CC BY
27
SCIENCE TIME
ХАРАКТЕР ПОВЕДЕНИЯ БИНАРНОГО ИНЕРТА В СУШИЛКЕ С КИПЯЩИМ СЛОЕМ
Пахомов Андрей Николаевич,
Волостных Станислав Геннадиевич,
Ельцов Антон Геннадиевич, Шуваев Александр Сергеевич, Тамбовский государственный
технический университет, г. Тамбов
E-mail: panpost@yandex.ru
Аннотация. Данная статья посвящена исследованию поведения бинарного инерта в сушилке с кипящим слоем. Приведены исследованные материалы, формы, размеры и состав бинарного инерта. Описаны характерные эффекты, наблюдаемые при кипении бинарного инерта в потоке воздуха и при подаче в слой высушиваемых жидких дисперсных продуктов.
Ключевые слова: сушилка, кипящий слой, инерт, жидкость.
Весьма важной задача исследования кинетики сушки жидких дисперсных продуктов в кипящем слое инертных тел является выявление характерных особенностей поведения самих частиц инерта в слое при различных режимах псевдоожижения. В качестве инерта нами исследовался т.н. бинарный инерт: т.е. слой состоящий из частиц двух различных по теплофизическим характеристикам материалов.. Нами были приготовлены различные рецепты бинарного инерта: по составу и размерам частиц. Предпочтительной формой инертных тел является сферическая. Такая форма наименее подвержена истиранию и наиболее легко переходит в псевдоожиженное состояние [1-5].
Однако технологические сложности в получении частиц инерта шарообразной формы заставили нас остановиться на частицах формы параллепипеда, и цилиндра.
Схемы исследованных форм и размеров частиц инерта представлены на
рис.1.
В результате исследования поведения бинарного инерта различного состава и размеров нами были выявлены следующие характерные особенности.
SCIENCE TIME
h
Рис. 1 Формы исследованных частиц инерта Размеры: ^=1^3мм, ^=0.3^0.6мм, ^2=1^2мм, а=1^3мм, ¿=1^3мм, с=2^5мм,
/=0.5^2 мм
Использование в слое инерта частиц примерно равного эквивалентного диаметра, но разного состава принципиальной картины формирования слоя, описанной выше, не менял.
Однако наблюдалось следующее явление: при большем количестве в слое инерта фторопластовых частиц явление электризации и соответствующего ему налипания готового продукта на стенки камеры было более ярко выражено [2].
При большем количестве алюминиевых частиц явления электризации практически не наблюдалось, однако значительно возрастало гидравлическое сопротивление слоя и наблюдались более ярко выраженные неоднородности слоя.
Это связано, прежде всего, с тем, что, во-первых, у алюминия плотность несколько больше чем у фторопласта, а во-вторых, частицы алюминия были цилиндрической формы, а фторопласта - кубической.
Соответственно, в этом случае для достижения состояния псевдоожижения затрачивалось больше энергии. Неправильная же форма частиц алюминиевого инерта, составляющих большую часть слоя, приводила в формированию пузырей и каналов в слое в более ярко выраженной форме.
Истирания частиц фторопластового и алюминиевого инерта нами не наблюдалось, однако этого эффекта нельзя исключить при применении частиц неправильной формы большего размера в более крупных чем наш аппаратах [3,
Варьирование размеров частиц инерта позволило сделать следующие наблюдения и выводы. Частицы инерта с меньшим эквивалентным диаметром могут всплывать в кипящем слое, а частицы с большим эквивалентным диаметром тонуть и опускаться на дно аппарата при невысоких скоростях псевдоожижения [1, 4, 5].
При достаточно большой скорости потока слой в целом будет
4].
SCIENCE TIME
псевдоожижен, но может представлять собой фактически два различных кипящих слоя, расположенных один над другим, имеющих различную порозность.
При скоростях близких к скорости начала псевдоожижения могут начать псевдоожижаться частицы лишь «всплывающей» фракции, а внизу расположиться неподвижный продуваемый слой «тонущей» фрак-ции.
С ростом скорости потока кипящий слой всплывающей фрак-ции может полностью или частично размывать лежащую внизу тонущую фракцию и образовывать единую псевдоожиженную систему.
В большей степени такой эффект проявлялся если меньшими по размеру были фторопластовые частицы [3]. Это явление характерно как для цилиндрической так и для конической исследованных форм аппаратов. Характер подобного явления показан на рис.2.
При применении частиц примерно равных по эквивалентному диаметру подобного расслоения в диапазоне рабочих скоростей сушильного агента не наблюдалось.
В некоторых опытах при значениях скорости сушильного агента мало отличающейся от скорости начала псевдоожижения (не более чем на 10%) наблюдалось явление частичного смешения частиц, которое однако быстро переходило в полное смешения либо без увеличения скорости потока, либо при его незначительном увеличении.
Исходя из наблюдаемых явлений, частицы инерта для дальнейшей работы изготавливались с примерно равным эквивалентным диаметром.
В качестве состава инерта для проведения исследований на экспериментальной установке рекомендуется следующий рецепт: 50% алюминиевых частиц на 50% фторопластовых частиц по объему. Фотография рекомендуемых частиц инерта показана на рис.3.
Рис. 2 Возможные состояния кипящего слоя при использовании бинарного инерта: а - однородное (полное) смешение частиц, б - сегрегация,
в - частичное смешение
Рис. 3 Фотография частиц бинарного инерта, рекомендуемого к использованию в экспериментальной установке. Размеры частиц фторопласта 1х1х2 мм,
алюминия 1х2 мм.
В пределах исследованных размеров колонок аппаратов (от 80 до 150 мм) эквивалентный диаметр частиц инерта составил 1 - 1,3 мм. Т.е. рекомендуемое соотношение диаметра аппарата к диаметру частиц инерта (Da/dH) составило в среднем 100.
Литература:
1. Пахомова, Ю.В. Особенности механизма и кинетики сушки капель дисперсий (на примере сушки послеспиртовой барды) / Ю.В. Пахомова, В.И. Коновалов, А.Н. Пахомов // Вест. Тамб. гос. техн. ун-та. - 2011. - Т. 17, № 1. - С. 70-82.
2. Пахомов, А.Н. Влияние внешних воздействий на изменение термопарой при сушке капель жидких дисперсных продуктов/А.Н. Пахомов, Л.А. Козлова, Е.А. Хатунцева, А.В. Баландина//Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2014.- №04(63).- С.103-104.
3. Пахомов, А.Н. Интенсификация процесса сушки жидкой послеспиртовой барды в аппарате с кипящим слоем инертных тел / А.Н. Пахомов, Н.С. Сорокина, А.В. Баландина // Инженерный вестник Дона, 2014, №4 [Электронный ресурс]. -URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2014/2727
SCIENCE TIME
4. Пахомов, А.Н. Типы кинетических кривых, получаемых при сушке капель жидких дисперсных продуктов/ А.Н. Пахомов, Ю.В. Пахомова // Химическая технология. 2014. № 10. С. 620-623.
5. Пахомов, А.Н. Возможности самоорганизации дисперсных систем при сушке на подложке / А.Н. Пахомов, Ю.В. Пахомова, Е.А. Ильин // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2012.- Т. 18, № 3, - С.633 - 637.
