Исследование гидродинамики в вихревой камере с дисмембратором Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 66.011

Б.С. Сажин, Л.М. Кочетов, Е.В. Отрубянников, М.Б. Сажина, В.Б. Сажин

Московский государственный текстильный университет им. А.Н.Косыгина, Москва, Россия Российский заочный институт текстильной и легкой промышленности, Москва, Россия Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ С ДИСМЕМБРАТОРОМ

В

ВИХРЕВОИ

КАМЕРЕ

Предложена гидродинамическая модель для вихревой камеры с дисмембратором. Выполнена конструкционная оптимизация пристеночной зоны аппарата. Проанализировано соответствие предложенных теоретических решений и экспериментальных данных, и рекомендована методика инженерного расчета времени пребывания материала в аппарате.

При сушке в дисковых вихревых аппаратах материалов с высокими аутогезион-ными свойствами необходимо вводить в рабочую область измельчающее устройство [1,2], например дисмембратор. Условно в дисковом вихревом аппарате с дисмембратором можно выделить три основные зоны: штифтовая, пристеночная и зона выноса. Штифтовая зона это область от места входа материала в аппарат до последнего ряда штифтов. Качественно поведению материала на любом кольцевом ряде штифтов соответствует ячейка идеального перемешивания. Соответственно штифтовая зона аппарата может быть описана как ряд последовательно соединенных ячеек идеального смешения [3]:

1

ґ

1 +

1 ті 8о р п Оп

У

где п - количество ячеек идеального смешения в штифтовой зоне.

(1)

Рис.1. Основные зоны в дисковом вихревом аппарате с дисмембратором

Для пристеночной зоны принята модель, которая состоит из последовательно - параллельно соединенных ячейки идеального смешение (2) и ячейки идеального вытеснения (3).

Ж (Р)

прист /

(2)

Оп

-Но,

Ж (Р) прист = еО (3)

В зоне выноса, которая располагается от верхней границы пристеночного слоя до выхода из аппарата, оказываются частицы, подвергшиеся разной степени дробления, и их размер определяется в соответствии с некоторой функцией распределения. Мелкие частицы выносятся из аппарата, а крупные возвращаются к началу пристеночного слоя. В результате гидродинамическая модель дополняется рециркуляционным потоком. Существуют частицы, которые достигают конечного размера уже в штифтовой зоне и проходят пристеночную зону в режиме пневмотранспорта (рис. 2).

Рис. 2. Схема гидродинамической модели для вихревого аппарата с дисмембратором

1

Передаточная функция для пристеночной зоны и зоны выноса, полученная из материального баланса, имеет вид:

(А - С)

Ж (Р)п =

ББ

(1 + V)

+ АБ +

(А - Б) Б

V

Б

А (А - Б)-СБ

(А - Б) С

1 + V

(4)

где: у =

ЪЯо

О (1 + А + Б + С - Б) ’ О (1 - А + Б - Б)

■Р, А - доля потока, проходящая

через пристеночную зону смешения, В - доля потока, проходящая через пристеночную зону вытеснения, С - доля потока, проходящая через зону рециркуляции, Б - доля потока, поступающая в зону вытеснения из пристеночной зоны смешения.

Передаточная функция всего аппарата определяется как произведение (1) и (4):

Ж(Р) = Ж(Р)шт ХЖ(Р)п (5)

Теоретические моменты определяются дифференцированием передаточной функции:

й] р(Л)

Щ =■

(6)

х=о

е

е

производящая функция: \^(А)шт = |еАт с(т) йт.

Экспериментальное исследование гидродинамики вихревой камеры с дис-мембратором проводилось на аппарате с диаметром ротора 160 мм (рис.3). Индикация материала осуществлялась путем увлажнения сухого материала в насыщенном растворе хромпика К2СГ2О7.

Рис. 3 Схема экспериментальной установки:

1- вихревая камера с дисмембратором, 2- шнековый питатель, 3- вентилятор, 4- калорифер, 5-

циклон, 6- фильтр, 7- водокольцевой насос

Сравнение кривых полученных в экспериментальных условиях с кривыми рассчитанными по (1) для штифтовой зоны, показало недостаточную согласованность, поэтому рекомендовано использование эмпирических зависимостей:

при ^ > 1 : Тшт =

У т>

(

1 + 5,2

Я

Л

0,57

м

V ср У

-0,56-

(7)

при < 1 : Тшт = 0,25

У I?

Гя -яV2Г^035Г Я ^аб2

я

0 У

Vтg У

М1

V сР

1 - 0,13 е

(8)

Предложенные уравнения (7) и (8) описывают экспериментальные точки с точностью 12% в пределах 0,2 < < 0,9 и 1,4 < < 5 соответственно.

р , Ук Ук

При экспериментальном исследовании гидродинамики в пристеночной зоне было обнаружено, что объем застойного материала в этой зоне (рис. 2) может достигать 30%, и не поддается строгому регулированию. В связи со сложностью учета объема зо-

зо

0

я

и

е

Т

ь

я

1,7

ны застоя материала, аппарат был модифицирован (в конструкцию пристеночной зоны были внесены изменения: скруглен переход цилиндрической части аппарата в торцевые стенки, на боковой стенке нанесены рифления).

Передаточная функция пристеночной зоны и зоны выноса модифицированного аппарата имеет вид:

т( т>\ - А + (1- А) е^

) _ (1 - 3?)(1 + В) - В(А - (1 - А)е¥? , (9)

где V =

Bg 0

J=

m2 g 0

A - доля потока, минующая зону вытеснения,

О0(1 - А)(1 + В) О0(1 + В)

B - доля рециркулирующего потока. Параметры этой модели определяются с помощью теоретических и экспериментальных моментов кривой отклика.

При исследованиях обнаружено, что существует некоторая максимальная производительность для каждого из материалов (при прочих равных параметрах процесса), при превышении которой резкого возрастает температура пристеночного слоя и расход мощности. Расход газа, производительность и количество материала в слое при этом условии были названы критическими. Для их определения были получены следующие выражения:

gкр = кРм (1 -Ю^ (Rl - RA2)

V

р. з.

\0’33/ \

> ! и

0,68

aR

V U кр J

aR

(10)

e

(7’4-102)( p

GKp = 1,08. 103 gКр e

aR 2

Р м

(11)

0,38

Уравнения (10) и (11) позволяют определить среднее время пребывания материала в

пристеночнои зоне.

Г=

пр

е

кр

G

e

\0,5

(12)

Предложенные зависимости позволяют определить время пребывания частиц в каждоИ зоне аппарата, и, что особенно важно, необходимые конструктивные параметры аппарата для обеспечения требуемого времени пребывания материала в аппарате, обеспечивающего получение готового продукта нужного качества.

Список литературы

1. Sazhin, B.S. Scientific Principles of Drying Technology/ B.S.Sazhin and V.B. Sazhin.-New York- Connecticut- Walingford ( U.K).: Begell Hause Inc.- 2007.- 506 p.

2. Сажин, Б.С. Аппараты для совмещения сушки с другими технологическими процессами/ Б.С.Сажин, А.А.Корягин, Л.Л.Павловский.- М.: НИИТЭхим.- 1971.- 67 с.

3. Сажин, В.Б. Сушка в закрученных потоках: теория, расчет технические решения / В.Б.Сажин, М.Б.Сажина.-М.: РосЗИТЛП.- 2001. - 324 с.