышенный расход электроэнергии, невысокая интенсивность процесса при сушке тонкодисперсных материалов, трудность организации сушки комкующихся материалов, громоздкость пылеулавливающих устройств и др.

По физической схеме взаимодействия влажной частицы с потоком сушильного агента сушка в псевдоожиженном слое является разновидностью конвективной сушки, и обезвоживание отдельной частицы также может идти как в периоде постоянной, так и в периоде падающей скорости сушки. При контакте влажного материала с нагретым воздухом (ожижающим агентом) начинаются испарение влаги с поверхности материала и диффузия образующегося пара через пограничный слой газа в окружающий воздух. В материале возникает градиент концентраций влаги, и она начинает перемещаться из внутренних слоёв к поверхности.

* К выполнению данной работы студенты приступают после проведения на стенде исследования гидродинамики псевдоожиженного слоя.

В начале процесса, пока влагосодержание U материала велико, влага, диффундирующая из внутренних слоёв к наружным, будет полностью смачивать поверхность материала, и испарение её происходит так же, как и со свободной поверхности жидкости. При постоянстве внешних условий (температуры воздуха, его влагосодержания, скорости и направления движения) скорость сушки dU/dτ, то есть масса влаги, испаряющейся из единицы массы материала за единицу времени, будет постоянной. В этом периоде сушки – периоде постоянной скорости или периоде внешней диффузии – испаряется свободная влага. Поскольку в период постоянной скорости сушки поверхность материала покрыта плёнкой влаги, которая испаряется при температуре «мокрого» термометра, то температура высушиваемого материала в этот период будет постоянной, приблизительно равной температуре «мокрого» термометра.

По мере испарения влаги, когда количество её становится меньше того, которое могло бы испариться, скорость сушки будет падать. Влагосодержание материала, при котором начинается период падающей скорости, называют критическим U_кр. Этот период – период падающей скорости сушки – длится до достижения равновесной влажности U_р.. В этот период скорость сушки обуславливается внутренней диффузией. Скорость внутренней диффузии зависит от структуры материала и его температуры и мало зависит от внешних условий. Температура материала в этот период постоянно возрастает и в конце сушки приближается к температуре сушильного агента. Описанный процесс сушки наглядно иллюстрируется кривыми сушки и кривыми скорости сушки (рис. 1, 2).

Скорость сушки выражается количеством влаги, удалённой в единицу времени, %/ч или 1/ч. Скорость сушки находят графическим дифференцированием кривой сушки, или разбив её на равные по времени участки с последующим делением величины убыли влаги в этих отрезках на длительность.

Продолжительность периода постоянной скорости сушки может быть определена по уравнению

τ₁ = 1/N (U_н – U_кр), (1)

где N = dU/dτ – скорость сушки в первом периоде, %/ч;

U_н, U_кр – начальное и критическое влагосодержания материала, считая на абсолютно сухое вещество, %.

Продолжительность периода падающей скорости сушки в большинстве случаев можно найти только по экспериментальным данным. При инженерных расчётах допустимо предположение, что зависимость между скоростью сушки и влагосодержанием материала в течение всего периода падающей скорости сушки (от критического до равновесного влагосодержания) имеет прямолинейный характер (рис. 2). В этом случае продолжительность периода падающей скорости сушки можно определить по приближённому уравнению

τ₂ = 1/N[2,3 (U_кр. – U_р.) lg U_кр. – U_р./U₂ – U_р.], (2)

где U_р и U₂ – равновесное и конечное влагосодержания материала, считая на абсолютно сухое вещество, %.

Таким образом, зная скорость сушки в первом периоде, можно найти общую продолжительность процесса сушки:

τ_общ = τ₁ + τ₂, (3)

а также коэффициент теплоотдачи от сушильного агента (воздуха) к поверхности высушиваемого материала:

α_f = NrG_сух / F (t₁ – t_м), (4)

где r – скрытая теплота парообразования, Дж/кг; G_сух – вес абсолютно сухого материала, кг; F – поверхность высушиваемого материала, м²; t₁ – температура сушильного агента (воздуха) на входе в сушилку, ⁰C; t_м – температура «мокрого» термометра, ⁰C. Выражение (4) справедливо только для первого периода сушки.

При сушке во взвешенном состоянии, в связи с трудностью определения истинной поверхности зернистого материала, в расчёты обычно вводят объёмный коэффициент теплообмена, связанный с поверхностным коэффициентом α_f соотношением

α_v = F/V_к, (5)

где V_к – рабочий объём сушильной камеры, м³.

Для оценки интенсивности испарения влаги за весь процесс сушки иногда пользуются величиной, называемой обычно напряжением по влаге объёма камеры. Эта величина определяется количеством влаги, испаряемой за весь процесс, отнесённым к единице времени и единице объёма, и обозначается A_v. По определению

A_v = W/V_к·τ, (кг/м³ч), (6)

где W – количество влаги, удаленной за процесс сушки, кг;

V_к – рабочий объём камеры, м³; τ – длительность процесса сушки, час.

Приближенная зависимость между напряжением объёма по испаряемой влаге A_v и объёмным коэффициентом теплообмена имеет вид

A_v = α_v · Δt_ср/r_ср, (7)

где Δt_ср – средняя разность температур (потенциал переноса тепла), ⁰C.

С достаточной точностью средняя разность температур определяется по формуле

Δt_ср = (t₁ – θ₁) – (t₂ – θ₂)/2,3 lg t₁ – θ₁/t₂ – θ₂, (8)

где t₁ и t₂ – температуры сушильного агента (воздуха) соответственно на входе в сушилку и выходе из неё; θ₁ и θ₂ – температуры поверхности материала соответственно до и после сушки.

В приближенных инженерных расчётах можно допустить линейную зависимость температуры материала от его влажности (рис. 2), тогда

θ₂ = t_м + t₂ – t_м/U_кр – U_р (U_кр – U₂). (9)

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Ознакомление с работой и устройством сушилки с кипящим (псевдоожиженным) слоем высушиваемого материала.

2. Построение кинетических кривых процесса сушки.

3. Изображение процесса сушки по диаграмме J – x влажного воздуха.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Экспериментальная установка периодического действия (рис. 3), предназначенная для изучения процесса сушки зернистых материалов в псевдоожиженном слое, состоит из сушильной камеры цилиндрической формы диаметром 150 мм и высотой 1200 мм, снабженной

газораспределительной колпачковой решеткой, имеющей живое сечение 10 %, штуцера 4 для загрузки порции влажного материала и пробоотборника 3. Корпус сушилки имеет два продольных смотровых окна 2 для визуального наблюдения за псевдоожиженным слоем. Сушильный агент (воздух) засасывается из помещения двумя вентиляторами 16 и 17, проходит электрический калорифер 9 и поступает в сушильную камеру, где приводится в тесное соприкосновение с высушиваемым зернистым материалом. Кинематическая энергия подаваемого воздуха затрачивается на создание в сушильной камере кипящего слоя, а тепло, подаваемое с ним, - на проведение процесса сушки.

Отработанный воздух, пройдя через систему пылеулавливания, включающую в себя батарейный циклон 21 и рукавный фильтр 22, выбрасывается в атмосферу. Расход воздуха устанавливается вентилем 14 и измеряется нормальной диафрагмой 13 с подключенным к ней дифференциальным манометром 18. Температура воздуха, поступившего в рабочий объём сушилки, измеряется с помощью термопары 5, а покидающего сушилку – термопарой 6, подключённых к потенциометру 12. Электрокалорифер мощностью 6 кВт питается от сети переменного тока напряжением 220 вольт. Одна секция калорифера – авторегулируемая. Проба высушиваемого материала на определение влагосодержания в любой промежуток времени берётся пробоотборником 3. Для выгрузки материала предусмотрен штуцер 23.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Перед тем как приступить к исследованию, необходимо подготовить материал, предназначенный для сушки. С этой целью отвешивают порцию сухого материала в количестве 1 кг и равномерно увлажняют его водой из расчёта примерно 150…500 г воды на 1 кг сухого материала. Увлажнение материала проводят в эксикаторе тщательным перемешиванием. Эту операцию надо выполнять в самом начале работы для того, чтобы влага продифундировала с поверхности внутрь зёрен. Из равномерно увлажненного материала в бюкс отбирают пробу в количестве 3-5 г для определения исходной влажности. Бюкс взвешивают с точностью до второго знака после запятой и ставят на весы влагомера для сушки до постоянного веса. После достижения постоянного веса бюкс охлаждают и снова взвешивают. Влагосодержание исходного материала определяют по формуле

W₁ = m₁ – m₂/m₁· 100%

Или (10)

U₁ = m₁ – m₂/m₂· 100%,

где m₁ – масса влажного материала; m₂ – масса высушенного материала.

Одновременно с подготовкой материала на сушку выводят установку на заданный тепловой режим. Для пуска установки в работу включают воздуходувки выключателями а и б и при помощи вентиля 14 при закрытом вентиле 15 устанавливают максимальный расход воздуха. Затем включают калорифер для подогрева воздуха до необходимой температуры (величина напряжения, подаваемого на тэны калорифера, и температура воздуха, идущего на сушку, определяются заданием преподавателя). Без загрузки сушилки влажным материалом её прогревают до тех пор, пока термометры 5 и 6 и после сушильной камеры не будут показывать постоянную температуру. Ввиду того, что масса сушильной камеры и тепловой изоляции велика, невозможно достичь в короткое время равенства температур до и после сушильной камеры. Поэтому расхождение в показателях термопар в 10⁰С-20⁰С допустимо.

После наступления заданного температурного режима через загрузочное отверстие 4 в сушилку засыпают увлажненный материал. Время начала эксперимента заносят в журнал наблюдений. При попадании влажного материала в сушильную камеру температура сушильного агента (воздуха) резко уменьшается и на протяжении первого периода сушки приблизительно равна температуре «мокрого» термометра. Для построения кривой сушки через равные промежутки времени 0,5-2 мин пробоотборником отбирают материал на определение влагосодержания. Количество проб 10-12, вес взятой пробы не должен превышать 3-5 г. В момент взятия каждой пробы замеряют температуру кипящего слоя (термопара 5), температуру воздуха на выходе из сушилки (термопара 6). Результаты опыта заносят в отчётную таблицу.

Отчётная таблица

Высушиваемый материал…………………………………..…………

Вес исходного сухого материала…………………………..……… кг

Влагосодержание влажного исходного материала………..……… %

Эквивалентный диаметр частиц материала d_э…………………… мм

Удельная поверхность частиц высушиваемого материала

f…………………………………………………………………... м²/кг

Критическая скорость псевдоожижения w_кр ………………….. м/с

Показания дифманометра диафрагмы Δh……………… мм вод.ст.

Сопротивление сушильной камеры Δp………………… мм вод.ст.

Скорость воздуха на полное сечение сушильной камеры w….. м/с

Относительная влажность воздуха, поступающего в сушильную

камеру, φ…………………………………………………………….. %

Относительная влажность комнатного воздуха φ₀……………….. %

Рис. 3. Схема экспериментальной установки для сушки зернистых

материалов в псевдоожиженном слое:

1 – сушильная камера; 2 – смотровые окна; 3 – пробоотборник; 4 – штуцер загрузки; 5-6 – термопары; 7 – контактный термометр; 8 – реле температуры; 9 – электрокалорифер; 10 – трансформатор (РНО-250-5); 11 – пускатель (ПМЕ-211); 12 – потенциометр (КВП-512); 13 – диафрагма; 14-15 – вентили; 16-17 – воздуходувки; 18, 19, 20 – дифманометры; 21 – батарейный циклон; 22 – рукавный фильтр; 23 – штуцер выгрузки.

Опыт заканчивают после того как прекратится убыль массы материала, об этом можно судить по температуре воздуха на выходе из сушилки, а именно, по моменту достижения заданного (начального) температурного уровня. По окончании опыта, не выключая воздуходувок, через штуцер 23 из сушильной камеры удаляют высушенный материал, выключают электрокалорифер и спустя 5-10 мин останавливают воздуходувки.

ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

Результаты опытов представляют в виде графической зависимости «убыль влаги – время» (U = f(τ)) и кривой изменения температуры сушильного агента от времени (t = f(τ)). Построение данных зависимостей можно совместить на графике (см. рис. 1). На другом графике, используя опытные данные, строят кривую «скорость сушки – влагосодержание» (dU/dτ = f(U)). Кривую скорости сушки можно построить также путём графического дифференцирования кривой сушки. Данное построение произвести на отдельном графике, совместив на нём обе зависимости: U = f(τ) и dU/dτ = f(U). По кривой скорости сушки находят значение критического влагосодержания – U_кр. и из уравнения (1) – скорость сушки в первом периоде - N. Затем, используя зависимости (1, 2, 3), находят общую продолжительность сушки данной порции материала. Время, затраченное на сушку, определяют по уравнению

τ = (U₁ – U_кр/U_кр – U_р – 2,3 lg U₂ – U_р/U_кр – U_р)·ρ_м·ν·r (U_кр – U_р)·h_пл /

/ 4,8 W·Δt_ср λ_г (Pn/Pb)^0,25, (11)

где U₁ – начальное влагосодержание, %; U_кр – критическое влагосодержание, %; U₂ – конечное влагосодержание, %; U_р – равновесное влагосодержание, %; ρ_м – истинная плотность материала, кг/м³; ν – кинематическая вязкость воздуха, м²/с; r – теплота парообразования, Дж/кг; h_пл – высота плотного слоя, м; h₀ – высота свободного насыпного слоя, м; ε₀ = 0,4 – порозность свободного насыпного слоя; W – скорость воздуха на полное сечение аппарата, м/с.

Расход воздуха, проходящего через сушилку, определяют по формуле

V = √Δh/ρ_t, м³/ч, (12)

где Δh – показания дифманометра на диафрагме, мм вод.ст.; ρ_t – плотность воздуха при рабочей температуре, кг/м³.

Δt_ср = (t₁ – t_м) – (t₂^΄ - t_м)/ 2,3 lg t₁ – t_м/t₂^΄ - t_м = t₁ – t₂^΄ / 2,3 lg t₁ – t_м/t₂^΄-t_м – средняя разность температур для первого периода сушки, ⁰C, где t₁ – температура воздуха на входе в сушилку, ⁰C (определяется заданием преподавателя); t₂^΄ - температура сушильного агента в конце первого периода сушки, которую определяют по диаграмме J – x, зная количество испарённой влаги в течение 1-го периода сушки; t_м – температура «мокрого» термометра воздуха для 1-го периода сушки, ⁰C.

Количество влаги, удалённой из материала за время первого периода в пересчёте на час, определяется по формуле

W_I = G₁ · w₁ – w_кр/100 – w_кр · 60/τ₁, кг/ч, (13)

где G₁ – начальная масса влажного материала, поступающего на сушку, кг; w₁ – начальная влажность материала (на общую массу влажного материала), %; w_кр – критическая влажность материала (на общую массу), %.

Определив W_I по формуле (13), находят влагосодержание воздуха в конце I-го периода сушки из выражения

d₂^΄ = d₀ + W_I/L, кг/кг, (14)

где d₀ – влагосодержание холодного воздуха, кг/кг (определяется по показателям «сухого» и «мокрого» термометра); L – расход сухого воздуха, кг/ч; V^΄ = Vρ_t – расход влажного воздуха, кг/ч.

L = V^΄/1+d₀. (15)

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: