CC BY
15
3. ТЕХНОЛОГИ! ТА УСТАТКУВАННЯ Л1СОВИРОБНИЧОГО КОМПЛЕКСУ
УДК66.021 Проф. В.М. Атаманюк1, д-р техн. наук; астр. 1.Р. Барна1;
астр. Р.В. Ходор1вський1; доц. М.П. Пелех2, канд. техн. наук
Г1ДРОДИНАМ1КА СТАЦ1ОНАРНОГО ШАРУ ПОЛ1ДИСПЕР-СНОГО МАТЕР1АЛУ П1Д ЧАС Ф1ЛЬТРАЦ1ЙНОГО СУШ1ННЯ
Представлено результати експериментальних дослщжень гiдродинамiки руху повiтря крiзь полiдисперсний шар вапняково-ам1ачно'1 селiтри. Отримано критер1аль-нi залежносп, якi дають змогу використовувати результати для проектування нового сушильного обладнання за однакових гiдродинамiчних умов.
Ключое1 слова: стащонарний шар, дисперсний матерiал, сушка, пдродинамша, коефiцieнт гiдравлiчного тертя, вапняково-амiачна селiтра, критерiйнi рiвняння.
Постановка проблеми. Сучасна промисловють Украiни характеризуемся застарiлими i значною мiрою зношеними основними фондами. Результатом цього е дуже низька енергетична ефектившсть промислових шд-приемств ^ як наслiдок, висока енергоемнiсть готовоi продукцii. Як зазнача-ють автори [1], затрати на процес висушування в 2-3 рази вищi, шж це необ-хiдно для перетворення вологи в пару.
Мшеральш добрива широко застосовують у сшьському господарсга та iх потреба постiйно зростае. Вапняково-амiачна селiтра (ВАС) ТУ У 24.105607824-041-2004 (хiмiчна формула ЫИ4Ы03 + СаС03) - це нейтральне азот-но-кальцiеве мiнеральне добриво, яке належить до нового типу добрив, що не пiдкислюють грунт, i рекомендовано до застосування на всiх типах грунлв для пiдживлення сшьськогосподарських культур.
Вiдомо, що в Укра1'ш приблизно 50 % грунтiв мають тдвищену кис-лотнiсть [2], тому виробництво i застосування ВАС е надзвичайно актуаль-ним завданням. Багатотоннажне виробництво ВАС в Укра1'ш недавно оргаш-зовано на ВАТ '^внеазот". Одним iз найбiльш енергоемних еташв виробниц-тва ВАС е сушшня в сушильному барабанi-грануляторi. Апарати такого типу е металомюткими i громiздкими (довжина барабану становить 30 м), а сушшня здшснюють за прямотечшною або зустрiчнотечiйною схемою руху теплового агенту. В обох випадках коефщенти тепло- i масовiддачi е незначними й обмежуються швидюстю виносу дрiбнодисперсного матерiалу за межi барабану та вимагають встановлення очисноi апаратури, що, своею чергою, призводить до зростання собiвартостi готового продукту. Температура теплового агента на виходi iз сушильного барабана становить приблизно 80100 °С, що свiдчить про часткове використання сушильного потенщалу [3].
1 НУ "Льв1вська полггехшка";
2 Академ1я сухопутних вшськ 1м. гетьмана П. Сагайдачного
Поеднання процесу гранулювання i сушiння, на наш погляд, е не зов-сiм рацiональним, тому що оптимальнi умови гранулювання вiдрiзняються вiд оптимальних умов сушшня вологих гранул. Тому доцшьно було б роздь лити щ два процеси й оптимiзувати 1х кожен зокрема. Основнi методи та ре-жими гранулювання висвiтлено у [4-6] та багатьох шших наукових працях.
Аналiз останнiх публiкацiй. Вщомо, що фiльтрацiйне сушiння е одним iз високоiнтенсивних методiв. Як стверджують автори [7-13], першим етапом дослщження фiльтрацiйного сушiння е дослщження гiдродинамiки стацiонарного шару дисперсного матерiалу. У роботах [7-9] для прогнозуван-ня втрат тиску в стацюнарному шарi дисперсного матерiалу використовують залежшсть Дарсi-Вейсбаха, яку приводять до модершзованого двочленного рiвняння Ергана. Представивши результати експериментальних дослiджень у безрозмiрнiй формi
г^у
а
(1)
Ей = А ■ Яе-Х-
V а у
автори визначили невiдомi коефщенти i показники степенiв для дослщжува-них матерiалiв [11, 13]. У цих роботах пдродинамжу фiльтрування газового потоку ^зь стацiонарний шар дисперсного матерiалу розглядають як зов-шшню i внутрiшню задачi гiдродинамiки. Для визначення коефщента пдрав-лiчного тертя у розрахунковш залежностi Дарсi-Вейсбаха автори [12] його представляють у виглядi залежностi
С
Л=-С- (2)
Яеи
i визначають невiдомi коефiцiенти для частинок цилшдрично! форми. У ро-ботi [13] автори аналiзують внутршню i зовнiшню задачi гiдродинамiки фшьтрацшного сушiння технiчного вуглецю, а коефщент опору стацюнарно-го шару представляють у виглядi розрахунково! залежностi
Л = А ■ Яеп. (3)
Необхiдно зауважити, що рекомендованi в науковш лiтературi розра-хунковi залежностi дають змогу з деяким наближенням прогнозувати втрати тиску в стацiонарному шарi дисперсного матерiалу, який дослiджував автор, однак застосувати щ залежностi для шших дисперсних матерiалiв без додат-кових експериментальних дослiджень важко, через велик похибки мiж ек-спериментальними i розрахованими значеннями [15].
Мета роботи. Експериментальне дослiдження гiдродинамiки стащ-онарного шару вапняково-амiачноl селiтри шд час фiльтрацiйного сушiння i представлення результата у безрозмiрнiй формi, зручнш для використання в iнженернiй практищ.
Для дослiдження брали гранульовану вапняково-амiачну селiтру, яку у великих об'емах випускае ВАТ мРiвнеазотм. Для визначення усередненого дiаметра гранул селiтри 11 роздiляли на фракци. Гранулометричний склад се-лiтри наведено на рис. 1. Для визначення середнього розмiру гранул ми вико-ристали рiвняння [16]
— = 1 —
^е г=1 ^г
(4)
де: Хг - масова частка 'У фракци вугiлля; п - кiлькiсть фракцiй. Основнi характеристики вапняково-амiачноl селiтри (табл.) визначали експерименталь-но або розраховували на основi залежностей, наведених у [17].
^ ■10Ъ, м ^е. ■ 103, М Рнас, кг/М3 £ш, М3/М3 а, м2/м3 Ф
3,18 1,36 | 933 0,39 1250 0,9
Дослщження втрат тиску в стащонарному шарi ВАС проводили на ус-тановцi та за методикою, наведеною у [14]. Залежнiсть втрат тиску вщ фж-тивно! швидкостi фшьтрування теплового агента наведено на рис. 2. Для опи-су пдродинамжи стацiонарного шару дисперсного матерiалу використову-ють залежнiсть Дарсi-Вейсбаха, у якому невщомою величиною е коефщент гiдравлiчного тертя Л. 1снуе багато методiв визначення коефiцiента пдрав-лiчного тертя в стацiонарному шарi дисперсного матерiалу. Проаналiзуемо деякi з них. Вщомо, що коефiцiент гiдравлiчного тертя е функщею числа Рейнольдса i його зручно представляти у такому виглядг
Л=-^ + Б. (5)
Яе
У технiчнiй лiтературi для приблизного визначення коефщента пд-равлiчного тертя рекомендовано таку розрахункову залежшсть [18]:
133
Л= —+ 2,34. (6)
Яе
Однак багато авторiв довели, що ця залежшсть лише дуже приблизно дае змогу визначити втрати тиску в шарi дисперсного матерiалу i використо-вувати 11 для проектних розрахунюв установок фiльтрацiйного сушiння е не-доцiльно через велику розбiжнiсть мiж розрахунковими й експериментальни-ми значеннями [15].
Щоби спростити знаходження невщомого коефiцiента гiдравлiчного тертя, автори [19] рекомендують лiанеаризувати рiвняння ДарсьВейсбаха i представляти результати експериментальних дослщжень у виглядi функщ-
онально! залежност АР/(Н -и0) = /(и0) (рис. 3). Тодi невiдомий коефщент
"А*" знаходять за вiдрiзком, який вщЫкае пряма на ос ординат, а "В*" - за тангенсом нахилу криво! до ос абсцис. На основi рис. 3 експериментальш даш можна узагальнити залежнiстю
АР = (3200 + 5500-из)-Н ■и0. (7)
1.6 2.0
ио, м/с
Рис. 2. Залежшсть втрат тиску в стацюнарному шарiВАС вiд фжтивноХ швидкост1
1.6 2.0
ио, м/с
Рис. 3. Залежшсть АР/(Не ■и0)
вiд фжтивноХ швидкостi (позначення вiдповiдають рис. 2)
Отримана залежшсть (7) дае змогу прогнозувати енергетичш затрати на створення перепаду тисюв у стацюнарному шарi сел^ри з достатньою для проектних розрахунюв точнiстю. Однак у цьому випадку коефщент пдрав-лiчного тертя виражений у неявнш формi.
Щоби результати експериментальних дослiджень можна було пошири-ти для проектних розрахункiв установок фшьтрацшного сушiння, !х доцiльно представляти у виглядi безрозмiрних комплексiв, наприклад у виглядi залеж-ностi (1). Це дасть змогу, користуючись теорiею подiбностi, використовувати отриманi результати для подiбних умов, що вiдрiзняються мiж собою, наприклад, геометричними розмiрами або числовими значеннями технологiчних па-раметрiв. На рис. 4 представлено залежшсть критерш Ейлера вiд критерш Рейнольдса. Тодi розрахункову залежнiсть (1) можна представити у виглядi
Ей = 28 ■ Яе"0'33-Н.
(8)
Отримана залежшсть корелюеться iз значеннями, отриманими для гранульованого суперфосфату й амофосу [20]. Як видно з рис. 4, число Ейлера залежить вщ висоти шару дисперсного матерiалу, тому представимо цю залежшсть у виглядi Ей ■ Н = f (Яе) (рис. 5). Легко довести на основi за-
лежностi Дарсi-Вейсбаха, що коефщент гiдравлiчного тертя стацiонарного зернистого шару можна виразити залежшстю
Л = 2 ■
Ей ■ Н
(9)
Тодi залежшсть коефщента гiдравлiчного тертя вiд числа Рейнольдса для вапняково! амiачно! селiтри можна виразити залежшстю
Л = 56 ■ Яе-0,33. (10)
Отримана розрахункова залежнiсть дае змогу прогнозувати гiдравлiч-ний ошр стацiонарного шару вапняково-амiачно! селiтри в широких межах чисел Рейнольдса (200 < Яе < 1000). На рис. 6 наведено кореляцшну залежшсть мiж розрахованими на основi залежностi (8) та експериментальними значеннями втрат тиску в стацюнарному шарь
Рис. 4. Залежшсть числа Ейлера вiд числа Рейнольдса
(позначення в1дпов1даютъ рис. 2)
Рис. 5. Залежшсть коеф^ента гiдравлiчного тертя вiд числа Рейнольдса
0 1000 Висновки:
1. Отримано розрахунков1 залежност в безрозм1рних комплексах (8) { (10), як дають змогу визначити енергетичш затрати на створення перепаду тисшв тд час фшьтрацшного сушшня { на етат проектування сушиль-
ного обладнання прогнозувати економ1чну доцiльнiсть використання цього методу.
2. Як свщчить анал1з рис. 6, максимальна вiдносна похибка не перевищуе 14,1 %, що цшком прийнятно для проектних розрахунюв установки фiльтрацiйного сушiння.
Л1тература
1. The New Ways of Organization Heat Transfer in Food Industry Apparatuses / O.G. Burdo, S.G. Terzsev, A.I. Knuish, E.A. Kovalenko / Proc. 5-th Int. Heat Pipes Sump. - Melbourne (Australia), 1997. - P. 7-14.
2. Яккть грунт1в та сучасш стратеги удобрення / Д. Мельничук, М. Мельников, Дж. Гофман та ш. - К. : Витд-во "Арютей", 2004. - 488 с.
3. Burdo O.G. Energy-Saving Food Technologies on Heat Pipe Exchangers Basic / O.G. Burdo, S.G. Terzsev, S.N. Peretyaka // Proc. 9 th Int. Heat Pipe Conf. - Albukiersk. USA, 1995. - Vol. 1. - P. 219-224.
4. Артюхов А.С. Розроблення методики шженерного розрахунку вихрових гранулято-рiв / А.С. Артюхов, ВТ Склабшський // Вопросы химии и химической технологии. - 2007. -№ 5 - С. 16-21.
5. Подмогильный Н.В. Управление качеством гранулирования минеральных удобрений / Н.В. Подмогильный, Я.Н. Корниенко, А.Н. Сильвестров. - К. : Вид-во "Таю справи". -1998. - 200 с.
6. Класен П.В. Основы техники гранулирования / П.В. Класен, И.Г. Гришаев. - М. : Изд-во "Химия". - 1982. - 272 с.
7. Гузьова 1.О. Пдродинамша фшьтрацшного сушшня дисперсних матерiалiв / 1.О. Гузьова, Я.М. Ханик // Вюник ДУ "Львiвська пол^ехшка". - Сер.: Хiмiя, технология речо-вин та 1х застосування. - Львiв, 2000. - № 414. - С. 168-172.
8. Юндзера Д.П. Зернистий матерiал. Гiдродинамiка полiдисперсного шару / Д.П. Кш-дзера, Я.М. Ханик, В.М. Атаманюк // Хiмiчна промисловють Украши. - К. : Вид-во "Внесок", 2002. - № 6. - С. 38-42.
9. Ханик Я.М. Пдродинамжа i кiнетика процесу сушшня глини у щшьному шарi пiд час IЧ-нагрiвання / Я.М. Ханик, Т.1. Римар, О.М. Креховецький // Науковий вюник НЛТУ Украши : зб. наук.-техн. праць. - Львiв : РВВ НЛТУ Украши. - 2006. - Вип. 16.5. - С. 74-78.
10. Атаманюк В.М. Фшьтрацшне сушшня. Гiдродинамiчний отр полiдисперсного шару зернистого матерiалу / В.М. Атаманюк // Хiмiчна промисловiсть Украши. - К. : Вид-во "Внесок", 2004. - № 6. - С. 47-51.
11. Атаманюк В.М. Пдродинамша фшьтрацшного сушшня дисперсного матерiалу / В.М. Атаманюк // Промислова гщравлша i пневматика : всеукр. наук.-техн. журнал. - Вшни-ця, 2006. - № 1 (11). - С. 12-17.
12. Ханик Я.М. Особливосп гвдродинамши пвд час руху теплоноая крiзь шар сухого дисперсного матерiалу / Я.М. Ханик, Т.1. Римар, 1.О. Гузьова // Науковий вюник НЛТУ Украши : зб. наук.-техн. праць. - Лыав : РВВ НЛТУ Украши. - 2007. - Вип. 17.8. - С. 74-78.
13. Атаманюк В.М. Пдродинамша стацюнарного шару техшчного вуглецю / В.М. Атаманюк, Я.М. Гумницький // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - Харюв. - 2009. - Вип. 5/5 (41). - С. 29-34.
14. Атаманюк В.М. Гiдравлiчнi закономiрностi роботи апарапв iз стацюнарним шаром дисперсного матерiалу / В.М. Атаманюк, Р.В. Ходорiвський, 1.Р. Барна // Вiсник НУ "Львiвсь-ка полiтехнiка". - Сер.: Хiмiя, технологiя речовин та 1х застосування, 2010. - № 667. - С. 253-258.
15. Атаманюк В.М. Гидродинамика фильтрационной сушки зернистых материалов / В.М. Атаманюк, Я.Н. Ханик // Современные энергосберегающие тепловые технологи : матер. I Междунар. научно-практ. конф. - М. : Изд-во "Меркури", 2002. - Т. 4. - С. 148-152.
16. Лукьянов П.И. Аппараты с движущемся зернистым слоем. Теория и расчет / П.И. Лукьянов. - М. : Изд-во "Машиностроение", 1974. - 184 с.
17. Аэров М.Э. Аппараты со стационарным зернистым слоем / М.Э. Аэров, О.М. Тодес, Д. А. Наринский. - Л. : Изд-во "Химия", 1979. - 176 с.
18. Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. - В 2-ух книгах / Н И. Гельперин. - М. : Изд-во "Химия", 1981. - 812 с.
19. Ханык Я.Н. Гидродинамическое сопротивление плоских газопроницаемых материалов / Я.Н. Ханык, В.И. Топчий, М.П. Стрепко // Прикладная химия. - 1991. - № 1. - С. 107-110.
20. Атаманюк В.М. Гщродинамша i тепломасообмш пщ час фшьтрацшного сушшня дисперсних матерiалiв : автореф. дис. на здобуття наук. ступеня д-ра техн. наук / В.М. Атаманюк. - Львiв, 2007. - 36 с.
Атаманюк В.М., Барна И.Р., Ходоривский Р.В, Пелех М.П. Гидродинамика стационарного слоя полидисперсного материала при фильтрационной сушке
Приведены результаты экспериментальных исследований гидродинамики фильтрации воздуха сквозь полидисперсный стационарный слой известково-амиач-ной селитры. Получены критериальные зависимости, которые позволяют использовать полученные результаты для проектирования нового сушильного оборудования при одинаковых гидродинамических условиях.
Ключевые слова: стационарный слой, дисперсный материал, сушка, гидродинамика, коэффициент гидравлического трения, известково-амиачная селитра, критериальные уравнения.
Atamanyuk V.M., Barna I.R., Khodorivsky R.V., Pelekh M.P. Hydrodynamics of stationary layer of polydispersion material is during the lauter drying
In the article are present results of experimental research of hydrodynamics of air movement through the polydispersed layer of limestone ammonium saltpeter. Criteria's dependences that were received allow to use the results projecting new drying equipment under common hydrodynamic circumstances.
Keywords: stationary layer, dispersed material, drying, hydrodynamic, resistance coefficient, limestone ammonium saltpeter, criteria's dependences.
УДК 674-412:674.09:519.87:519.23 Доц. В.О. Маевський, канд. техн. наук -НЛТУ Украти, м. Льв1в; доц. А.Я. Вус, канд. ф1з.-мат. наук -
Льв1вський НУ м. 1вана Франка
1ДЕНТИФ1КАЦ1Я СКЛАДНО! КРИВИЗНИ РЕАЛЬНО! КОЛОДИ ТА МОДЕЛЮВАННЯ II ПОПЕРЕЧНОГО РОЗПИЛЮВАННЯ
Розглянуто особливосп щентифшацп складно! кривизни реально! колоди за результатами сканування форми поверхонь поперечних перетишв колоди. Обгрунтова-но доцшьшсть вимiрювання стрши прогину складно! кривизни колоди вщ одше! ба-зово! лшп. За базову лшю прийнято геометричну (лшшну регресшну) вюь колоди, подвоене значення вщхилення вщ яко! характеризуватиме величину стрши прогину. Запропоновано три основш означення складно! кривизни та розроблено методику дшово! щентифшацп наявносп у колоди складно! кривизни та ефективного поперечного розпилювання тако! колоди на частини (допустимi фрагменти).
Ключов1 слова: колода, складна кривизна, базова лшя, вщхилення форми колоди, стрша прогину, поперечне розпилювання (подш), частина (фрагмент), вюь колоди, оптимiзацiя, довжина колоди.
Постановка проблеми та актуальшсть дослвджень. Наявшсть як просто!, так \ складно! кривизни стовбур1в (колод) зумовлена одними \ тими ж чинниками, зумовленими здебшьшого природними особливостями зрос-тання дерев (люорослинш умови, напрям переважаючих вггр1в тощо). Однак негативний вплив на вихщ пиломатер1ал1в складно! кривизни колод за !х розпилювання е бшьшим, шж просто! кривизни. Така ж тенденщя також просте-
