Испытание сушилки кипящего слоя с импульсной подачей сушильного агента Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

НАУКА БЕЗ ГРАНИЦ • № 5 (10) • 2017

УДК 66.047

ИСПЫТАНИЕ СУШИЛКИ КИПЯЩЕГО СЛОЯ С ИМПУЛЬСНОЙ ПОДАЧЕЙ СУШИЛЬНОГО АГЕНТА

Пахомов Андрей Николаевич, кандидат технических наук, доцент, Васенина Светлана Владимировна, студент, Бирюкова Ирина Александровна, студент, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тамбовский государственный технический университет», Тамбов, РФ

Аннотация: В статье представлены результаты испытания разрабатываемой сушилки с кипящим слоем инертных тел с импульсной подачей сушильного агента. Показаны основные достоинства и недостатки применения подобного способа подачи газа. Указаны перспективные направления развития подобных аппаратов для сушки высоковлажных продуктов. Ключевые слова: сушилка; слой; импульс.

THE TEST OF A FLUIDIZED BED DRYER WITH PULSED FEED

OF A DRYING AGENT

Pakhomov Andrey Nikolaevich, PhD (Cand. Tech. Sci.), associate professor, Vasenina Svetlana Vladimirovna, student, Biryukova Irina Aleksandrovna, student, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Tambov State Technical University», Tambov, Russia

Summary: The article presents the results of testing the newly developed dryer with, a fluidized bed of inert bodies with a pulsed feed of the drying agent. The main advantages and disadvantages of using such a method of gas supply are shown. Prospective directions of development of such devices for drying wet products are indicated. Keywords: drier; layer; momentum.

Сушка зернистых материалов в кипящем слое является одним из наиболее распространенных методов организации взаимодействия сушильного агента с твердой фазой. Этот метод применяется в химической и пищевой промышленности для высушивания зернистых и порошкообразных материалов. В аппаратах с кипящим слоем характер процесса сушки непосредственно влияет на качество получаемой продукции. При этом кинетика сушки в основном определяется взаимодействием влажных частиц зернистого материала между собой, с сухим продуктом и со стенками аппарата. На характер взаимодействия частиц материала влияют такие факторы как: форма аппарата, скорость движения

сушильного агента, место подачи высушиваемого материала, режим кипения.

При постоянном увеличении скорости сушильного агента в аппарате с кипящим слоем наблюдается последовательно несколько гидромеханических режимов. Сначала наблюдается неподвижной слой, в котором происходит процесс фильтрования газа через зернистый слой. Далее наблюдается, как правило, однородное псевдоожижение высушиваемого зернистого материала (при скорости сушильного агента близкой к скорости начала псевдоожижения). Дальнейшее повышение скорости приводит к появлению определенных неоднородностей слоя, проявлению пузырей, каналов. Дальнейшее увеличение

НАУКА БЕЗ ГРАНИЦ • № 5 (10) • 2017

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

скорости газа приводит к сильным пульсациям слоя и к явлению уноса зернистого материала из слоя (слой разрушается).

Как правило, ярко выражены такие режимы для однородных слоев состоящих из мелких частиц. В случае если происходит сушка неоднородных слоев в которых присутствуют как мелкие так и крупные частицы, то однородный режим псевдоожижения слабо выражен и практически сразу наступает режим неоднородного псевдоожижения.

Наличие неоднородностей в слое, как правило, приводит к ухудшению качества высушиваемого продукта. Так формирование в кипящем слое каналов приводит к локальному перегреву отдельных частиц материала (что, например, неприемлемо для термолабильных продуктов). Для борьбы с неоднородностями полидисперсных слоев предлагается использовать импульсную подачу сушильного агента в слой, со скоростью близкой к скорости начала псевдоожижения.

При этом возможна импульсная подача сушильного агента через всю решетку или

через определенные её части с изменением периода и частоты подачи сушильного агента по времени. На рис. 1 представлена схема экспериментальной установки с реализацией импульсного режима движения сушильного агента. Разработанная установка базируется на основе сушилки, хорошо себя зарекомендовавшей в исследованиях кинетики сушки жидких продуктов в кипящем слое инертных тел [1, с. 13; 2, с.72].

Для визуализации характера кипения слоя частиц нами дополнительно применялась щелевая визуальная установка [3, с. 82]. В ней применялись в основном шарообразные частицы при использовании различных конструкций газораспределительной решетки (пористая, щелевая, кол-пачковая). В качестве сушильного агента использовался воздух с температурой от 20 до 120 °С. Для заданного эксперимента изменялся только тип решетки, а количество частиц в слое, высота, скорость сушильного агента, размеры аппарата оставались неизменными. Параметры импульсной подачи (скорость, частота, вре-

Рис. 1. Схема экспериментальной установки с импульсной подачей сушильного агента:

1 - вентилятор, 2 - калорифер, 3 - импульсное устройство распределения потока газа, 4 -сушилка, 5 - выброс в пылеулавливающую аппаратуру, 6 - места подачи влажного продукта, 7 - сброс сушильного агента в атмосферу, 8 - привод импульсного устройства.

тЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

НАУКА БЕЗ ГРАНИЦ • № 5 (10) • 2017

мя) изменялось последовательно в заданном диапазоне. Наблюдения за характером псевдоожижения ведутся визуально. Параллельно производится видеосъемка характера поведения кипящего слоя с анализом скорости движения отдельных частиц, а также появление неоднородности слоя с помощью специальной компьютерной программы. Обработка экспериментальных данных производится в виде зависимостей количества наблюдаемых неодно-родностей, их размеров от скорости газа и конструкции решетки.

Отметим некоторые особенности, полученные при испытании рассмотренной конструкции. В случае непрерывной загрузки зернистого материала в нижнюю часть слоя (практически над решеткой) активного выноса материала из кипящего слоя практически не происходит. При этом наблюдается слипание частиц влажного зернистого материала между собой. В этом случае, повышение расхода влажного материала подаваемого в аппарат, даже при скоростях сушильного агента близких к скорости уноса, приводит к уменьшению уноса материала из слоя. Соответственно данный эффект приводит к увеличению времени нахождения высушиваемого зернистого материала в слое, а следовательно возможно испытание сушилки при работе на пониженных температурах сушильного агента. Однако применение подобного режима к однородному слою шарообразных частиц показало негативное влияние пульсирующего режима при повышенной загрузке зернистого материала в слой на

вынос материала из аппарата. Таким образом, исследованный режим подачи сушильного агента можно рекомендовать к применению в установках для каталитического крекинга и в печах обжига.

Обработка экспериментальных данных указывает на некоторую функциональную зависимость влияния частоты импульсов подачи сушильного агента, скорости потока и расхода питания аппарата на качественные характеристики высушиваемого продукта. На данный момент ведется поиск физически обоснованного вида зависимости, позволяющего оценить кинетические характеристики процесса сушки, аналогично показанному в работе [4, с. 654].

Основным недостатком предлагаемого способа подачи сушильного агента является понижение герметичности узла формирования импульсов и как правило повышенный напор газа (по сравнению с классической схемой), что может быть неприемлемым при работе с сушилками высокой мощности.

В дальнейшем направлении исследования пульсирующей подачи сушильного агента предполагается разработка определенной конструкции газораспределительной решетки. Возможно внесение в конструкцию аппарата определенного ввода отбойников или турбулизаторов (завихри-телей) потока (в сепарационную часть), а также оценка времени работы сушильного аппарата при продуве и при изменении скорости на заданном режиме.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Пахомов А. Н. Исследование характера кипящего слоя в сушилке с инертными телами / Пахомов А. Н., Скрипникова С. Г., Сироткин А. О., Загребнев Р. С. // Инженерный вестник Дона. - 2016. - Т. 40. - № 1 (40). - С. 13.

2. Пахомов А. Н. Некоторые особенности моделирования сушилки с кипящим слоем инертных тел / Пахомов А. Н., Васенина С. В., Бирюкова И. А., Комбарова Е. Ю., Позднышева И. Г. // Инженерный вестник Дона. - 2016. - Т. 43. - № 4 (43). - С. 72.

3. Пахомов А. Н. Кинетические особенности сушки капель жидких дисперсных продуктов на подложках / Пахомов А. Н., Гатапова Н. Ц., Пахомова Ю. В. // Актуальные проблемы суш-

НАУКА БЕЗ ГРАНИЦ • № 5 (10) • 2017

технические НАУКИ

ки и термовлажностной обработки материалов в различных отраслях промышленности и агропромышленном комплексе. Сборник научных статей Первых Международных Лыковских научных чтений, посвящённых 105-летию академика А. В. Лыкова. - 2015. - С. 81-83. 4. Пахомов А. Н. Оценка кинетических характеристик процесса сушки жидких дисперсных продуктов / Пахомов А. Н., Хатунцева Е. А., Елизарова В. А., Банин Р. Ю., Черных Е. А. // В мире научных открытий. - 2015. - № 4.1 (64). - С. 653-661.

REFERENCES

1. Pakhomov A. N. Issledovanie kharaktera kipyashchego sloya v sushilke s inertnymi telami / Pakhomov A. N., Skripnikova S. G., Sirotkin A. O., Zagrebnev R. S. // Inzhenernyy vestnik Dona.

- 2016. - T. 40. - № 1 (40). - S. 13.

2. Pakhomov A. N. Nekotorye osobennosti modelirovaniya sushilki s kipyashchim sloem inertnykh tel / Pakhomov A. N., Vasenina S. V., Biryukova I. A., Kombarova E. Yu., Pozdnysheva I. G. // Inzhenernyy vestnik Dona. - 2016. - T. 43. - № 4 (43). - S. 72.

3. Pakhomov A. N. Kineticheskie osobennosti sushki kapel' zhidkikh dispersnykh produktov na podlozhkakh / Pakhomov A. N., Gatapova N. Ts., Pakhomova Yu. V. // Aktual'nye problemy sushki i termovlazhnostnoy obrabotki materialov v razlichnykh otraslyakh promyshlennosti i agropromyshlennom komplekse. Sbornik nauchnykh statey Pervykh Mezhdunarodnykh Lykovskikh nauchnykh chteniy, posvyashchennykh 105-letiyu akademika A. V. Lykova. - 2015.

- S. 81-83.

4. Pakhomov A. N. Otsenka kineticheskikh kharakteristik protsessa sushki zhidkikh dispersnykh produktov / Pakhomov A. N., Khatuntseva E. A., Elizarova V. A., Banin R. Yu., Chernykh E. A. // V mire nauchnykh otkrytiy. - 2015. - № 4.1 (64). - S. 653-661.

Материал поступил в редакцию 18.05.2017 © Пахомов А. Н., Васенина С. В., Бирюкова И. А., 2017