Основные проблемы сушки дисперсных материалов, научно-практический анализ и решение Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 66.047.75

Б.С. Сажин, В.Б. Сажин 1

Московский государственный текстильный университет им. А.Н. Косыгина, Москва, Россия Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева. Москва, Россия

ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СУШКИ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ, НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И РЕШЕНИЕ

В рамках предложенной авторами стратегии выбора оптимального аппаратурно-технологического оформления процесса сушки конкретного материала, включающей комплексный анализ материала как объекта сушки; определение типа сушилки на основе комплексного анализа и имеющихся классификаций сушильных аппаратов; определение оптимального режима сушки с учетом технологических требований к качеству высушенного продукта; расчет аппарата с учетом требуемой производительности; обеспечение экологической и производственной безопасности технологического процесса; экономический расчет, дан анализ адгезионно-аутогезионных характеристик, разработана комплексная классификация материалов как объектов сушки с выходом на конструктивное оформление сушильных установок (с учетом вспомогательной аппаратуры), обосновано определение времени сушки, рекомендован порядок выбора сушильных аппаратов для дисперсных материалов на основе комплексного анализа материала как объекта сушки с использованием разработанных авторами классификационной таблицы и расчетной номограммы. Предложен рациональный состав и коды сушильных установок для всех классов влажных дисперсных материалов, что позволяет при сокращении материально-технических затрат существенно ускорить разработку технологического и конструктивного оформления ресурсно - и энергетически эффективных и экологичных установок для сушки дисперсных материалов.

Сушке в дисперсном и диспергируемом состоянии подвергаются более 85% подлежащих сушке материалов во всех отраслях промышленности, включая топливно-энергетический и аграрно-промышленный комплексы [1,2]. Так как сушка является самым энергоемким из всех технологических процессов, особое внимание при выборе типа сушильного аппарата следует уделять энергетическим показателям аппарата [3]. При этом наиболее эффективным инструментом является эксергетический анализ, позволяющий кроме всего прочего вскрыть слабые стороны аппаратурно-технологического оформления процесса и имеющиеся резервы экономии энергетических затрат, включая гидравлические потери [4,5]. Разработка оптимальных технических решений и технологических режимов сушки должна быть связана с максимальной эффективностью процесса, которая долгое время связывалась только с интенсивностью. На современном этапе развития науки и техники с учетом экономики и потребностей рынка необходимо в понятие эффективности включить четыре основных показателя: интенсивность, экономичность, качество получаемого продукта и безопасность (в том числе экологическую и производственную) [6].

Стратегия выбора оптимального аппаратурно-технологического оформления процесса сушки конкретного материала должна включать шесть основных этапов: 1) комплексный анализ материала как объекта сушки; 2) определение типа сушилки на основе комплексного анализа и имеющихся классификаций сушильных аппаратов; 3) определение оптимального режима сушки с учетом технологических требований к качеству высушенного продукта; 4) расчет аппарата с учетом требуемой производительности; 5) обеспечение экологической и производственной безопасности технологического процесса; 6) экономический расчет.

При комплексном анализе дисперсных материалов как объекта сушки выделяют 5 групп характеристик: термические (теплопроводность, температуропроводность, теплоемкость и др.), гигротермические и кинетические (виды связи влаги с материалами,

термограммы и энергограммы, кривые сушки и др.); гидромеханические (размер, форма частиц, скорости псевдоожижения и витания, угол естественного откоса, адгезион-но-аутогезионные свойства и др.); сорбционно-структурные (изотермы сорбции-десорбции, аморфность и кристалличность, кривые распределения пор по размерам и др.); технологические (требуемая остаточная влажность, допустимые температуры, взрывопожарные свойства и многие другие) [6,7].

В настоящее время имеются экспресс-методы и эффективные приборы определения всех характеристик влажных материалов (например, определение термических характеристик методом двух температурно-временных точек, определение изотерм сорбции-десорбции с использованием вакуумных весов Мак-Бена и другие) [2,8].

При сушке дисперсных материалов для правильного выбора конструкции сушильного аппарата и комплектующего оборудования, особенно питателей и дозаторов, необходимо учитывать адгезионно-аутогезионные свойства (АДАС) обрабатываемых материалов, т.е. эффекты налипания на стенки аппарата, комкование и т.п., препятствующие нормальному течению процесса. Адгезионно-аутогезионные характеристики подвергаемых различным видам обработки материалов оказывают значительное влияние не только на отдельных участках технологической линии, но и в целом определяют ход протекания технологического процесса, обуславливая создаваемую внутри аппарата гидродинамическую обстановку.

С целью оценки АДАС была проведена классификация дисперсных материалов, где АДАС учтены посредством адгезионно-аутогезионного коэффициента (Ка), связанного с углом естественного откоса дисперсного материала [1,2,7,8]. По рейтингу адге-зионно-аутогезионного коэффициента (Ка) от 1 до 5 баллов, устанавливается степень сыпучести или «липкости» материала (идеально сыпучий материал, например, песок в песочных часах, имеет Ка = 1, а липкий влажный пастообразный материал, например, влажная глина - Ка = 5).

Однако, эта классификация содержит градацию обрабатываемых материалов, в основном, органолептическим методом и не вскрывает механизма адгезионно-аутогезионного взаимодействия дисперсных частиц, что не позволяет численно определить силу адгезионно-аутогезионного взаимодействия контактирующих тел.

В связи с этим были рассмотрены различные теоретические подходы к численной оценке АДАС материалов и расчетные методы определения АДАС с учетом природы сил, обуславливающих адгезионно-аутогезионное взаимодействие, структурно-механических свойств контактирующих поверхностей и формы обрабатываемых частиц [9].

Силы, определяющие адгезионное взаимодействие, можно условно разделить на две группы. Первая группа сил обусловливает взаимодействие частиц с поверхностью до непосредственного соприкосновения тел (к числу таких сил относятся молекулярные). Вторая группа сил возникает при контакте частиц с поверхностью (капиллярные силы и силы электрического взаимодействия за счет двойного слоя в зоне контакта).

Молекулярная компонента сил адгезии обусловлена свойствами соприкасающихся тел и зависит от размеров частицы, от площади истинного контакта и свойств поверхности (шероховатости). При взаимодействии двух сферических частиц:

(1)

При взаимодействии сферической частицы и плоскости:

¥мол = Аг /6Н2,

где А - константа молекулярного взаимодействия Ван-дер-Ваальса ( А = ж2 ПП Ли ); пг , пу - числа молекул г и у в 1 см3; Л, - константа, которая характеризует дисперсионное взаимодействие (= —Ъ/2к[уу /(у+у-); к - постоянная Планка; VI и Vj - частота колебаний взаимодействующих электронных осцилято-ров; аг и а - поляризуемость молекул г и ]; г - радиус частицы; Н - расстояние между частицей и стенкой.

При контакте частиц с поверхностью возможна деформация зоны контакта, в результате чего становится возможным появление сил отталкивания. Таким образом, с учетом поправки на деформацию в зоне контакта:

= (Аг/6Н 2)(1 + гк/3гН), (3)

где г - радиус частицы; Н - расстояние между контактирующими поверхностями с учетом их деформации; гк - радиус площади контакта частицы с поверхностью; при упругом контакте гк может быть рассчитан по формуле Герца:

Гк = ^0,75г^[(1 — М2)/Е + (1 — ^22)/Е2] , (4)

где Гп - сила прижатия; щ, ц2 - коэффициенты Пуассона; Е1, Е2 - модуль упругости для каждого материала.

Влияние деформации на адгезионное взаимодействие можно учесть, используя характеристику твердости (7) контактирующих тел, определяющую контактную деформацию и равновесие между силами притяжения и упругого отталкивания:

Кд = +лГк2р или = ¥д[1 + (Р, /7)] , (5)

где Рв - сила взаимодействия между поверхностью и частицей в расчете на 1 см площади поверхности контакта (удельное давление адгезии); ¥д - равновесная, между силами притяжения и сопротивлением деформации ( Гд = жг^У ).

Сила адгезии, обусловленная в основном силами молекулярного взаимодействия, с учетом влияния шероховатости поверхности:

^ = 1,2и8а[гр/(г + р)]щ , (6)

где и, - энергия в расчете на одну молекулу и а - постоянная решетки, являющиеся постоянными и зависящие от физико-химических свойств контактирующих тел; г -радиус частицы и р - приведенный радиус шероховатой поверхности, а выражение гр /(г +р) - характеризует отношение между размерами прилипших частиц и шероховатостью поверхности; п1 - число молекул в зоне контакта (т.е. п1 = Ы1У, где N1 -число молекул в 1 см ; V- объем) и г - число контактов, зависящие от положения частиц на шероховатой поверхности и площади контакта этих частиц с поверхностью.

Электрические силы, возникающие при контакте частиц с поверхностью:

^ = 2по?Х, (7)

где о, - плотность зарядов двойного электрического слоя (а, = q /£); q -заряд частицы при её отрыве от подложки; £ - площадь контакта частицы с поверхностью.

При адгезии частиц диэлектрика (диаметром менее 30 мкм) к твердым поверхностям электростатическая компонента силы адгезии состоит из двух слагаемых:

Еэл = 2ш2£ + & , (8)

Уем,,.———»,-,4

2

где 2жо 8 - сила взаимодействия, обусловленная двойным электрическим слоем, образующимся в месте контакта (а - поверхностная плотность заряда; 8 - площадь контакта); —у - выражает силу взаимодействия заряда, равномерно распределенного по поверхности частицы диаметром d, с контактирующей поверхностью (происхождение этого заряда связано с предварительной электризацией частиц).

Капиллярные силы возникают при наличии мениска жидкости в зазоре между частицей и поверхностью. С учетом влияния шероховатости контактирующих поверхностей капиллярные силы равны:

Ек = 2пга соз0Шж /а , (9)

где 0каж и 0 - кажущийся и истинный краевые углы смачивания с учетом шероховатости поверхности (cos0каж = асоз0); а - коэффициент шероховатости поверхности.

Таким образом, на величину адгезионно-аутогезионного взаимодействия дисперсных материалов существенное влияние оказывают структурно-механические свойства контактирующих поверхностей (шероховатость и возможность деформации в зоне контакта, влияющих на площадь контакта частиц с поверхностью; пористость материалов; наличие зазора между соприкасающимися телами, радиусы кривизны контактирующих тел) и форма обрабатываемых частиц. Поэтому производя расчеты АДАС в каждом конкретном случае, необходимо вносить соответствующие поправки, учитывая приведенные выше расчетные соотношения.

Табл. 1. Классификационная таблица для дисперсных материалов

Одной из самых важных проблем при сушке дисперсных материалов является классификация материалов как объектов сушки. Когда сушке подлежат многие тысячи материалов невозможно для каждого материала создавать свою сушилку. Отсюда необходимость типовых сушилок, пригодных для обработки сходных по своим свойствам материалов, принадлежащих к одному классу соответствующей классификации. Для дисперсных материалов может быть рекомендована классификация по сорбционным характеристикам с учетом адгезионно-аутогезионных свойств высушиваемых материа-

лов [2,7]. Эта классификация по величине критического размера пор, определяющего меру диффузионного сопротивления (а, следовательно и продолжительность процесса сушки) при сушке данного материала, а также по значению адгезионно-аутогезионного коэффициента, определяющего степень комкования и налипания влажных частиц на стенки аппарата, позволяет определить место данного материала в классификационной таблице и соответствующий этому месту эффективный типовой аппарат (табл. 1). В качестве типовых аппаратов для дисперсных материалов рекомендуются сушилки со взвешенным слоем, работающие в активных гидродинамических режимах (АГР) [7,8].

Авторами разработан метод сравнительной оценки активности гидродинамических режимов с использованием эксергетического анализа по величине эксергетиче-ских коэффициентов полезного действия [10]. Этот метод позволяет правильно выбрать гидродинамический режим сушки. Необходимо сопоставлять полезный эффект, получаемый в результате использования активных гидродинамических режимов, с затратами на их реализацию.

В качестве показателя, характеризующего термодинамическую эффективность используемых методов активизации гидродинамической обстановки в аппарате, целесообразно использовать отношение эксергетических коэффициентов до и после применения указанных методов или для альтернативных технических решений. В этом случае активным (применительно к конкретному материалу и аппаратурному оформлению) следует считать гидродинамический режим, для которого указанный показатель достигает наибольшего значения.Важнейшим фактором, определяющим пригодность типового аппарата для обработки материалов данного класса, является гарантия обеспечения требуемого времени пребывания материала в аппарате, то есть обеспечения получения высушенного продукта при любой начальной влажности (в пределах реальной технологии). Особенного это важно при сушке дисперсных материалов во взвешенном слое, где гидродинамика определяет среднее время пребывания отдельных частиц, то есть равномерность сушки. Реальные материалы имеют сложную структуру и сдержат поры различных размеров, поэтому продолжительность их сушки будет зависеть от количественного соотношения пор разных диаметров. Время опорожнения ь той группы пор:

1 0 ^

Т = ^ I ¡V= К'Аи> , (10)

N Рм ^

где рж, рм - плотность абсолютного сухого материала и жидкости, удаляемой в процессе сушки; ¡V - функция распределения объемов пор по диаметрам; К - коэффициент, обратно пропорциональный средней скорости N удаления жидкости из 1-ой группы пор; Ли\ - содержание жидкости в материале, соответствующее заполнению пор диаметром от di до .

Общую продолжительность т" удаления жидкости из пор материала, имеющего разнопористую структуру, можно определить из соотношения:

1 = П 1 = п

т"=Тт = Т К, ли, (11)

1=1 1=1

Тогда общая продолжительность сушки пористого материала (с учетом удаления свободной влаги):

т = т ' + т " = т" + ХК ли1, (12)

1=1

где Г - время удаления свободной влаги, обычно составляющее при активных гидродинамических режимах от долей секунды до 2-3 секунд.

Средняя скорость удаления влаги из каждой группы пор определяется по кинетике сушки модельных материалов с разнопористой структурой в реальных аппаратах при различных температурах сушильного агента. Полученные данные в совокупности с величинами Г, определенными нами с учетом термических характеристик по разработанной методике [2,6], позволили составить номограмму для расчета кинетики сушки любого материала без проведения опытов по сушке этого материала в реальных сушилках. Сопоставление кинетики вычислительного эксперимента с натуральным для 15 различных материалов подтвердило эффективность данного метода.

Порядок выбора сушильных аппаратов для дисперсных материалов на основе комплексного анализа материала как объекта сушки с использованием классификационной таблицы и расчетной номограммы иллюстрирует рис. 1.

Рис. 1. Порядок выбора сушильных аппаратов (ЦС, ТС-2, СВЗП, ВК, ВКС, КСВПН, ТС-1, СПКС, КАС, СВЗП-ВК) на основе комплексного анализа

материала как объекта сушки

Основные обозначения, используемые для иллюстрации порядка выбора сушильных аппаратов (рис.1): ёч ,- эквивалентный и максимальный диаметр частиц;

рч - плотность частиц материала; #доп - допустимая температура нагрева материала; икр ,овит ,ор- скорости газа соответственно: критическая, витания, рабочая; ин,ик,и1 ,имг- содержание жидкости в материале: начальное, конечное, соответствующее заполнению 1-ой группы пор, максимальное гигроскопическое; О, О^ - производительность аппарата по сухому продукту и по испаренной жидкости; р - угол естественного откоса; Ка - ранг адгезионно-аутогезионного коэффициента; Ь - расход су-

шильного агента; dKp - критический радиус пор; Эсв - энергия связи влаги с материалом; U = f (ф) - изотермы сорбции и десорбции; a = f (U), X = f (U), c = f (U) - зависимости температуропроводности а, теплопроводности X, теплоемкости с материала от содержания жидкости; г,г\ 1г- - время сушки общее, время удаления свободной влаги и суммарное удаление жидкости из i групп пор; сушилки: циклонная (ЦС), комбинированная циклонная (ЦКС) и аэрофонтанная (КАС), виброкипящего слоя (ВКС), труба-сушилка одноступенчатая (ТС-1) и двухступенчатая (ТС-2), проходящего кипящего слоя (СПКС), комбинированная сушилка безуносного типа с закрученными потоками (СВЗП-ВК) (встречные закрученные потоки - вихревая камера), кипящего слоя с вибрирующими поверхностями нагрева, погруженными в слой (КСВПН).

Для каждого класса разработанной классификационной таблицы дисперсных материалов как объектов сушки, приведенной выше, рекомендованы типовые аппараты, реализующие те гидродинамические режимы, которые являются активными при сушке материалов данного класса. В связи с проблемой пылеочистки в последние годы были разработаны многофункциональные безуносные аппараты со встречными закрученными потоками и управляемой гидродинамикой (ВЗП) [7,8,11], которые могут быть рекомендованы в качестве нового поколения типовых аппаратов для материалов с критическим диаметром пор до 6 нанометров. Возможности сушилок ВЗП ограничены малым временем пребывания материала в аппарате, однако, авторам [2] удалось за счет нового гидродинамического режима - вращающегося кольцевого слоя увеличить время пребывания высушиваемого материала в аппарате в 5-6 раз, что позволило использовать аппараты ВЗП для сушки продуктов третьего и даже частично четвертого классов по предложенному нами варианту классификации материалов как объектов сушки, т.е. на несколько тысяч наименований расширить ассортимент материалов, высушиваемых в СВЗП.Учитывая зависимость качества высушенного продукта как от среднего времени пребывания материала в аппарате, так и от спектра времени пребывания составляющих слой частиц в аппарате, одной из задач экспериментальных исследований режима вращающегося кольца было снятие кривых отклика на возмущение входного сигнала, позволяющих получить кривую распределения дисперсных частиц по времени пребывания в кольцевом слое (рис. 2).

Анализ и обработка экспериментальных кривых отклика, представленных на рис. 2.а, осуществлялось статистическим методом. Определялись моменты первого и второго порядка, характеризующие среднее время пребывания и дисперсию, по формулам:

n

_ 1г-с

г = i=1--(13)

n

IC

i=i

n i

I г2 - с

s2 = ^--(г)2 (14)

IC

i=1

Безразмерная дисперсия рассчитывалась по формуле:

Si = S2 (15)

г

Число ячеек гидродинамической модели аппарата оценивалось по величине :

"я (16)

52

Представленные на рис. 2.а данные свидетельствуют о том, что достигнутое время пребывания материала в аппарате в 5 ^ 6 раз больше, чем при традиционных режимах. Оценка спектра времени пребывания может быть получена на основе С-кривых отклика, снятых в процессе экспериментов. На рис. 2.б представлена С-кривая отклика для аппарата СВЗП в режиме вращающегося кольца при разных расходах Ь в безразмерных координатах в сопоставлении с кривыми отклика аппарата ВЗП, работающего традиционном режиме (без образования кольца), аппарата кипящего слоя и аппарата идеального смешивания. Представленные данные показывают, что число условных ячеек, характеризующих гидродинамическую обстановку в аппарате, составляет для кипящего слоя

1,5 ^ 2, для аппарата ВЗП в обычном режиме пя = 3 ^ 4, а для СВЗП в режиме кольцевого слоя пя = 6 + 8. Полученные оценки параметра пя гидродинамической структуры

потоков в аппарате свидетельствуют о возможности реализации более равномерной сушки дисперсных материалов в режиме вращающегося кольца по сравнению с обычным режимом аппарата ВЗП, и тем более по сравнению с аппаратами кипящего слоя.

Рис. 2. Кривые отклика при различных расходах на импульсное возмущение

3 3 3

входного сигнала (а) (1 - Ь= 0,08 м/с; 2 - Ь= 0,09 м/с; 3 - Ь= 0,10 м /с) и С-кривые (б): для аппаратов идеального смешения (1), КС (2), ВЗП (3), СВЗП (4) в режиме

вращающегося кольца (■ - 0, 12 м3/с; ▲ - 0, 10 м3/с; • - 0, 09 м3/с; ★ - 0, 08 м3/с).

Для выбора и расчета типовых аппаратов с взвешенным слоем, наилучшим образом соответствующих поставленной технологической задаче, разработаны обобщенные коды: технологические задачи и их решение, в которых содержится информация о степени трудности технологической задачи по сушке данного материала (диффузионном сопротивлении при сушке данного материала, его адгезионно-аутогезионных свойствах, наличии или отсутствии пылевой фракции), а также информация об оптимальном решении этой задачи (рациональный тип сушилки, тип питателя сушильного аппарата, наличие и тип специального пылеуловителя в составе сушильной установки,

наличие или отсутствие замкнутого цикла теплоносителя). Рациональный состав и коды сушильных установок для всех классов влажных дисперсных материалов приведены в табл. 2.

Основой для выбора сушильной установки является шифр материала по новой классификации влажных дисперсных материалов как объектов сушки [7]. Например, М 3.2.2-А (1.2+2.2) означает, что сушке подлежит материал третьего класса, имеющий

вторую группу пор (dкр = 6 нм), комкующийся, с явно выраженными адгезионно-

аутогезионными свойствами ( Ка = 3 ), имеющий пылевую фракцию, для сушки которого используется комбинированная аэрофонтанная сушилка (КАС), имеющая на первой ступени режим проходящего кипящего слоя с быстроходной мешалкой для разбивания комков, а на второй ступени - режим свободного фонтанирования.

Таким образом, разработана стратегия выбора рационального аппаратурно-технологического оформления процесса сушки, реализованная применительно к сушке дисперсных материалов во взвешенном слое. В рамках стратегии выбор рационального аппаратурно-технологического оформления процесса сушки любого дисперсного материала сводится к определению типового аппарата, рекомендованного для соответствующего класса дисперсных материалов, а для определения класса достаточно знать критический диаметр пор и ранг адгезионно-аутогезионного коэффициента данного материала.

Расчет оптимального режима сушки конкретного продукта в выбранном аппарате с активным гидродинамическим режимом связан, в основном, с определением необходимого времени обработки материала в аппарате до требуемой остаточной влажности.

Среднее время пребывания материала в аппарате определяется его удерживающей способностью q по известному соотношению:

Гср =1, (17)

р £

где £ - расход твердого материала при непрерывном процессе.

Ниже рассматривается математическая модель гидродинамики дисперсного потока (на примере дисковой вихревой камеры, входящей в число типовых сушилок), позволяющая рассчитывать величину удерживающей способности аппарата.

На твердую частицу, находящуюся в кольцевом слое аппарата, в радиальном направлении действуют две силы: центробежная ЕцБ , направленная от центра аппарата

к периферии, и сила давления радиального потока газа Рдав , направленная к центру. Условие равновесия этих сил можно выразить уравнением:

РЦБ = РДАВ (18)

или

2и2 лд1 „лд1 2

Рм — = £ — КРг , (19)

где Б - диаметр камеры; рм и рг - соответственно, плотности твердого материала и газа; и^ - скорость твердых частиц в кольцевом слое при входе в газовую струю;

уг - радиальная скорость газового потока; £ - коэффициент лобового сопротивления; д - диаметр твердых частиц.

Табл. 2. Рациональный состав и коды сушильных установок для всех классов

влажных дисперсных материалов

Класс материалов Шифр материала по классификационной таблице Тип сушилки Код сушилки Тип пылеуловителя Шифр пылеуловителя Тип питателя Шифр питателя Код сушильной установки

Первый 1.1.1 Циклонная сушилка (ЦС) А 4.1 ЦН-15 У1 Секторный П1 А 4.1 П1 У1

1.1.2 СКЦН-34 У2 А 4.1 П1У2

1.2.1 Труба-сушилка (ТС-1) А3.1 ЦН-15 У1 Шнековый П2 А3.1 П2У1

1.2,2 СКЦН-34 У2 А 3.1 П2У2

Второй 2.1.1 Двухступенчатая труба-сушилка (ТС-2) А 3.1.2 ЦН-15 У1 Секторный П1 А 3.1.2 П1 У1

2.1.2 СКЦН-34 У2 А 3.1.2 П1 У2

2.2.1 Сушилка с проходящим кипящим слоем (СПКС) А 1.2 ВЗП УЗ Шнековый П2 А 1.2 П2 УЗ

2.2.2 взпк У4 А 1.2 ПЗУ4

2,3.1 Комбиниров анная циклонная сушилка (КЦС) А 1.2+4.1 ВЗП УЗ Двухшне-ковый ПЗ А 1,2+4.1 ПЗУЗ

2.3.2 взпк У4 А 1.2+4.1 ПЗУ4

Третий 3.1.1 Сушилка со встречными закрученным и потоками (СВЗП) А 4.3 - - Струйный П1 А 4.3 П1 У0

3.1.2 А 4.3 П1 У0

3.2.1 Комбинированная аэрофонтанная сушилка (КАС) А 1.2+2.2 ВЗП УЗ Шнековый П2 А 1.2+2.2 П2УЗ

3.2.2 взпк У4 А 1.2+2.2 П2У4

Четвертый 4.1.1 Вихревая сушилка (ВС) А 4.2 ЦН-15 У1 Струйный III А 4.2 П1У1

4.1.2 ВЗП УЗ А 4.2 П1УЗ

4.2.1 Комбинированная безуносная сушилка (СВЗП-ВК) А 4.2+4.3 - - Шнековый П2 А 4.2+4.3 П2У0

4.2.2 А 4.2+4.3 П2У0

Пятый 5.1.1 Сушилка виброкипя-щего слоя (СВКС) А 1.3 - - Секторный П1 А 1.3 П1 У0

5.1.2 взпк У4 А 1.3 П1 У4

Шестой 6.1.1 Сушилка кипящего слоя с вибрирующими поверхностями нагрева (КСВПН) А 1.3 М - - Секторный П1 А 1.3 М П1 У0

Движение однофазного потока в камере имеет осесимметричный характер, и радиальная скорость газового потока в периферийной зоне камеры может быть определена из уравнения:

уг = V/(л ТВ), (20)

где В - ширина камеры; V - объемный расход газа.

Присутствие дисперсной фазы в аппарате, как следует из экспериментальных данных, приводит к нарушению осесимметричности потока: радиальные скорости газового потока на участках, прилегающие к тангенциальным газоходам, увеличиваются по сравнению с аналогичными участками камеры, расположенными вдали от газоходов.

Для участков угловых секторов с интенсивным радиальным стоком, на которых происходит вынос твердой фазы из аппарата, уравнение (20) может быть преобразовано к виду:

уг = V/( лТВ) (ха/2л) = 2V|BDza , (21)

где а = 2агссов(1 - 2/ /D); ^ - высота струи газа (высота тангенциального газохода) при входе в камеру; х - количество тангенциальных газоходов.

Когда х > 4 радиальный сток можно считать осесимметричным не только для однофазного, но и для двухфазного потока.

Путем преобразования уравнения (19) можно получить:

Г \0.5

11 ^ гл\

3 „ рт D

"1 = ^ Т (22)

18 Рм 8 )

Значение коэффициента лобового сопротивления £ можно считать постоянным, поскольку режим обтекания частиц (кроме пылевой фракции) является турбулентным ( Яе > 500 ).

В кольцевом пристеночном слое твердые частицы периодически ускоряются, проходя через струю газа, выходящую из тангенциального газохода, до скорости "2 , а затем тормозятся за счет силы трения о цилиндрическую стенку камеры на участке между соседними тангенциальными газоходами до скорости "1 . Величину силы трения о стенку камеры можно определить как:

77 17 Г Г2"ср Л"1 + "2)2 /ооч

¥ТР = Рцв / = /—^рт = / т (23)

Ускорение а можно определить как отношение изменения скорости частицы к среднему времени ее движения на участке между двумя тангенциальными газоходами:

Р = т ("1 - "2 ) = ("2 - "1 )иср = пг ("2 - "1 )("1 + "2 ) (24)

ТР т лТ / х - 8 2хТ '

где г - время движения твердой частицы на участке торможения: 8 = 0.5Та -длина разгонного участка.

Сопоставляя уравнения (23) и (24), получаем:

"2 = "177+7) (25)

О - /х)

Величина х, характеризующая центральный угол участка торможения частиц, определяется соотношением:

х = ж/ г — а/ 2 (26)

При входе твердых частиц, движущихся в периферийной зоне камеры, в струю газа, истекающую из тангенциального сопла, происходит увеличение скорости твердых частиц и, соответственно, снижение скорости газового потока.

Используя закон сохранения количества движения (при условии, что давление в газовой струе на участке разгона твердых частиц не изменяется), можно получить:

Рг (VI-У2 )У/г=Ы(и2 -и1) , (27)

где V, и V2 - скорости газового потока соответственно в начале и в конце участка

разгона твердых частиц; М - расход твердого материала, проходящего через газовую струю в единицу времени.

Величина М может быть определена из соотношения:

М = а1^ (28)

ж Б

Из уравнений (27) и (28) получим выражение для удерживающей способности камеры:

а = жБрг^ — ^)У , (29)

г(и2 — щ)иср

где иср можно принять:

иср = (и1 + и2)/2 (30)

Тогда из уравнений (29) и (30) можно получить выражение:

2жР)г (VI — У2 )У пп

а = (2 2^ (31) г(и2 — и1 )

Скорость истечения газа из тангенциальных газоходов определяется по формуле:

V

V (32)

Скорость газового потока V2 в конце разгонного участка можно выразить соотношением

V

V2 =~ГЦ (33)

гк2 В

Величину ^2, характеризующую степень расширения газовой струи в конце разогнанного участка, можно оценить по формуле:

V £ 7 2^ £

и2 = И1+= И1+-1— (34)

v1 + v2

Величина V2 может быть определена путем совместного решения уравнений (33) и (34), используя метод итераций, задавшись предварительным значением V2 = ^ с последующим уточнением значения V2.

С использованием принципа механической энергии, получаем соотношение:

Крг (V!2 — v1^)V^z = М(и\ — и2), (35)

где К - коэффициент, характеризующий передачу механической энергии от газового потока к твердому материалу.

Из уравнений (27) и (35) после преобразований получим:

К(^2) = (12 +11) (36)

Тогда из соотношения (36):

У2=(М1 + и2 -Ку^)/К = {их + и2 -К-^К (37)

Значения скоростей и , ^, У1, У2 можно получить из уравнений (22), (25), (32), (37). Вводя обозначения

Г \0-5

( 1 „ п \

C =

I^PL D V и A = (1 + &

Рм 5) (1 - fa)

уравнение (31) можно преобразовать к виду:

г>тл2 2 f D C(1 + A) ^ TrprBD а------

1h Ка ) , ч

q =-2т~^2-L (38)

(A - 1)C2

Серьезной проблемой является учет полидисперсности высушиваемых материалов. Обычно расчет производится по крупной фракции (что обеспечивает высушивание более тонких фракций) или используя пофракционную сушку. Снижение показателя полидисперсности высушиваемого материала позволяет значительно повысить эффективность процесса. Одним из методов решения этой задачи является создание одинаковых условий формирования дисперсных частиц в процессе их получения (например, в кольцевых реакторах с мешалками) [2].

В ряде технологических процессов оказывается возможным влиять на капиллярно-пористую структуру в процессе получения дисперсных материалов, например, в процессах полимеризации, что позволяет получать легко высушиваемые широкопористые материалы вместо микропористых, удаление влаги из которых связано с большими затратами тепла и времени для достижения требуемой остаточной влажности высушиваемого материала (например, при полимеризации в производствах получения поли-олефинов) [2]. То же можно сказать и об управлении адгезионно-аутогезионными свойствами в процессе получения подлежащих сушке дисперсных материалов, что прежде всего отражается на комплектующем оборудовании сушилок (питатели, дозаторы, разгрузочные устройства).

При сушке дисперсных материалов важной проблемой является обеспечение экологической и производственной безопасности сушильных установок [11,13]. Один из центральных вопросов - обеспечение очистки от пыли и создание безуносных сушилок. На этом пути в последние годы достигнуты весьма значительные успехи, особенно в связи с использованием безуносных сушилок со встречными закрученными потоками (ВЗП) и высокоэффективных пылеуловителей ВЗП [11]. В настоящее время внедрено в различные производства более десяти тысяч аппаратов ВЗП разных конструкций и модификаций (в том числе групповых и мульти установок), позволяющих осуществлять безуносную сушку, а также улавливание пыли, содержащей сверхтонкие наноразмер-ные частицы (до 50-100 нанометров).

Достигнуты также впечатляющие успехи по созданию методов и конструкций, позволяющих резко уменьшить уровень шума и вредных воздействий вибраций при работе сушильных установок и тем самым обеспечить необходимую производственную безопасность [14,15,16].

Список литературы

1. Сажин, Б.С. Основы техники сушки/ Б.С. Сажин. - М.: Химия, 1984, - 320 с.

2. Sazhin, B.S. Scientific Principles of Drying Technology/ B.S. Sazhin, V.B. Sazhin.- New York.- 2007.- 506 р.

3. Сажин, Б.С.Энергосберегающие процессы и аппараты текстильных и химических предприятий/ Б.С. Сажин, М.П. Тюрин.- М.- 2001. - 311 с.

4. Сажин,Б.С. Эксергетический метод в химической технологии/ Б.С. Сажин, А.П. Бу-леков.- М.: Химия.- 1992. - 205 с.

5. Сажин, Б.С. Эксергетический анализ работы промышленных установок/ Б.С. Сажин, А.П. Булеков, В.Б. Сажин. - М.- 2000.- 397 с.

6. Сажин,Б.С. Научные основы техники сушки/ Б.С. Сажин, В.Б. Сажин. - М.: Наука. -1997. - 448 с.

7. Сажин, В.Б. Выбор и расчет аппаратов с взвешенным слоем/ В.Б. Сажин, М.Б. Са-жина. - М. - 2001. - 336 с.

8. Сажин, В.Б. Сушка в закрученных потоках/В.Б. Сажин, М.Б. Сажина. - М.- 2001. - 324 с.

9. Сажин, Б.С. / Б.С. Сажин, Л.Б. Дмитриева, М.Б. Сажина.- Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности, 2007. - №4 (299). - С. 89-91.

10. Сажин, Б.С. / Б.С. Сажин, А.П. Булеков, В.Б. Сажин.- Теоретические основы химической технологии, 1999. - 33, №5. - С. 93-102.

11. Сажин, Б.С. Вихревые пылеуловители/ Б.С. Сажин, Л.И. Гудим. - М.: Химия. -1995. - 144 с.

12. Сажин, Б.С. / Б.С. Сажин, Л.М. Кочетов, А.С. Белоусов.- Теоретические основы химической технологии, 2008. - 42, №2. - С. 135-145.

13. Сажин, Б.С. Экологическая безопасность технологических процессов/ Б.С. Сажин, О С. Кочетов, Л.И. Гудим, Л.М. Кочетов. - М. - 2007. - 391 с.

14. Сажин, Б.С. Виброзащитные системы технологического оборудования/ Б.С. Сажин, О.С. Кочетов, А.В. Синев. - М. - 2003. - 276 с.

15. Кочетов, О.С. Снижение шума и вибраций в производстве: теория, расчет, технические решения/ О.С. Кочетов, Б.С. Сажин. - М. - 2001. - 319 с.

16. Синев, А.В. Динамические свойства систем виброизоляции/ А.В. Синев, О.С. Кочетов, Б.С. Сажин. - М.: ИМАШ РАН. - 2002. - 276 с.

УДК 378.1

В.Б. Сажин1, И. Селдинас2, О.С. Кочетов3, М.П. Тюрин3, О. Селдинас4, Л.И. Кошкин5, А.С. Белоусов3, М.Б. Сажина6, М.В. Сошенко3, В.В. Сажин5, М.В. Чунаев3, Т.А. Тарасенко1, Я.В. Семенихин1, Е.В. Матушкина1

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 2Высшая школа нетрадиционной медицины, Нью -Йорк, США

3Московский государственный текстильный университет им. А.Н. Косыгина, Москва, Россия 4Балто - Скандинавская медицинская сеть "Селдин-Центр", Юрбаркас, Литовская Республика 5Высшая школа приватизации и предпринимательства, Москва, Россия 6Российский заочный институт текстильной и легкой промышленности, Москва, Россия

СИСТЕМА ДОВУЗОВСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРИ ПРОДОЛЖЕНИИ ОБРАЗОВАНИЯ ЗА РУБЕЖОМ

Проанализированы различные возможности получения российскими гражданами зарубежного образования: в международных и иностранных учебных заведениях, аккредитованных в России, а также с выездом за рубеж. Дан обзор условий получения образовательных кредитов для получающих зарубежное образования без выезда за границу.