Исследование гидродинамики потока газовзвеси конверсионного карбоната кальция в трубе-сушилке Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Исследование гидродинамики потока газовзвеси конверсионного карбоната кальция в трубе-сушилке

12 1 1 М.О. Долматова ' , Ю.А. Долматова , Л.В. Соловьева-Гоголева

1 Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.

Ельцина

2Уральский институт Государственной противопожарной службы МЧС России

Аннотация: В статье приведены результаты исследований гидродинамики потока газовзвеси конверсионного карбоната кальция в трубе-сушилке. Получены уравнения для определения скорости и концентрации карбоната по длине трубы-сушилки при разных скоростях воздуха и расходных концентрациях. Результаты исследований могут быть использованы для проектирования труб-сушилок для многотоннажных производств конверсионного карбоната кальция.

Ключевые слова: гидродинамика, скорость, концентрация, труба-сушилка, карбонат кальция.

Опыты по изучению гидродинамики потока газовзвеси конверсионного карбоната кальция проводились на трубе-сушилке с внутренним диаметром 0,069 м, длиной 4,8 м [1-7]. По оси трубы на стержне вертикально закреплены диски, первый диск ниже шнека на 0,6 м, второй - выше шнека на 0,7 м и далее через 1 м, всего 5 дисков.

Опыты проводили в следующей последовательности. Взвешивали и засыпали в бункер карбонат кальция. Включали вакуум-насос и устанавливали заданную скорость воздуха. С помощью лабораторного автотрансформатора устанавливали заданное напряжение, а значит и производительность (предварительно определяли ее зависимость от напряжения). Включали питатель (шнек). После достижения установившегося режима движения газовзвеси одновременно перекрывалось сечение трубы заслонками (дисками), соединенными с помощью системы рычагов с общей тягой, и одновременно останавливали шнек и вакуум-насос.

После этого, начиная с нижней секции трубы, собирали навески продукта - Он, кг, последовательно из каждого определенного заслонками

:

объема трубы - V, м . Фактическую концентрацию - ^ и скорости материала

- vм, на соответствующих участках трубы рассчитывали по формулам: с_

0-£

где О - производительность установки, кг/с; Ь - длина участка трубы между двумя дисками, м;

Расчетная (исходная) концентрация материала определялась по формуле: где Vг - производительность по воздуху, м3/с.

В результате обработки опытных данных получены зависимости скорости карбоната кальция - Vм, от длины трубы сушилки - Ь, скорости воздуха - vг и исходной (расчетной) концентрации - (рис. 1-5) с высокой степенью достоверности Я2.

Рис. 1. Изменение скорости карбоната кальция - Vм, м/с, по длине трубы-сушилки - Ь, м, при скорости воздуха ^ =17 м/с, цр=1,020 кг/м . Полученная по рис. 1 зависимость имеет вид:

= о - с тю^ -1 - ? оз^ - ас-юз, (1)

Я2- 1

Рис. 2. Изменение скорости карбоната кальция - Vм, м/с, по длине трубы-сушилки - Ь, м, при скорости воздуха V =19 м/с, цр=0,772 кг/м3. Полученная по рис. 2 зависимость имеет вид:

= П - 0 (2)

К' = 0,96.

Рис. 3. Изменение скорости карбоната кальция - Vм, м/с, по длине трубы-сушилки - Ь, м, при скорости воздуха V =17 м/с, цр=1,020 кг/м . Полученная по рис. 3 зависимость имеет вид:

-0 3:;, (3)

Д2 = 5.96.

б

3

Рис. 4. Изменение концентрации карбоната кальция - ц, кг/м , по длине трубы-сушилки - L, м, при скорости воздуха vF =19 м/с, цр=0,772 кг/м .

Полученная по рис. 4 зависимость имеет вид:

.. = 13 (4)

R' = 0,97.

Опыты по исследованию изменения скорости и концентрации карбоната кальция по длине трубы-сушилки показывают, что изменение скорости материала и его концентрации происходят на расстоянии от места загрузки (подачи) материала около 2 м. Между первым и вторым дисками карбонат кальция вначале проваливается вниз и совершает петлеобразное движение, обеспечивает на расстоянии 1,3^2,3 м максимальные концентрации и минимальные скорости материала. Далее изменения скоростей и концентраций не велики.

В результате обработки опытных данных получены уравнения (1-4), которые с высокой степенью достоверности могут быть использованы при расчете труб-сушилок. Труба-сушилка, на которой проводились опыты может обеспечивать производительность, в зависимости от влажности (начальной и конечной) и температуры воздуха (газа) от 100 до 150 кг/ч.

Полученные в работе данные могут использоваться при математическом моделировании [8], в эксергетическом анализе работы труб-сушилок для минеральных солей, подобных карбонату кальция [9, 10].

Литература

1. Долматова Ю.А., Ермаков А.А., Долматова М.О. Исследование аэродинамики полидисперсной газовзвеси конверсионного карбоната кальция в трубе-сушилке // Инженерный вестник Дона, 2012, №2. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n2y2012/835.

2. Сажин Б. С. Основы техники сушки. М.: Химия, 1984. 319 с.

3. Лисовая Г.К., Шабалин К.Н. Исследование сушки минеральных солей в пневматической трубе-сушилке // Химическая промышленность. 1969. №11. С. 64-66.

4. Лисовая Г.К., Ведерникова М.И., Инюшкин Н.В., Говорков А.В., Новиков В.И., Винкман А.О., Пярнитс Ю.Э., Шеремет Р.И. Испытание опытно-промышленной трубы-сушилки для кремнефтористого натрия // Химическое и нефтяное машиностроение. 1969. №5. С. 39-40.

5. Долматова Ю.А., Ермаков А.А., Долматова М.О. Исследование процесса сушки конверсионного карбоната кальция в трубе-сушилке // Инженерный вестник Дона, 2013, №1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2013/1523.

6. Alexander S.W. Berechnung der Trocknung feuchter Produkte im Stromtrockner // Chem.-Ing. Techn., 1973, vol.45, no.16, pp. 1032-1039.

7. Mendes M.J. de. Uber die Berechnung von Stromtrocknern // Verfahrenstechnik, 1978, vol.12, no.12, pp. 791-794.

8. Долматова Ю.А., Шишкин Г.И. Исследование процесса сушки конверсионного карбоната кальция в трубе-сушилке с помощью математической модели // Инженерный вестник Дона, 2011, №4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2011/566.

9. Федоров И.М. Теория и расчет процесса сушки во взвешенном состоянии. М.; Л.:Госэнергоиздат, 1955. 176 с.

10. Филиппов В.А. Техника и технология сушки угля. М.: Недра, 1975. 287 с.

References

1. Dolmatova Yu.A., Ermakov A.A., Dolmatova M.O. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2012, №2. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n2y2012/835.

2. Sazhin B.S. Osnovy tekhniki sushki [Basic techniques of drying]. M.: Khimiya, 1984. 319 p.

3. Lisovaya G.K., Shabalin K.N. Khimicheskaya promyshlennost'. 1969. №11. pp. 64-66.

4. Lisovaya G.K., Vedernikova M.I., Inyushkin N.V., Govorkov A.V., Novikov V.I., Vinkman A.O., Pyarnits Yu.E., Sheremet R.I. Khimicheskoe i neftyanoe mashinostroenie. 1969. №5. pp. 39-40.

5. Dolmatova Yu.A., Ermakov A.A., Dolmatova M.O. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, №1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2013/1523.

6. Alexander S.W. Berechnung der Trocknung feuchter Produkte im Stromtrockner. Chem.-Ing. Techn., 1973, vol.45, no.16, pp. 1032-1039.

7. Mendes M.J. de. Uber die Berechnung von Stromtrocknern. Verfahrenstechnik, 1978, vol.12, no.12, pp.791-794.

8. Dolmatova Yu.A., Shishkin G.I. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2011, №4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2011/566.

9. Fedorov I.M. Teoriya i raschet protsessa sushki vo vzveshennom sostoyanii [Theory and calculation of drying process in a suspended state]. M.; L.:Gosenergoizdat, 1955. 176 p.

10. Filippov V.A. Tekhnika i tekhnologiya sushki uglya [Technique and technology of coal drying]. M.: Nedra, 1975. 287 p.