Исследование движения газовой фазы в аппарате с кипящим слоем Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 667.635

ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ В АППАРАТЕ С КИПЯЩИМ СЛОЕМ © К.В. Брннкин, АЛ. Чернов, АИ. Леонтьева, С.Ю. Чупрунов,

Тамбов, Тамбовский государственный технический университет

Сушка целого класса полупродуктов органических красителей, получаемых в пастообразном виде и обладающих термолабильными свойствами, требует интенсивного ведения процесса. Реализовать его можно путем подачи материала на поверхность инертных тел. находящихся в состоянии псевдоож!гжения. При отом основным фактором, определяющим скорость удаления влаги и конечную концентрацию целевого продукта, является время контактирор ”Ч1я сушильного агента и высушиваемого материала, чзо в значительной мере зависит от гидродинамической картины в сушильном аппарате.

Характер движения частиц в кипящем слое зависит от способа распределения газового потока, который представляет собой сложную структуру из равномерно распределенного газа, газовых пузырей и стругу а также циркуляционных потоков вокруг газовых пузырей. При наличии в кипящем слое застойных зон твердого материала движение газовой фазы еще усложняется (11.

При проектировании аппаратов с кипящим слоем экспериментальные исследования гидродинамики могут быть заменены исследованиями на «холодных» моделях. В настоящее время имеются методы качественного и количестве! того предсказания показателей массообменных процессов в кипящем слое, базирующиеся на измерении структурных характеристик, концентрационных полей газообразных и твердых трассеров, полей скоростей и т. д. в условиях «холодных» моделей (21. К числу гидродинамических характеристик относится функция распределения времени пребывашы потока (ФРВП).

Для экспериментального определения ФРВП использовался метод респонстехники, заключающийся в регистрации изменений концентрации газа-трассера в выходном потоке при его изменении на входе |2, 3. 4). Импульсный ввод трассера технически очень трудно осуществить в аппаратах с кипящим слоем большого масштаба. Регистрирующие концентрацию трассера датчики должны обладать при ттом большой чувствительностью, поскольку ввод большой массы газа-трассера может нарушить гидродинамическую обстановку в аппарате. Поэтому предложен метод вымывания. заключающийся в следующем газ- трассер подается на вход и при появлении постоянной концентрашш трассера на выходе из слоя, в течение определенного периода времени (1 -5-3 мин), ступенчато прекращается его подача [2|.

При выборе трассера соблюдались следующие требования: он должен обладать относительной безопасностью использования, низкой химической активно-

стью. простотой и доступностью стандартного оборудования для его регистрашш и контроля и т. д (5). В качестве трассера использовался неадсорбирующийся на частице инертных тел трассер - углекислый газ.

Экспериментальные исследования по изучению степени перемешивания газовой фазы в псевдоожи-женном слое проводились на базе промышленной сушилки с инертным носителем СИН-6.

Для того чтобы экспериментальные данные ^чли инвариантны к размеру аппарата, приведем их к оез-размерному по времени виду, для чего вычислим среднее время пребывания газа в слое:

X)

| г с(1)Ж

?=— ~ ус ' и;

\с{ОЖ ^ ' о

Попытки описать поведение сушильного агента в аппарате при помощи модели идеального перемешивания не дали положительных результатов: абсолютная погрешность составила 5=22 %. .Анализ полученных результатов позволяет сделать выводы: 11 по газовой фазе слой ннерта в сушилке представляет собой аппарат с промежуточным уровнем смешенюц 2) необходимо осуществить поиск функции друтого вида для аппрок-симации функции плотности распределения нормированного времени пребывают газа в слое инерта.

На [юль подобной функции может претендовать распределение Эрланга с плотностью:

/(0)=1 — I 0'м ехр(-/Д=>/—I)!. «2)

\а)

где (-) - нор.чофованное время пребывания газа-трассера в кипящем слое.

Решая задачу, окончательно получим уравнение для плотности распределения нормированного времени пребывания в аппарате:

Г(0) = 3.48О9-0-ехр< -1.866-0), 3‘|

которое позволяет определить функцию плотности распределения по времени пребывания газовой фазы в слое инертных тел (

1.С.

'И')=/(л(е).с*.['). (4)

Уравнеш1е (4) означает. Что \у(г) зависит от нормированной функции плотности распределения по времени пребывания, расхода газовой фазы и объема слоя.

В результате решения уравнения (4) могут быть определены технологические параметры процесса сушки, а именно расход сушильного агента и необходимый объем слоя инертных тел.

Анализ результатов, полненных в ходе экспериментальных исследований, позволяет сделать вывод, что по газовой фазе слой инерта в сушилке представляет собой аппарат с промежуточным уровнем смешения (между идеальным смешением и идеальным вытеене-1шем) и может быть огшсан законом распределения Эрланга.

Полученные выражения (3) и (4) могут быть использованы при расчете технологических параметров процесса сушки с применением математической модели [6, 7].

ЛИТЕРАТУРА

1 Гельперин НМ., Фрайман Р.С., Лузанова Т.Н. Исследование перемешивания газовой фазы псевдоожиже иного слоя по кривым отклика // Теоретические основы химической технологии. 1974 Т. 8. .4» 6 С. 898-905.

2. Ойгенблик АЛ.. Слинько М.Г., Баранников В.И. Применение экспериментальных функций распределения времени пребывания потока при расчете и исследовании реакторов с псевдоожиженным слоем // Химическая промышленность. »978. .V» 9 С. 52-59

3 Мартюишн ЕИ„ Нестеренко Г.Г.. Батоин Б.Г.. Кониуков Н.Б. Об определении функций распределения времени контакта газа и твердых частиц в неоднородном псевдоожкженном слое//Теоретические основы химической технологии 1971 Т 5 .V» 1 С 84-90

4 Серебренников Г.Г.. Френкель ЛИ. Вероятностные оценки времени пребывания твердых частиц в псевдоожнженном слое // Химическая промышленность 1980 .V» I С 46-47

5 Измерения в промышленности Справочник Под ред. П Профоса Т 3 М.. Металлургия. 1990 344с

6 Брянкин /СВ., Леонтьева А.П.. А ршчаыев А.А. и о р. Исследование тепло-, массопереноса на одиночной частице инертного носителя / Труды молодых ученых и студентов ТГТУ Тамбов. 1997 Вып. 1. С 354

7 Леонтьева А. И.. Утробин Н.П.. Брянкин К.З. и о р. Математическое моделирование процесса сушки суспензий полупродуктов органических красителей на одиночной частице инертного носителя// Вестн ТГУ Тамбов. 1997 Т 2 С 208-210

УДК 620.193

АНОДНОЕ ПОВЕДЕНИЕ ЖЕЛЕЗА В ГИДРОКАРБОНАТНЫХ СРЕДАХ С ДОБАВКАМИ НИТРАТ- И СУЛЬФАТ-ИОНОВ В РАЗЛИЧНЫХ ТЕРМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

© С.А Калужнна. Н.Г. Нафпкова, Н.Л. Лапунина

Воронеж, Воронежский госуоарственный университет

Научное прогнозирование рациональных способов защиты теплообменного оборудования возможно на основе знания механизмов и кинетических закономерностей коррозионных процессов в тер\о«ческих и гидродинамических условиях, адекватных эксплуатационным. В связи с "тім в данной работе проведена количественная оценка влияния температуры и теплового потока на анодное поведение железа юдного из основных компонентов конструкционных материалов) в гидрокарбонатных средах с добавками NCV и SO/’ -ионов.

Эксперименты осуществлялись на установке с вращающимся дисковым теплопередающим электродом с использованием комплекса физико-хтшческих методов Сравнительные данные были получены на терморавновесном с раствором электроде (диапазон температур 20-80° С) и на теплопередающем электроде t интервал тепловых потоков Q = 24.4 -г- 732 кВт/м:)

Исследование анодного поведения железа в гидрокарбонатных средах с добавками NOj и SO/' -ионов показало, что состав пассивирующей пленки не зависит от природы активирующих анионов и термических условий и включает y-FeOOH. Fe?Oj, Fe:0? и карбонаты железа. Последние входят в объем оксидно-гидроксид-

ных герморавновесных слоев с раствором электрода и присутств\лот на его поверхности в виде [РеСО-^,. при теплопередаче. Введение агрессивных ионов увеличивает скорость анодных процессов при различных по-тeнциaлav При этом, согласно микроскопическим наблюдениям за состоянием поверхности метахла (в совокупности с хроноамперометрическими данными), наличие М03‘ -ионов в системе у силивает активное растворение железа а добавка БО/ -ионов вызывает локальное поражение металла

Одновременное повышение температуры метахла и электролита ускоряет активное растворение железа в средах с N0/ -ионами и вызывает развитие автономного шптинга в гидрокарбонатно-сульфатных растворах. Введение теплового потока не изменяет характер разрушения. но в нкграт-содержащих средах его интенсивность несколько сшокается. а в растворах с добавкой БО/' -ионов возникает множественный неглубокий питтинг.

Неадекватное влияние МО>' и 50/' -ионов на природу анодного растворения железа позволяет предполагать различия в механизмах процессов. Рост температуры терморавновесного электрода от 20 до 80и С