Гранулирование льда в кипящем слое Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 620.65:02

ГРАНУЛИРОВАНИЕ ЛЬДА В КИПЯЩЕМ СЛОЕ С.В. Губерт, А.А. Храпов, В.И. Полтавцев

Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт, 650056, г. Кемерово, ул. Марковцева, 5, determinism@rambler.ru.

Рассмотрен периодический процесс гранулирования льда в кипящем слое с подачей воды на гранулы путем их орошения. Показана возможность создания аппаратуры высокой производительности для использования льда в строительстве ледовых переправ, ледяных складов Крылова, а также запасов льда на летний период объемом до 1 млн.куб.м. Ил. 2. Библиогр. 1 назв.

Ключевые слова: гранулированный лед, кипящий слой, ледовая переправа. ICE GRANULATING IN THE FLUIDIZED BED S.V. Gubert, A.A. Khrapov, V.I. Poltavtsev

Kemerovo State Agricultural Institute

5, Markovtsev St. Kemerovo, 650056 Russia, determinism@rambler.ru.

The granulation process in a fluidized bed of ice with water supply to the granules by their irrigation is considered. The possibility of a high-performance equipment creation to be used for ice crossings, Krylov ice warehouses and summer ice reserves up to 1 million cubic meters. 2 figures. 1 source.

Keywords: granulation ice, fluidized bed, ice crossing.

На территории России находится значительное количество рек. Ежегодно с наступлением зимы большинство из них уходят под лед, на полотно которого кладут ледовые переправы для движения транспорта по зимним дорогам. Строительство ледовых переправ путем намораживания льда заливкой слоя воды - трудоемкий и долгий процесс, поскольку замерзание слоя в 5 см длится десятки часов при среднем морозе. Поэтому запуск переправ в эксплуатацию обычно приводят в декабре при стабильно низкой температуре. На Руси ускорение строительства проводили за счет засыпки и заливки водой гранулята, получаемого дроблением моноблоков льда. Но дробленый лед при заливке водой удерживает воздушные пузыри, снижающие прочность покрытия. Недостаток устраняют применением овально-сферического гранулята искусственного льда, который впервые получен в фонтанирующем слое [1] и при заливке которого водой полностью заполняется порозное пространство гранулированного слоя.

Экспериментальный аппарат, с производительностью несколько кг льда в час, работает периодически с засыпкой затравки в рабочий объём с одновременной подачей воды через форсунку на гранулы в фонтане и выгрузкой гранул через воздушный классификатор, возвращающий мелочь в объем слоя. Существенное повышение производительности аппарата в промышленном масштабе невозможно из-за малой величины удельного расхода воздуха на единицу массы гранул.

Экономически выгоднее более ранняя эксплуатация переправ, что можно достичь за счет сокращения сроков строительства путем применения искусственного гранулированного льда. Нами реализован процесс гранулирования льда в кипящем слое с высоким расходом воздуха. Намораживание льда на сферических ледяных гра-

нулах в кипящем слое осуществлено путем псевдоожижения затравки, в виде предельно мелких частиц льда, холодным воздухом и орошения ледяной водой. Псевдоожижающий хладагент пополняет запас холода гранул, расходуемый на кристалллизацию воды. Контакт твердой (лед) и жидкой (орошение) фаз реализован в способе путем элементарных взаимодествий капель воды и гранул затравки.

Контакт жидкой фазы характеризуется фракционным составом капель, зависящим от конструкции орошающего устройства. Эксперименты показывают, что минимально стабильным режимом орошения следует считать границу перехода струйного течения в капельное, при котором частота падения капель составляет 5-8 в секунду. Континуум твердой фазы (лед) характеризуется фракционным составом затравки, которая получена нами замораживанием воды кондуктометриче-ским методом. Полученная монофракция имеет размер гранул затравки 7-8 мм.

Акт элементарного взаимодействия может пройти следующим путем, показанным на рис. 1.

Выбор режима псевдоожижения в первую очередь зависит от температуры окружающей среды: чем ниже, тем интенсивнее орошение. Скорость начала псевдоожижения для затравочных гранул размером 7-8 мм равна 9,2-9,9 м/с. Поскольку с увеличением диаметра гранул скорость возрастает:

й мм 12 24 36

W м/с 12,2 17,8 21,7,

то недопущение выноса затравочных гранул из слоя производят принудительно - с помощью отбойных козырьков. Движение гранул по замкнутому контуру при ожижении создает идеальные условия для образования овально-сферических гранул, близких к сфере по своей форме (рис. 2).

б) в)

Рис. 1. Схема взаимодействия капель воды с гранулой льда: а - локальное смачивание гранулы каплей воды; б - полное смачивание гранулы; в - избыточное смачивание гранулы с образованием и отрывом вторичных капель

Они имеют высокое свойство сыпучести, проявляют в насыпанном слое прекрасные фильтрационные свойства, а также хорошо удерживают прочность каркаса при орошении.

Использование зимнего воздуха в неограниченном количестве позволяет готовить аппаратуру высокой удельной производительности с м рабочего объема, вплоть до 10 т/ч. Это в свою очередь открывает путь к созданию не только ледовых переправ, но и склады Крылова, а также монолиты льда объемом до 1 млн. м3 для летнего охлаждения оборотных вод электростанций.

Рис. 2. Гранулированный лед, полученный в кипящем слое

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК

1. Роткин В.М. Грануляция во взвешенном слое и ее особенности при кристаллизации водного льда в генераторе с фонтанирующим слоем: дисс. ... канд.

техн. наук : 05.18.02 / В.М.Роткин, АстрИРПХ. Астрахань, 1978. 192 с.

Поступило в редакцию 8 октября 2011 г