CC BY
23
УДК 664.661.12.021.3
Бшонога Ю.Л., д.т.н., професор © (yuriy_bilonoha@ukr.net) Лъв\всъкий нацюналънийутеерситет еетеринарногмедицини та бютехнологт
Iмет С.З.Гжицъкого
ОПТИМ13АЦ1Я ПАРАМЕТР1В ПСЕВДОЗРЩЖЕНОГО ШАРУ В СИСТЕМ1 ТВЕРДЕ Т1ЛО - ГАЗ (ТТ-Г)
Визначет прюритетш шляхи оптим1зацп параметр1в псевдозр1дженого шару в систем! тверде тмо - газ (повтря) з урахуванням поверхневог енергп твердого тыа. Подано алгоритм розрахунку оптималъних параметр1в роботи граттацтног сушарки з псевдозргдженим шаром в систем! тверде тыо -повтря.
Ключое1 слова: псевдозргджении шар, приграничний ламтарний шар, поверхнева енерг1я, комп'ютерний експеримент.
Вступ. Рашше нами запропонований алгоритм оптим1зацп псевдозрщженого шару в систем! тверде тшо - рщина [1]. Псевдозрщжений шар юнуе в досить широкому д1апазош м1ж точками К \ В криво! псевдозрщження. На основ! багатьох експеримешгв [2] вщомо, що оптимальна швидюсть подач1 середовища в систем! тверде тшо - пов1тря в псевдозрщженому шар1 вщповщае емтричному сшввщношенню 1:
Р - Аг (1)
Реопт. _ ~ . __ Г1Г (1)
18 + 5,22л/Аг
де Аг - число Арх1меда.
3 агальновщом1 формули для визначення т. К \ В, тобто початку \ юнця виникнення псевдозрщженого шару 2:
а) Яек =-Аг .— б) Яев =-(2)
1400 + 5,22л/ Аг 18+0,575/АТ
1нтервал м1ж значениями Яек I Яев досить широкий. Для значения числа Арх1меда Аг « 600; Яек = 0,39; Яев = 18,7; Тобто, верхня критична швидюсть подач1 середовища для кнування псевдозрщженого шару зернистого матер1алу бшьша вщ нижньо! майже у 50 раз1в. При цьому вщом1 значения числа Арх1меда, тобто ф1зичш характеристики середовища, де проходить процес псевдозрщження (коефшдент динам1чно! в'язкост1 р,, густина рс), густина твердо1 фази рч, а також середнш д1аметр частинок подр1бнено! сировини ё. Д1аметр подр1бнено! сировини входить в число Арх1меда у степеш 3, тобто цей фактор е домшуючим. Оптим1защя параметр1в псевдозрщженого шару в систем! ТТ - Г повинна бути пов'язана з вибором оптимального среднього д1аметра подр1бнено! твердо1 фази 1 з урахуванням ф1зичних характеристик середовища.
© Бшонога Ю.Л., 2013
7
Мета дано! роботи - показати оптимальш значения критерш Рейнольдса в псевдозрщженому шар1 в систем! тверде тшо - пов1тря, тобто оптимальнну швидюсть подач1 гарячого пов1тря в сушарки з псевдозрщженим шаром, за яко! маемо максимальну штенсившсть процесу сушшня у грав1тацшних сушарках з мммальними енергетичними витратами
Матер1али 1 методи. В щеальних умовах тверда частника в псевдозрщженому шар1 перебувае в сташ невагомостг Пот1к иовпря, що рухаеться навколо частники за перехщного (П) чи турбулентного (Т) режиму, омиваючи И, формуе приграничний ламшарний шар (ПЛШ) [3]. Якщо користуватися формулою 1 для можливост1 оптим1заци процесу псевдозрщження в систем! ТТ-Г, то необхщно знати оитимальне число Арх1меда. Ф1зичш характеристики пов1тря, яю входять в число Арх1меда, задаються автоматично. Однак, домшуючий параметр числа Арх1меда е середнш д1аметр подр1бнення сировини в сушарщ, який е невщомим.
Методом анал1зу розм1рностей та методом комп'ютерного експерименту нами [4, 5] виведений параметр оптим1заци для дифузшних процеЫв, зокрема грав1тацшного сушшня у псевдозрщженому шарг Використовуючи параметр оптим1заци В, показано, що оптимальш параметри ЛПШ, зокрема середня оптимальна товщина ЛПШ 50ПТ., що виникае при осадженш подр1бнено! частники з оптимальним д1аметром ё0Пт, будуть розраховуватися за р1вшстю 3 [4, 5].
5опт.= з
д2 ........(3)
g(fl! " fh )fh
У псевдозрщженому mapi визначальним е число Арх1меда, то параметр оптим1заци В може бути застосований для розрахунку оптимальних його параметр1в у систем! ТТ - Г для грав1тацшного сушшня [4, 5] (4).
В=3,07 • .
V
( о-cos • в)3 ■ PC (4)
^4g(Aj - )
KpiM цього, може бути використане сшввщношення 5 для розрахунку оптимального середнього д1аметра подр1бнення сировини за грав1тацшного сушшня в псевдозрщженому mapi.
d°ПТ' ~ ^Агопт. (5)
юпт \.
де рч,, рс - густина подр1бнено! та суцщьно! фаз вщповщно, кг/м3; g -прискорення вшьного иадшня, м/с2; о- поверхнева енерпя подр1бнено1 сировини, Дж/м2; р, - коефщент динам1чно! в'язкост1 пов1тря, Пас; cos 9 -гщрофшьшсть поверхн1 подр1бнено1 фази; donT.- оитимальне значения середнього д1аметра подр1бнено! сировини, м; 5опт, оптимальш значения товщини ПЛШ за осадження частники в пол1 грав1тацшних сил; м; Агопт., -оптимальш значения числа Арх1меда для грав1тацшного осадження.
8
Сшввщношення (5) для шших, не оптимальних значень, не справджуються. Вщомо, що в умовах псевдозрщженого шару актив1зуються вЫ тепломасообмшш процеси за рахунок того, що в даних умовах суттево зростае фактична площа контакту суцшьно! та подр1бнено! твердо1 чи дисперговано! рщко! фаз. Важливо показати оптимальний д1апазон значень чисел Рейнольдса в псевдозрщженому шар1, при яких маемо максимальну штенсившсть процесу сушшня за мш1мальних енергетичних витрат. Такий процес оптим1заци можна зробити, використавши параметр В. Виходячи з вищесказаного, нами розраховаш параметри оптим1заци В, оптимальш середш д1аметри подр1бнення сировини, оптимальш товщини ЛПШ, точки початку кнування псевдорщженого шару Яек, оптимальш числа Арх1меда для умов (Табл. 2), де сушильним агентом виступае пов1тря в д1апазош температур (20 - 300)оС, а тверда частинка мае густину рч = 2000 кг/м3 I значения поверхнево! енерги о = 0,2 Дж/м2.
Ф1зичш характеристики пов1тря зведеш в таблицю 1. 3 наведених даних бачимо, що з пщвищенням температури пов1тря вщ 20 до 300 °С параметр оптим1заци В зменшуеться вщ 380 до 219.
Таблиця 1
Фйнчш характеристики повггря_
Температура, 1, 0С Густина, р , кг/м3 Коефщент динам1чно! в'язкосп, д.10-5 Па.с
20 1,205 1,81
40 1,128 1,91
60 1,060 2,01
80 1,000 2,11
100 0,946 2,19
150 0,815 2,45
200 0,746 2,60
250 0,674 2,84
300 0,615 2,97
400 0,524 3,30
Вщповщно, оптимальний середнш д1аметр подр1бнення сировини зростае вщ 1,4 мм. до 1,87 мм., а оптимальна товщина ЛПШ вщ 0,024 до 0,042 мм. Разом з тим, точка виникнення псевдозрщженого шару в систем! тверда частинка - гаряче повпря зменшуеться вщ 52,8 до 30,5. Максимальне падшня числаРейнольдса в т. К спостер1гаеться в д1апазош температур (100-150) 0С. Це I буде найбшьш оптимальна температура висушування, оскшьки дал1 падшня числа Рейнольдса в т. К е не значним. Мале значения числа Рейнольдса в т. К забезпечуе мш1мальш енерговитрати на висушування в псевдозрщженому шарг За температури 150°С нами розраховане число Рейнольдса в юнщ юнування псевдозрщженого шару за сшввщношенням (26), тобто значения:
т?а - Аг 123369
кев =-1= =--= 560.
18 + 0,575л/Аг 18 + 0,57^123369 Як бачимо,наш1 дослщження добре узгоджуються з л1тературними даними.
9
Таблиця 2
Оптимальш параметри псевдозрщженого шару в систем! тверда частника -__ повггря залежно вщ температури _
Температура, °С Параметр оптишзаци, В з (4) 'Я И 'а н ■ я к а о й <и « & к , з И в ч | е Я К £ « и <ц О Рч '3 'а <и я N м СЗ М ^ § ^ < я О Оптимальна товщина ЛПШ з (3),5опт., мм е- £ <и о § ^ я § 3 ч и ^ й § я ! ^ я О о я « о Й ^ § & | § я о & в * ¡Г.З <М Я со а 1 |-н Ш К ^ г° и н а
20 380 760 195915 0,024 1,4 52,8
40 358 716 180529 0,0255 1,44 49,9
60 340 680 167770 0,0269 1,48 47,4
80 323 646 156032 0,0283 1,52 45
100 309 618 146852 0,0295 1,56 43,2
150 273 546 123369 0,0335 1,67 38,1
200 255 510 111990 0,0359 1,73 35,6
250 232 464 98363 0,0393 1,81 32,4
300 219 438 90572 0,0416 1,87 30,5
Висновки. На основ! пор1вняння результат дослщжень л1тературних джерел та власних показано важливють використання параметра В для оптим1заци режим1в исевдозрщженого шару в систем! ТТ-Г за роботи грав1тацшних сушарок. Головними параметрами оитим1заци визнано температуру подач1 конвективного гарячого пов1тря в сушарку з исевдозрщженим шаром та середнш д1аметр иодр1бнення сировини перед процесом сушшня. Розраховано оптимальну температуру конвективного пов1тря на вход1 в сушарку, що становить (130 - 150) 0С. При цьому середнш д1аметр подр1бнення сировини становить
¿опт., ~ 1,7 мм за густини рч = 2000 кг/м3. Оптимальне значения числа Рейнольдса при подач1 гарячого пов1тря у грав1тацшну сушарку, що знайдене нами на основ! власних дослщжень з використанням параметра оптим1заци В вписуеться в д1апазон юнування исевдозрщженого шару, що отриманий за використання нами загальновщомих емтричних сшввщношень (2 а,б).
Л1тература
1. Бшонога Ю.Л. Оитим1защя параметр1в псевдозрщженого шару в систем! тверде тшо - рщина[Текст]/ Ю.Л. Бшонога, М.1. Пашечко, Б.Р. Цдж // Холодильна техшка 1 технолопя.- 2005.- №1 - С.69 - 76.
2. Аэров М.Э. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем [Текст]/ М.Э. Аэров., О.М. Тодес. -Л.: Химия, 1968.- 510 с.
10
3. Бшонога Ю.Л. Про доцшьшсть розгляду гщромехашчних ироцеав з урахуванням сил поверхневого натягу на границ! контакту тверде тшо-рщина [Текст] Лнтегроваш технолог!! та енергозбереження.-2006.-№2.-С. 56 - 64.
4. Бшонога Ю.Л. Оптим1защя параметр1в подр1бнення твердо1 сировини шд час розчинення та екстракци в иол1 грав1тацшних або вщцентрових сил [Текст] / В1сник НУ "Льв1вська иол1техшка"Оитим1защя виробничих процеЫв i техшчний контроль у машинобудуванш та ириладобудуванш. - 2004. - № 515.-С. 104 - 116.
5. Бшонога Ю.Л. Критерш оптим1заци грав1тацшного ироцесу екстракци в систем! тверде тшо-рщина або рщина-рщина [Текст]/Ю.Л. Бшонога, Д.М. Бшонога // Вюник НУ "Льв1вська иол1техшка" Оитим1защя виробничих ироцеав i техшчний контроль у машинобудуванш та ириладобудуванш.-2003.-№ 480.- С.3-6.
Summary Bilonoha Y.
OPTIMIZATION OF PARAMETERS IN THE FLUIDIZED BED SOLID -
GAS (CT-D)
Priority ways to optimize the parameters of the fluidized bed in the system solid - gas (air) based on the surface energy of solids. Posted algorithm of optimum parameters of the gravitational fluidized bed dryers are already solid - air.
Key words: fluidized bed, near-boundary layer is laminar, surface energy, komp'yuternoyy experiment.
Рецензент - к.ф.-м.н., професор Федишин Я. I.
11
