Аэродинамика сушильного агента в объеме сушильной камеры Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

66.047.791.1

АЭРОДИНАМИКА СУШИЛЬНОГО АГЕНТА В ОБЪЕМЕ СУШИЛЬНОЙ КАМЕРЫ

А.П. ХОМЯКОВ, В.Д. ХАРИТОНОВ

Уральский государственный технический университет Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности

Аэродинамика в прямоточных распылительных сушилках с сосредоточенной подачей сушильного агента сверху в основание факела распыла изучена недостаточно, в математических моделях и при расчетах учитывается весьма условно [1]. Кроме того, отсутствие достоверных данных по аэродинамике не позволяет в полной мере оценить условия взаимодействия частиц и сушильного агента в объеме сушильной камеры и наметить пути совершенствования сушильных установок.

В статье приведены результаты экспериментальных исследований аэродинамики сушильного агента в сушильных камерах.

Исследования проводили на установке производительностью 10 кг/ч испаренной влаги. Сушильная камера была выполнена в виде цилиндрического корпуса с коническим днищем и имела размеры: диаметр цилиндрического корпуса 1000 мм, высота 940 мм, угол раскрытия конуса 60°. Более подробно описание сушильной установки приведено в [2].

В ходе исследований были измерены значения составляющих скорости сушильного агента в объеме сушильной камеры и получены представления о характере распределения этих составляющих по текущему радиусу камеры на различном удалении от плоскости распыла. Частично результаты обработки экспериментальных данных представлены на рис. 1-4 в виде графиков, характеризующих распределение составляющих скоростей сушильного агента в объеме сушильной камеры.

Рис. 1

На рис. 1 представлены распределения вертикальной Ух (кривая 1) и тангенциальной Уу (кривая 2) составляющих скорости сушильного агента по радиусу сушильной камеры в верхней ее части на расстоянии 0,075 м от плоскости распыла. Графики показывают, что вертикальная составляющая скорости распределяется по радиусу сушилки крайне неравномерно. На уровне распылительного диска максимальное значение этой составляющей (около 13 м/с) наблюдается у самой его кромки, по мере удаления от диска величина У резко уменьшается и на расстоянии 125-150 мм от центральной оси, или 65-90 мм от диска, приближается к нулю. В дальнейшем направление движения сушильного агента изменяется. На участке, который удален от центральной оси на расстояние от 125 до 300 мм, вектор Ух направлен снизу вверх и составляет при этом 0,1—0,3 м/с. У стенки сушильной камеры направление движения сушильного агента по вертикали опять изменяется, и теплоноситель двигается сверху вниз, а значение Ух приблизительно равно 0,1 м/с. Эксперименты показали, что при удалении от центра сушилки тангенциальная составляющая скорости Уу возрастает, достигая максимального значения 6,3 м/с под кромкой диска. В дальнейшем она резко уменьшается до значения около 1,0 м/с и при радиусах более 150 мм остается практически постоянной, колеблясь от 0,7 до

1,0 м/с.

На рис. 2 представлены данные распределений Ух и У по радиусу сушилки в верхней половине средней части сушильной камеры на расстоянии 0,225 м от плоскости распыла. В центре сушильной камеры под распылительным диском Ух = 2,0 м/с. По мере удаления от центра ее величина резко возрастает и достигает максимального значения 7,5 м/с при радиусе 100 мм.

Рис. 2

Рис. 3

При дальнейшем удалении от центра наблюдается резкое снижение значения Ух, при радиусах 250-350 мм оно приближается к нулю. На периферии исследуемых уровней у стенки сушильной камеры наблюдалась смена направления движения сушильного агента, он начинал двигаться снизу вверх. В этих областях вертикальная составляющая скорости составляла 0,1-0,5 м/с. Тангенциальная составляющая скорости сушильного агента распределяется более равномерно. Максимальное значение Уу имеет место в центральной части сушилки и составляет около 2 м/с, при радиусах более 150 мм Уу уменьшается, достигая 1 м/с у стенки сушильной камеры.

На рис. 3 представлены графики распределения Ух и Уу по радиусу сушилки на расстоянии 0,375 м от плоскости распыла. В центре сушильной камеры под распылительным диском Ух=2,5 м/с. По мере удаления от центра ее величина резко возрастает и достигает максимального значения 4,0 м/с при радиусе 0,10 м. В дальнейшем величина Ух уменьшается, при радиусах 0,35-0,45 м от центра сушилки теплоноситель изменяет направление движения, и у стенки сушильной камеры вектор Ух направлен снизу вверх, а его значение равно 0,4-0,5 м/с. Изменение Уу по радиусу сушилки незначительно, ее значения колеблются от 0,8 до

1,0 м/с.

Распределение Ух по радиусам, характерное для нижней части сушильной камеры, представлено на рис. 4 (расстояние от плоскости распыла 0,6 м). Анализ показывает, что значения Ух составляют не более 2 м/с. Ближе к центру Ух = 1,2 м/с, а при удалении от центра

Рис. 4

значения ее сначала возрастают и достигают максимума на радиусе около 0,15 м, а затем наблюдается тенденция к уменьшению вертикальной составляющей скорости. У стенки сушильной камеры теплоноситель изменяет направление движения и двигается снизу вверх.

В ходе экспериментов радиальную составляющую У скорости сушильного агента удалось измерить только в верхней части сушильной камеры. Под распылительным диском вектор У2 направлен к центру и имеет максимальное значение 4,5 м/с при радиусе 0,03 м. При удалении от центра вектор У2 направлен от центра и достигает максимального значения 3,7 м/с при радиусе 0,13 м.

Анализ полученных данных позволяет заключить следующее. Лимитирующими векторами, определяющими направление движения сушильного агента в сушилке, являются составляющие скорости Ух и Уу Вертикальные составляющие скоростей распределяются по сечениям сушилки неравномерно. Максимальные значения Ух наблюдаются в центре. При удалении от плоскости распыла неравномерность уменьшается. У стенки сушильной камеры наблюдается движение сушильного агента снизу вверх. В сушильной камере обнаружены застойные зоны, характеризующиеся нулевыми и крайне малыми значениями Ух.

Математическая обработка экспериментальных данных на ЭВМ позволила получить критериальные уравнения (таблица), характеризующие закономерности распределения безразмерной скорости Ух/У0 в сушильной камере.

Таблица

Номер уравнения

Ур авнение

1

к ! г

0 0 & # г0

/ \1,3

к г

00 г0 %

Область

применения

Значение

(1)

(2)

(3)

(4)

= 0,37

V

= 0,82

V

V г

= 0,14 - 0,03 —

0,7 < г/г0 < 5,6 0,2 < кп/О0 < 0,9 0,7 < г/г0 < 5,6 0,9 < кп/00 < 1,7 0,7 < г/г0 < 5,6 1,7 < к/00 < 3,2 0,7 < г/г0 < 5,6 кпО > 3,2

0,95

0,97

0,96

0,95

-0,1

0,22

-0,15

-0,8

-0,97

-0,8

Я

Приняты следующие обозначения:

Б0 - диаметр кольцевого сечения в месте выхода сушильного агента из воздухораспределительного устройства в сушильную камеру, м;

Ип - расстояние от потолка сушильной башни до горизонтальной плоскости, на которой находится исследуемая точка, мм, м;

Я - коэффициент множественной корреляции;

г - текущий радиус поперечного сечения сушилки, расстояние от оси сушильной камеры до исследуемой точки, мм, м;

г0 - радиус кольцевого сечения в месте выхода сушильного агента из воздухораспределительного устройства, м;

У0 - средняя скорость сушильного агента в момент входа в сушильную камеру, м/с;

Р,- - коэффициент регрессии после нормирования.

Погрешность расчета Ух по уравнениям (1)-(4) не превышает ± 7%. Коэффициенты множественной корреляции для полученных адекватных уравнений регрессии имеют численные значения от 0,95 до 0,97. Анализ значимости факторов, оцениваемый по коэффициенту р;, показал, что наиболее значимым фактором является симплекс г/г0 для всех критериальных уравнений.

Представлялось целесообразным проверить возможность переноса полученных закономерностей на сушильные камеры большего масштаба. Для этого были разработаны и изготовлены стенды, позволяющие моделировать аэродинамические условия промышленных сушильных установок.

Анализ этих экспериментальных исследований и сопоставление их с результатами, полученными на опытной установке, показали идентичность характера распределения Ух, а также возможность использования

критериальных уравнений (1)-(4) для расчетов Ух в промышленных установках производительностью до 2000 кг/ч испаренной влаги.

Проверка адекватности математической модели (1) по отношению к опытным данным, полученным на модели промышленных сушилок, была проведена по критерию Фишера Б. Установлено, что табличное значе -ние Б-критерия составляет 4, а расчетное - 3,1. Таким образом, расчетное значение Б-критерия не превышает табличного и с доверительной вероятностью Р = 0,95 можно считать данную математическую модель адекватной.

Результаты проведенных исследований аэродина -мики сушильного агента были использованы при усовершенствовании математической модели гидродинамики и тепло- и массообмена в сушильной камере, методики расчета прямоточных распылительных сушилок с верхней сосредоточенной подачей сушильного агента в основание факела распыла и при разработке установок производительностью 5, 15, 200 и 2000 кг/ч испаренной влаги, предназначенных для получения сухих молочных продуктов, микробиологических веществ, технического альбумина и яичного порошка.

ЛИТЕРАТУРА

1. Хомяков А.П. Принципиальные аспекты конструирования сушильных установок для получения молочных и пищевых про -дуктов // Тез. докл. Междунар. науч.-практ. конф. «Энергосберегаю -щие технологии переработки сельскохозяйственного сырья». -Минск: Изд-во Акад. аграр. наук РБ, 1996. - С. 134-135.

2. Хомяков А.П., Кащеев И.Д., Комоликов Ю.И. Анализ условий взаимодействия сушильного агента и частиц, дисперги -рованных пневматической форсункой в объеме сушильной камеры // Новые огнеупоры. - 2003. - № 10. - С. 64-66.

Кафедра машин и аппаратов химических производств

Поступила П.10.03 г.

621.56/59.001.2

МЕТОД ОЦЕНКИ ХОЛОДОАККУМУЛИР УЮЩИХМА ТЕРИАЛОВ ДЛЯ КОНТЕЙНЕРОВ-ТЕРМОСТА ТОВ

В.Н. ДАНИЛИН, В.А. КАЧАНОВ, С.Г. ШАБАЛИНА

Кубанский государственный технологический университет

Для контейнеров-термостатов необходимы холодоаккумулирующие материалы (ХАМ), которые претерпевают переход плавление-кристаллизация как в боль-

шом интервале температур, так и с изотермичным фазовым переходом.

В настоящее время отсутствует какая-либо основная методика технико-экономического обоснования применения ХАМ. Цель нашего исследования - разработка методики обоснования выбора ХАМ на основе

Таблица 1

ХАМ Температура плавления, оС Энтальпия плавления, кДж/кг Переохлаждение, °С ОБУВ соли Цена, р./кг

1. Сульфат натрия (10%) -1,2 280 3 0,3 100

2. Карбонат натрия (5%) -2,1 280 5 0,04 100

3. Бикарбонат натрия (5%) -2,3 250 5 0,04 80

4. Ацетат натрия -18 250 5 0,01 80

5. Сульфат магния -4,8 215 5 0,04 40