CC BY
42
| || в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. № 3 (119)
УДК 66.011.3:536.722
А.П. Булеков, Б.С. Сажин, Ю.А. Чабаева, М.Б. Сажина*, Н.А. Фитцева*, С.Ю. Страздина*, М.А. Устинов, В.Б. Сажин
Московский государственный текстильный университет им. А.Н. Косыгина, Москва, Россия
*
Российский заочный институт текстильной и лёгкой промышленности Московского государственного университета технологий и управления им. В.К. Разумовского, Москва,
Россия
**
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ЭКСЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ УСТАНОВОК С АКТИВНЫМИ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИМИ РЕЖИМАМИ
As a resuit of the spent researches ways and ways of an intensification of process of drying of disperse materials at the expense of activization of hydrodynainic conditions in a dryer have been revealed. The technique is developed and seulement parities for a quantitative estimation of overall performance considered installations are presented.
В результате проведенных исследований были выявлены пути и способы интенсификации процесса сушки дисперсных материалов за счет активизации гидродинамической обстановки в сушилке. Разработана методика и представлены расчетные соотношения для количественной оценки эффективности работы рассматриваемых сушильных установок.
Ранее установлено [1], что в качестве показателя, характеризующего эффективность используемых в сушильной установке методов активизации гидродинамической обстановки, следует использовать отношение эксерге-тических коэффициентов полезного действия установки до и после внедрения анализируемых методов. В этом случае активным, для данного материала и конструктивного оформления процесса, следует считать гидродинамический режим, соответствующий наибольшему значению эксергетического КПД.
Наиболее эффективным указанный подход является по отношению к сушильным установкам с активной гидродинамикой. В первую очередь к ним относятся аппараты со взвешенным слоем обрабатываемого материала, в том числе и установки со встречными закрученными потоками взаимодействующих фаз. Указанные аппараты составляют значительную долю сушильного оборудования, используемого в промышленности для сушки дисперсных материалов. Основой конструктивного оформления узла подготовки сушильного агента в таких установках служат типовые рекуперативные теплообменные аппараты. Эксергетические характеристики такого узла определяются на основе его балансовых уравнений, записных в дифференциальной форме. Решением указанной системы уравнений являются функциональные зависимости для термодинамических параметров процесса, позволяющие получить расчетное соотношение для эксергетического КПД узла подготовки сушильного агента в виде:
(тТ°т / Vln
ПтЦт ~ ТCMJ
f f т>
/
ГТ1 f f T1 /
1 + —---i / vln
Cc.„. VtVÏ-TL)
(1)
T
т , ,
V V c.a. J У
1-7/
9
О Л 0 X и в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. N0 3(119)
В качестве определяющего параметра в расчетное соотношение входит термический КПД процесса г]т, используемый в классическом термодинамическом анализе для оценки степени использования теплового потенциала подведенного энергоносителя. Расчет этого показателя является составной частью разработанной процедуры анализа работы узла подготовки сушильного агента. Учитывая что оценка этого показателя представляет самостоятельные практический интерес, в работе получена расчетная формула для этой оценки в следующем виде:
0 \°Т-СТ °саСса
Чт = 7 ~ ^^ ГТ (2)
С • с
2 ^са ' 1 с
V ^Т ' J
-е-е у^т-^т иса-сса
Безразмерный параметр в выражении (2) £ учитывает отличие гидродинамической обстановки в анализируемом узле от канонической схемы взаимодействия материальных потоков. Область значений параметра составляет отрезок [0,1] .
Эксергетические характеристики эффективности работы сушильной камеры определяются по методике, аналогичной расчетному алгоритму для узла подготовки сушильного агента. В основе такой численной процедуры также лежат балансовые соотношения, имеющие вид:
Ом-См-М.м+1¥гп=а-Р-М.ср (3)
См-Аим=/3-Г-АХср (4)
Ыса=Сса- А^а+Ьп-АХср (5)
Решение приведенной системы уравнений позволяет получить расчетное соотношение для эксергетического КПД сушильной камеры в виде функции безразмерных комплексов процесса:
Лег = „ ^ ч (6)
1-4
Е-К.-ЬС^ + Ь.)-^ где Ае - изменение удельной эксэргии соответствующего материального потока, рассчитываемое по их термодинамическим параметрам. В соотношение (6) входят безразмерные комплексы:
4=^; <7)
« ('м <Л,,
Комплекс Ье характеризует соотношение тепловых потоков, обусловленных с одной стороны теплообменом между сушильным агентом и влажным материалом, а с другой - потоком, транспортируемым парами испаренной влаги. Безразмерную переменную g следует рассматривать как
| || в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. Na 3 (119)
относительную скорость сушильного агента. Комплекс Ne является аналогом числа единиц переноса по газовой фазе.
Интегральная оценка эффективности работы сушильной установки в целом определяется произведением эксергетических КПД rjel и Входящие в них кинетические коэффициенты а и ß зависят от степени активизации гидродинамической обстановки в сушильной установке. Соответствующие для расчета указанных коэффициентов зависимости в качестве определяющих параметров включают теплофизические
и гидродинамические характеристики материала и аппарата.
Наличие численных оценок показателей rjel и позволяет путем их сопоставления для различных гидродинамических режимов сделать вывод о целесообразности произведенных энергозатрат и выбрать оптимальный вариант, соответствующий максимальному значению их произведения. При необходимости детализации произведенных энергозатрат в процессе сушки указанная цель может быть достигнута на основе анализа полного эксергетического баланса установки. Методика такого анализа изложена в работе [2].
Представленные в работе эксергетические показатели успешно используются при оценке эффективности работы типовых сушилок ВЗП для дисперсных материалов [3]. Анализ результатов проведенных исследований свидетельствует об объективности полученных оценок и возможности на их основе выявить пути и способы интенсификации процесса сушки дисперсных материалов за счет активизации гидродинамической обстановки в сушилке.
Выводы:
1. Показано, что выбор гидродинамического режима и объективная оценка его эффективности возможна на основе эксергетических характеристик взаимодействующих в сушильной установке материальных потоков.
2. Разработана методика и представлены необходимые расчетные соотношения для количественной оценки эффективности работы сушильных установок с активной гидродинамикой для дисперсных материалов.
3. Правомерность и целесообразность использования эксергетических оценок эффективности работы сушильных установок обоснованы результатами такого анализа применительно к типовым сушилкам с активной гидродинамикой для дисперсных материалов.
В работе использованы общепринятые в научной литературе по термодинамике и процессам и аппаратам обозначения.
Библиографические ссылки
1. Сажин, Б.С. Научные основы техники сушки/ Б.С. Сажин, В.Б. Сажин. М.: Наука, 1997. 448 с.
2. Сажин, Б.С. Эксергетический метод в химической технологии/ Б.С. Сажин, А.П. Булеков. М.: Химия, 1992. 208с.
3. Сажин, Б.С. Эксергетический анализ работы промышленных установок/ Б.С. Сажин, А.П. Булеков, В.Б. Сажин. М.: МГТУ, 2000. 297 с.
