CC BY
8
и, МПа
3
2,75 2,5 2,25 2
1,75 1,5 1,25 1
0,75 0,5
Л W=12% W-17%
ч\ \ W-22% W-27%
\ ч
ч
\ — — — - -
1
01 23456789 т, год.
Рис. 1. Po3paxyHKoei upuei довгочасного опору деревини сосни температурою Т=20 °Ста вологктю W, випробовувано'1 нарозтягу тангентальному напрямi
деформування
Лггература
1. Поберейко Б.П. Анашз критерив мщносп деревини та ашзотропних катлярно-по-ристих мaтерiaлiв// Наук. вюник УкрДЛТУ: Зб. наук.-техн. праць. - Львiв: УкрДЛТУ. - 2005, вип. 15.3 - С. 138-148.
2. Леонтьев Н.Л. Длительное сопротивление древесины. - М.: Гослесбумиздат, 1957. -
132 с.
3. Хухрянский П.Н. Прочность древесины. - М.: Гослесбумиздат, 1955. - 152 с.
4. Белянкин Ф.П., Яценко В.Ф. Деформативность и сопротивляемость древесины как упруго-вязко-пластического тела. - К.: Изд-во АН УССР, 1957.
5. Соколовський Я.1., Поберейко Б.П. Дослщження граничного напружено-деформiв-ного стану деревини у процес сушшня// Доповщ НАН Украши, сер. Мехашка, 2006. Подано у друк.
6. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. В 10-ти т, т.УП. Теория упругости: Учеб. пособие.- 4-е изд. - М.: Наука, 1987. - 248 с.
7. Поберейко Б.П. Розробка термодинaмiчного критер^ мщносп деревини// Наук. вюник УкрДЛТУ: Зб. наук.-техн. праць. - Львiв: УкрДЛТУ. - 2005, вип. 15.4. - С. 186-193.
8. Поберейко Б.П. ¡дентифшащя нaпружено-деформiвного стану деревини iз змшним во-логовмютом. - Дис.... канд. тех. наук: 05.05.07 - Машини та процеси лювничого комплексу.
9. Бленд Д. Теория линейной вязкоупругости (перевод с англ.). - М.: Мир, 1965. - 156 с.
10. Поберейко Б.П. Визначення короткочасно! деревини// Наук. вюник УкрДЛТУ: Зб. наук.-техн. праць. - Львiв: УкрДЛТУ. - 2006, вип. 16.2 - С. 73-77.
УДК 66.047 Проф. Я.М. Ханик, д-р техн. наук; тж. О.В. Сташслаечук, канд. техн. наук; доц. В.П. Дулеба - НУ "Львiвська nолiтехнiка"
К1НЕТИКА КОНВЕКТИВНОГО ТА КОНВЕКТИВНО-КОНДУКТИВНОГО СУШ1ННЯ МЕТАТИТАНОВО1 КИСЛОТИ (МТК)
Наводяться результати розрахунюв кшетики конвективного та конвективно-кондуктивного сушшня МТК, а саме: визначення показниюв степешв критер^ по-дiбностi та коефiцieнта пропорцiйностi у критерiальному рiвняннi для розрахунку коефщента масовiддачi у першому перiодi, швидкосп сушiння, тривалостi першого та другого перюду, а також часу сушшня загалом.
Prof. Ya.M. Khanyk; eng. O. V. Stanislavchuk; doc. V.P. Duleba-NU "L'vivs'kaPolitekhnika"
Convective and convective-contact kinetic of drying the metatitanium acid
In entry presentation the result consideration of kinetic the convective and convecti-ve-contact drying metatitanium acid in the first and second period: determination of proportionate coefficient and position a Ma power of similarity criterion in the criterion Ma equation for consideration of the massdevotion coefficient and speed of drying in the first period, durability of the first and second period and the time of drying on the whole.
Постановка питання. XiMi4Ha промисловють належить до найбшьш енергомютких галузей промисловост Украши, яка споживае понад 8 % ycix паливно-енергетичних ресурЫв краши, призначених для виробничо-експлу-атацiйних потреб. Природний газ серед шших енергоноснв мае основну питому вагу у вартост хiмiчноl продукцн, структурна частка якого в галузево-му енергоспоживанш е бiльшою нiж 50 %. Енергетична частка у собiвартостi бшьшосп видiв продукцн становить вщ 40 до 85 %. Вщповщно, достатньо високою е енергомiсткiсть галузевого товарного виробництва, яка визначае цшову конкурентоспроможнiсть галузево! продукцн.
Для створення сучасного високоефективного хiмiчного комплексу на основах енергозбереження, конкурентоспроможност i еколопчно! безпеки розроблено "Заходи щодо ре^заци "Концепцн розвитку хiмiчноl промисло-вост Украши до 2010 року"", де основна увага надаеться тим виробництвам, що визначають рiвень енергоспоживання всього хiмiчного комплексу, до яких належить виробництво дюксиду титану [1].
Аналiз останнiх джерел лiтератури. Метатитанова кислота е промiж-ним продуктом у виробницга такого необхiдного для багатьох галузей виробництва продукту як шгментний дюксид титану. Висока термостшюсть, диспер-снiсть i хiмiчна шертшсть цього матерiалу забезпечили його широке викорис-тання у лакофарбовiй промисловосп, а також у виробництвi пластичних мас, ль нолеуму i штучного волокна, перлону i вiскозного шовку, найвищих сортiв бшо-го паперу, Гумових виробiв, пудри, кремiв та шших косметичних продуктiв [2].
Однак виробництво цього продукту е дуже енергомютким, особливо на стадн розкладу МТК до дiоксиду титану в обертовш печi за температури 930 °С, в яку пастоподiбна дуже рiзнодисперсна МТК подаеться з барабанного вакуум-фшьтру з волопстю 55-60 % i перебувае там до 14 годин [2]. Як теплоносш використовують природний газ, витрата якого становить 180 000 м3/год (за даними ЗАТ "Кримський ТИТАН"). Тобто значна частина теплово1 енергн використовуеться на випаровування вологи, а не на здшснен-ня розкладу МТК. Тому збшьшення продуктивностi печi за рахунок ефектив-ного ll використання е важливою задачею, яку можна виршити включенням у технолопчну схему виробництва стадн сушiння МТК перед стадiею ll розкладу, з використанням як теплоноЫя вторинних енергоресурЫв.
Аналiз лiтературних джерел показав, що процес сушшня такого пасто-подiбного продукту, як МТК до цього часу не дослщжувався. На деяких ви-робництвах проводяться спроби тдсушування МТК на стрiчкових сушарках, пiд час яких виникае багато проблем, пов'язаних iз вiдсутнiстю наукових дос-лiджень у цьому напрямку.
Результати дослщжень. Нами проведено дослiдження кшетики конвективного i конвективно-кондуктивного сушшня пастоподiбноl МТК за змшно! висоти шару матерiалу, температури i швидкост теплоносiя. На рис. 1-3 наведено графiчнi залежностi кiнетичних кривих конвективного сушшня МТК, як характеры наявнiстю першого та другого перiодiв сушiння. 160^----- 160
^е, % I Wc, %
120
80
40
120
80
40
0 5000 10000 15000 20000 25
Т, С
Рис. 1. Шнетика конвективного сушшня МТК за температури теплоноЫя 100 °С, швидкостi 4,2 м/с i змтноХ висоти шару матерiалу: 1 - 2-10-3 м; 2 - 5-10 м; 3 - 8-10м
0 10000 20000 30С
т , с
Рис. 2. Ктетика конвективного сушшня
МТК за температури теплоноЫя 100 °С, висоти шару мат^алу 510-3 м i змтноХ швидкост1 теплоноЫя:
1 - 4,2 м/с; 2 - 3,6 м/с; 3 - 2,4 м/с
—3
Пщ час до^дження встановлено, що зростання висоти шару вщ 2-10 м
_3
до 8-10 м (у 4 рази) спричиняе збшьшення тривалосп сушшня вщ 3800 с до 22200 с (у 5,84 раза) (рис. 1). У разi зменшення швидкост теплоношя вщ 4,2 м/с до 2,4 м/с (у 1,75 раза) тривалють процесу зростае 7200 с до 29400 с (у 4,1 раза) (рис. 2). 1з збшьшенням температури теплоношя вщ 60 °С до 100 °С (у 1,67 раза) час сушшня зменшуеться вщ 19900 с до 7200 с (у 2,76 раза) (рис. 3).
Для узагальнення першого перюду сушшня нами використано крите-рiальну залежшсть, яка отримана з диференцiального рiвняння конвективного тепломасообмiну [3, 4]:
Ш =/(Яв; Рг'; Ои; Ог; Но; Гь Г2; Г3; ...), (1)
де: ИЩ - дифузiйний критерiй подiбностi Нусельта; Яв - критерiй подiбностi Рейнольдса; РГ - дифузiйний критерш подiбностi Прандтля; Ои - критерш подiбностi Гухмана; Ог - критерш подiбностi Грасгофа; Но - критерш гомох-ронностi; Г1, Г2, Г3 - геометричнi симплекси.
Враховуючи те, що маемо справу з процесом, на який не впливають сили тяжшня i нестацiонарнiсть протiкання, визначальний критерiй Ки' зале-жить загалом вiд критерив Яв, Рг', Ои та геометричних симплекЫв i в роз-горнутому виглядi вираз (1) можна записати:
\т Г - \п Г Т _ т \к г
-¿Г 1 м
в
В
= А ■
а
■Р
V
V
р В
Тс
V к у
(2)
де: в - коефiцiент масовщдач^ м/с; 1 - довжина шару матерiалу, м; В - коефь
2
цiент дифузп, м /с; А - коефщент пропорцiйностi; ш - швидкiсть теплоносiя,
0
0
3
м/с; р - густина теплоносiя, кг/м ; л - динамiчний коефщент в,язкостi тепло-носiя, Па-с; Тс - температура середовища, °К; Тм - температура мокрого термометра, °К; к - висота шару матерiалу, м; т, п, к, ^ - показники степешв критерий подiбностi.
Експериментальнi значення критерiю Ип' нами отримано за залежнiстю [3]
в-1 3
Ип'
В В
I
(Рп - Рс )
(3)
де: 3 - штенсившсть процесу випаровування з поверхш матерiалу, кг/(м -с);
2
(рп - Рс) - рiзниця парщальних тискiв, Н/м .
Використовуючи загальну форму критерiального рiвняння (2) i одер-жанi значення Нусельта Ип', за рiвнянням (3) нами отримано конкретну кри-терiальну залежшсть для конвективного сушiння МТК
ИП = 2,399 -10-21 - Яв 3 - Рг3'313 - Оп
,-0,218
к
(4)
яке дае змогу розрахувати коефщент масовiддачi, а вщтак швидкiсть сушш-ня у першому перiодi до досягнення критично! вологост^ що приблизно до-рiвнюе (залежно вiд температури) Жкр = 35,99 - 47,09 % з достатньою точшстю для шженерних розрахункiв. Зютавлення розрахункових та експерименталь-них значень коефщента масовiддачi в показано на рис. 4, вщносна похибка не перевищуе 16 %.
Рекспер.' 10?, м/с
Рис. 3. Кшетика конвективного сушшня Рис. 4. З^тавлення розрахункових та МТК за висоти шару матерiалу 5-10-3 м, експериментальних значень в швидкост1 теплоноЫя 4,2 м/с i змтноХ температури теплоноЫя:
1 - 100 °С; 2 - 80 °С; 3 - 60 °С
На рис. 4 спостер^аеться вщхилення одте! точки вщ прямо!', що вщ-повщае сушiнню за швидкост теплоносiя 2,4 м/с (Яв = 14313). Це пояс-нюеться тим, що критерiальне рiвняння (2), яке було прийнято за основу, е дшсним для значень критерш Рейнольдса, що не е меншими за 18000 [4].
Характеристикою кшетики першого перiоду сушiння е швидкiсть су-шiння Ы, яка визначаеться як тангенс кута нахилу прямо! дшянки кiнетичних кривих (рис. 1-3), що вiдповiдае першому перюду сушiння. Отриманi значен-ня N шдтверджують залежнiсть швидкостi сушiння вщ параметрiв процесу та шару матерiалу, а також спостерiгаеться певна залежшсть N вiд тривалостi першого перюду ткр, яку показано на рис. 5 i яка описуеться рiвнянням:
т = -0,815
i кр 1
N
15,6958
(5)
0.10
N , %/c 0.08
0.06
0.04
0.02
0.00
Рис. 5. Залежшсть швидкост1 сушшня N у першому nepiodi eid ткр
2000
4000
6000 8000 Т кр., С
Визначення критично! вологостi та часу сушшня у першому перiодi здшснювали графоаналiтичним методом, запропонованим А.В. Ликовим [3]. У результат узагальнень також визначено коефщенти сушiння К та вщнос-ний коефщент сушiння х i встановлено залежнiсть критично! вологост вiд температури теплоносiя. На основi отриманих результатiв рiвняння для кшь-кiсного розрахунку кiнетики конвективного сушшня МТК у другому перiодi матиме вигляд:
W - WP = ^-0,0158 • N(т-тр)
Wkp - Wp
(6)
де: Ж - змшна вологiсть матерiалу, %; Жр - рiвноважна волопсть, %; Жкр -наведена критична волопсть, %; К - коефщент сушшня, с-1; х - вщносний коефiцiент сушiння, 1/%; ткр - тривалють сушiння у першому перюд^ с; т -
змiнний час сушшня, с.
Використовуючи рiвняння (5) i (6) запишемо вираз для визначення тривалостi конвективного сушiння МТК загалом:
т = Т1 + Т2
-0,815 .
N
15,6958
+
1
■■in
W - Wp
0,0158 ■ N Wkp - W
(7)
де т1 i т2 - вщповщно тривалiсть першого i другого перюдiв сушiння, с.
На рис. 6-8 наведено кшетичш кривi, отримаш в результатi дослщ-жень кшетики конвективно-кондуктивного сушiння МТК за змшно! висоти
0
шару MaTepiany (рис. 6), 3mïhhoï швидкостi теплоноЫя (рис. 7) та змшно1 температури (рис. 8).
160
Wc, % 120
80
40
160
Wc, % 120
80
40
4000
8000
12000
160 Т , С
Рис. 6. Кшетика конвективно-кондуктивного сушшня МТК за температури теплоноЫя 100 °С, швидкост! 4,2 м/с i змшно1 висоти
шару матерiалу: 1 - 2-103 м; 2 - 5-103 м; 3 - 8-103 м
5000
Рис. 7. Шнетика конвективно-кондуктивного сушшня МТК за температури теплоноЫя 100 °С, висоти шару матерiалу 510-3 м i змшно'1 швидкостi теплоноЫя: 1 - 4,2 м/с; 2 - 3,6 м/с; 3 - 2,4 м/с
л-3
Пщ час дослщження встановлено, що зростання висоти шару вщ 2-10 м
_3
до 8-10 м (у 4 рази) спричиняе збшьшення тривалост сушшня вщ 3600 с до 15200 с (у 4,22 раза) (рис. 6). У paзi зменшення швидкост теплоношя вщ 4,2 м/с до 2,4 м/с (у 1,75 раза) тривашсть процесу зростае 6200 с до 20600 с (у 3,32 раза) (рис. 7). 1з збшьшенням температури теплоношя вщ 60 °С до 100 °С (у 1,67 раза) час сушшня зменшуеться вщ 10700 с до 3600 с (у 2,97 раза) (рис. 8).
160
Wc, %
120
80
40
Рис. 8. Кшетика конвективно-кондуктивного сушшня МТК за висоти шару матерiалу 510-3 м, швидкостi теплоноЫя 4,2 м/с i змшно'1 температури теплоноЫя:
1 - 100 °С;
2 - 80 °С;
3 - 60 °С
3000
9000
12000
Т , С
Використовуючи загальну форму кpитepiaльного piвняння (2) i одержат за piвнянням (3) значення Нуссельта, нами розраховано коефщент А i показники степешв критерпв подiбностi та отримано конкретну кpитepiaльнy залежшсть:
Г п\
0,087
Nu' = 1,41 • 10-18 • Re3'911 • Pr3'5 • Gu
3,977
,3,5
,1,795
h
(8)
\n j
0
0
0
яке дае змогу розрахувати коефщент масовщдач^ а вiдтак швидкiсть сушiння у першому перiодi до досягнення критично! вологост Жкр = 36,51...44,84 % (залежно вiд температури). Вiдносна похибка зютавлення розрахункових та експериментальних значень коефщенту масовiддачi в не перевищуе 16 %.
Отриманi значення швидкост конвективно-кондуктивного сушiння Ы, методом, описаним вище, шдтверджують залежнiсть швидкостi сушшня вiд параметрiв процесу та геометричних параметрiв шару матерiалу. Залежнiсть N вщ ткр аналогiчна до показано! на рис. 5 i описуеться рiвнянням:
Т = -0,579 1 кр '
N
3,11041
(9)
У результатi узагальнень визначено коефщент сушiння К, критичну вологiсть Жкр та вiдносний коефiцiент сушiння На основi здiйснених узагальнень запишемо рiвняння для кiлькiсного розрахунку кшетики конвективно-кондуктивного сушiння МТК у другому перюда:
Ж - Жр Жкп - Жр
-0,0238• N •(т-ткр)
(10)
кр " р
На основi рiвнянь (9) i (10) запишемо вираз для визначення тривалост сушшня МТК конвективно-кондуктивним методом:
1
т = Т1 + Т2
-0,579.
N
3,11041
Ж - Жр
+-----1и-—. (7)
0,0238 • N Жкр - Жр
На рис. 9. наведено порiвняння кшетичних кривих сушшня МТК кон-вективним i конвективно-кондуктивним методами за змiнно! висоти шару ма-
_3
терiалу. Рiзниця мiж кривими 1 i 2 за И = 2-10 м е меншою шж мiж кривими
_3
3 i 4 за И = 8-10 м), тобто, iз збiльшенням висоти шару рiзниця мiж кривими сушшня зростае.
160
¥с, %
120
80
40
Рис. 9. Порiвняння кшетичних кривих конвективного (кривi 2 i 4)
та конвективно-кондуктивного (кривi 1 i 3) сушшня МТК за температури 100 °С, швидкост1 теплоноЫя 4,2 м/с та змшноХ висоти
шару матерiалу: 1, 2 _ 2-103 м; 3, 4 _ 8-103 м
5000
10000
15000
20000
25000
Т , с
Порiвняння кшетичних кривих, отриманих у результат сушшня цими методами за змшних швидкост та температури теплоноЫя е щентичним до наведеного на рис. 9.
е
0
0
На основi результатiв дослiджень та узагальнень кшетики двох мето-дiв сушiння МТК можна зробити висновок про те, що конвективно-кондук-тивний метод для такого пастоподiбного матерiалу е ефектившшим. Чим бiльша висота шару матерiалу (рис. 9), менша температура i швидкiсть тепло-носiя, тим це помггшше. Розрахованi нами кiнетичнi показники дають мож-ливiсть прогнозувати процес конвективного та конвективно-кондуктивного сушшня МТК, визначити бшьш придатний метод для сушшня цього пастопо-дiбного матерiалу, оптимальнi режими здiйснення процесу, на основi чого зменшити енергомiсткiсть та собiвартiсть готового продукту.
Л1тература
1. А.П. Филонов. Мероприятия по реализации "Концепции развития химической промышленности Украины"// Х1м1чна промисловють Украши: Наук.-виробн. журнал, 2002, № 1. - С. 3-6.
2. Хазин Л.Г. Двуокись титана. Изд. 2-е, пер. доп. - М.: Изд-во "Химия", 1970. - 176 с.
3. Лыков А.В. Теория сушки. - М.: Энергия, 1968. - 472 с.
4. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1971. - 784 с. _
УДК 674.05.055 Проф. В.В. Шостак, д-р техн. наук;
магктрант Р.Р. Климаш - НЛТУ Украти
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ1 ЩОДО ВПЛИВУ М1СЦЯ РОЗМ1ЩЕННЯ ВЕНТИЛЯТОРА В МЕРЕЖ1 НА ЙОГО АЕРОДИНАМ1ЧН1
ХАРАКТЕРИСТИКИ
Поставлено питания щодо можливосп юнування оптимального розмщення вентилятора в мережа Описано експериментальну установку для дослщження аеро-динамiчних характеристик вентилятора, а також дослщження його мюця розмщен-ня. За результатами експерименпв побудовано характеристику дросель-клапана та аеродинамiчна характеристику вентилятора.
Prof. V.V. Shostak; masterR.R. Klymash -NUFWTof Ukraine
Raising of task about research of influencing of place of placing of ventilator in a network on his aerodynamic descriptions
A question is put on relation to possibility of existence of the optimum placing of ventilator in a network. The experimental setting is described for research of aerodynamic descriptions of ventilator, and also research of his place of placing. Built description of throttle-valve and aerodynamic of ventilator by experimental results.
У деревообробнш, льонопереробнш, цементнш, текстильнш галузях промисловост широко розповсюджеш асшрацшш пов1троочисш системи (АПС), що вщзначаються простотою конструкций надшшстю в робот та ш-шими позитивними якостями. Проте переваги цих систем знецшюються таким основним недолжом, як велик енергозатрати на асшрацда i очищення повггря. На сьогодш склалася ситуащя, коли на аспiрацiю повiтря вщ облад-нання використовуеться до 50 % загально! кiлькостi електроенерги, що спо-живаеться пiдприемством [1]. У робот [2], а також в шших джерелах [3, 4]
