CC BY
38
УДК 66.047 (088.8) •
Б. С. Сажин, О. С. Кочетов, В. Б. Сажин\ А. В. Тихонов, К. М. Спирина, Е. С. Бородина
Московский государственный текстильный университет им. А.Н. Косыгина, Москва, Россия "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва. Россия
ПУТИ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА ВИХРЕВОЙ РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ СУШКИ
In work calculation vortical dusting dryers with tangential input and the top axial conclusion of gas for an extract condensed up to 55 % of dry air, working on a principle of a parallel current of movement pf a solution and the heat-carrier is considered. As the heat-carrier air which is heated up in a gas heater is used, and in quality dusting devices the acoustic vortical atomizer is used. For clearing air of a dust of a product the dust removal system. working on a principle of the acoustic coagulation, containing the inertia! deduster connected to a sound column is used, and as the second step of clearing is used the sleeving filter. As a result of calculation it .is revealed, that optimum parameters for sound processing are: a level of sound pressure in a range 130 ... 145dB, frequency of sound fluctuations in a range 900 ... 2000 Gz, time of scoring in a range 1,5 ... 2,5 sek, concentration of a dust in an air stream - not less than 2 g/m:\
13 работе рассмотрен расчет вихревой распылительной сушилки с тангенциальным вводом и верхним аксиальным выводом газа для экстракта, сгущенного до 55 % сухого воздуха. работающей по принципу параллельного тока движения раствора и теплоносителя. В качестве теплоносителя используется воздух, нагреваемый в газовом калорифере, а в качестве распиливающего устройства используется акустическая вихревая форсунка. Для очистки воздуха от пыли продукта используется система пылеулавливания, работающая на принципе акустической коагуляции, содержащая инерционный пылеуловитель, соединенный со звуковой колонной, а в качестве второй ступени очистки используется рукавный фильтр. В результате расчета выявлено, что оптимальными параметрами для звуковой обработки являются: уровень звукового давления в диапазоне 130... 145 дБ, частота звуковых колебаний в диапазоне 900...2000 Гц. время озвучивания в диапазоне 1,5...2,5 сек, концентрация пыли в воздушном потоке - не менее 2 г/м3.
Рассмотрим режимы работы вихревой распылительной сушилки, работающей по принципу параллельного тока движения раствора и теплоносителя при акустическом воздействии в зонах диспергирования раствора и улавливания пыли продукта, схема которой представлена на рис.1. В качестве теплоносителя используется воздух, нагреваемый в газовом калорифере, и поступающий по тангенциально расположенным каналам 4 в корпус 1 сушильной установки, а в качестве распыливаюшего устройства 3 используется акустическая вихревая форсунка. Вывод готового продукта из сушильной установки производится через бункер 2 для сбора готового продукта. Для очистки воздуха от пыли продукта используется первая ступень б, содержащая инерционные пылеуловители, например циклоны, соединенные посредством звукового канала со звуковой колонной, а в качестве второй ступени очистки используется рукавный фильтр 7 с бункером 8. Рассмотрим расчет вихревой распылительной сушилки для следующих исходных данных: количество экстракта, сгущенного до 55 % сухого воздуха равно Gi = 60 т/сут; параметры наружного воздуха: барометрическое давление 100 кПа; зимой to = 10,8 °С, фо = 88 %; летом: t() = 18 сро = 70 %; температурный режим в
сушильной камере: ^ = 190 "С; - 85 °С; температура экстракта на входе 01 = 50 °С, на выходе 02 = 75 °С; влажность порошкообразного экстракта = 2 %; продолжительность непрерывной работы сушильной установки 23 ч/сут; температура воздуха в помещении 1„ = 20 °С: температура оштукатуренных стен сушильного помещения 1СТ = 15 °С; коэффициенты теплопроводности: теплоизоляционного материала (минеральная вата) лсг.в = 0,058 Вт/(м К); стали 46 Вт/(м К); воздух нагревается в огневом калорифере с КПД г||(ш, = 0,65; КПД топки при сжигании мазута (С),.,15 = 40 МДж/кг) г)т = 0,95; сопротивление воздушных трактов, калорифера и системы улавливания пыли продукта, установленного на выходе газов из сушильной камеры, Др = 1 кПа; коэффициент запаса мощности электродвигателя для привода вентилятора т =: 1,05; эффективный КПД вентилятора т|в = 0,7; механический КПД вентилятора ц„ = 0,97; КПД передачи от электродвигателя к вентилятору - 0,95.
Количество испаренной влаги
и = Сл(\У, - \У2У(100 - \¥2) = 60 (45 - 2)/(100 - 2) = 26,3 т/сут, (1) или 0,32 кг/с.
Количество порошкообразного экстракта с учетом 0,3 % потерь с уходящим из скруббера газом
02 = 0,997 (60 - 26,3) = 33,6 т/сут.
При распылении экстракта с помощью акустических форсунок средний объемно-поверхностный диаметр капель рассчитывается по формуле
3 96
0.0308 V,,)
¿сР(?.,з>= (¿с +4.32 )е =49,4 мкм ,
где с!с - диаметр входного отверстия <1с = 0,55 мм; эквивалентная осевая скорость выхода струи раствора оэ = 20 м/с; тангенциальная составляющая скорости струи нф = 10 м/с.
Критерий Рейнольдса при определяющем геометрическом размере Ок и температуре газа в сушильной камере I, = 100 °С
Пе=и Л =19.26-105. (3)
0,238-Ю"6
При Ке > 5 число Нуссельта Ыи = 0,03211е0'8
Щ = 0.032(19,26 • 105 )"'8 = 3410,96
и коэффициент теплоотдачи от воздуха сушильной камеры к стенке составит
а, = Л / £>4 = 3410,96 • 0,0311 / 4,3 = 24,67 Вт /(м' ■ К)
Коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции в окружающую среду определяется при температуре наружной поверхности стенки сушильной камеры 1ц.ст= 30 °С.
Рнс.1. Схема вихревой распылительной сушилки, работающей по принципу параллельного тока движения раствора и теплоносителя: I-сушильная камера, 2-бункер, З-распылнвающее акустическое устройство, 4-тангенциальный ввод теплоносителя, 5-патрубок для отвода отработанного теплоносителя, 6-звуковая колонна, 7-рукавный фильтр, 8-бункср для улавливания пыли продукта.
Критерий Грасгофа
Ог^ 0ЛЧ45» (30-20),, ,
I'2 ^ Т,: ) (од05МО-1) 293
Произведение критериев Грасгофа и Прандтля
Or Рг=128,46 • 0,703=90,31 -10s.
При GrPr = 30,31-Ю9 число Nu2 = 0,135(GrPr)<l/3) = 605,68.
Отсюда коэффициент теплообмена естественной конвекцией наружной стенки с окружающей средой
<х2 =Nu2á/ D2 =605,68 • 0,0256 /4,45=3,48 Вт /(¿г • К).
Приведенный коэффициент излучения наружной поверхности стенки
шс
ния
С,., *С,С,/5,8 = 3,20-5,33/5,80 = 2,94Вт/(лг К*).
Теперь рассчитаем коэффициент теплоотдачи излучением
а , С,-г1(С„, 00)1-(С../100)11 „ 2,94[(303/l00У-(288/ ЮО)' ] _ ,, (5)
'»,,»-', 30-20
Суммарный коэффициент внешнего теплообмена
и2 = а\ + а"„ = 3,48 + 4,55 = 8,03Вт!{м2 ■ К).
Коэффициент теплопередачи от сушильного агента воздуху цеха
1
сушилки с коэффициентом излучения Ci = 3,20 Вт/(м2 К4) к стенам помеще-
[С2 = 5,33 Вт/(м2 К4)]
(б)
= 0,73 Вт/(м2'К).
" (1/24,67) + (0,003/ 46)+(0,07 / 0,058) + (0,001 / 4б)+(1 / 8,03)
Средняя разность температур сушильного агента и воздух в цехе
- _(190-20)-(85-20)
* 2,3- 1в)/(/, -1„) 2,31^(190 - 20)/(85 - 20) Интенсивность теплопотерь через ограждения сушильной камеры
д,,п = КАСср = 0,73 • 109.34 = 79,82Вт! м1.
На рис.2 приведена схема акустического пылеулавливания. Предлагаемый акустический циклон работает следующим образом. Запыленный газовый поток подается через патрубок 9 на периферийный ввод I циклона.
Здесь он закручивается за счет тангенциального ввода и винтообразной крышки 3. Затем направляется по нисходящей винтовой линии вдоль стенок аппарата. В результате чего частицы пыли под действием центробежной силы движутся от центра аппарата к периферии, и, достигая стенок аппарата транспортируются вниз в коническую часть 6 корпуса для сбора уловленной пыли.
Предварительно очищенный воздух выводится из циклона через выходной патрубок 2 и попадает в акустическую колонку 7, параметры звуковых колебаний которой настраиваются от блока управления 13. В звуковой
колонке 7 происходит отделение от воздуха пылевых частиц, так как под действием звукового поля и связанных с ним колебательных процессов, происходящих в воздушной среде, пылевые частицы коагулируются и крупные частицы оседают вниз звуковой колонки в полость, образованную поверхностями отбойной шайбы 10 и колонки, которая связана байпасным отводом 8 с периферийным вводом 9 газового потока. Отсюда часть воздушного потока с осевшими частицами пыли за счет явления эжекции вновь поступает по байпасному отводу 8 на ввод 9 и в циклон. Очищенный воздух выходит из верхней части колонки через патрубок 11, на конце которого может быть установлен фильтрующий элемент (на чертеже не показан).
Согласно современным представлениям на взвешенные в газах частицы: при воздействии акустических колебаний действуют три основных фактора: совместное колебание частиц и газовой среды, динамические силы между соседними частицами и давление акустической радиации.
3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Рис. 3. Изменение относительной концентрации частиц в акустическом поле: I - исходное состояние; 2 - через 23 с;.? - через 43 с.
В зависимости от условий взвешенная частица либо участвует в колебаниях среды (полностью или частично), либо не участвует вовсе. Оптимальными параметрами для звуковой обработки являются: уровень звукового давления в диапазоне 130... 145 дБ. частота звуковых колебаний в диапазоне 900...2000 Гц, время озвучивания в диапазоне 1,5...2,5 сек, концентрация пыли в воздушном потоке - не менее 2 г/м '.
Если принять в качестве упрощающего условия, что между взвешенной частицей и колеблющейся средой действуют силы Стокса, то можно записать
Относительная ьгг>тгтт*>ттгтя ттттсг < 3
ч / /
/ 2
[ г
// 1
— - —
— — - к град
Fc =3xfi,ciH(\\. -v„)
(8)
где уг - скорость газа. Это допущение справедливо для частиц диаметром до 4 мкм и при частотах колебаний до 10 кГц.
Учтем теперь, что вихревое движение газа вызывает соответствующее движение частиц аэрозоля. Гидродинамическая сила пропорциональна квадрату скорости газа. т.е.. в конечном счете, энергии звуковой волны. В соответствии с этим, в монодисперсном аэрозоле с частицами диаметром с! на частицу, расположенную на расстоянии ,г от пучности колебаний, действует сила, равная в первом приближении
На рис. 3 показано последовательное распределение относительной концентрации частиц, которые в начальный момент времени были распределены равномерно. Как показывают расчеты, в этих условиях концентрация частиц в пучностях колебаний за 20 с возрастает вдвое, а за 40 с - втрое.
Анализ проведенных исследований по акустической коагуляции, изложенный в работе, позволяет предполагать, что использование данного процесса может существенно повысить эффективность улавливания частиц при следующих параметрах звуковой обработки: уровень звукового давления в диапазоне 130... 145 дБ, частота звуковых колебаний в диапазоне 900...2000 Гц, время озвучивания в диапазоне 1,5...2,5 сек, концентрация пыли в воздушном потоке - не менее 2 г/м"', что указывает на целесообразность применения акустической коагуляции при модернизации процесса улавливания продукта после сушки в распылительной сушилке на ОАО
1. Сажин Б.С. Основы техники сушки. М.: Химия,!984. 320 с.
2. Голубев Л.Г., Сажин Б.С., Валашек Е.Р. Сушка в химико-фармацевтической промышленности. М: Медицина, 1978. 272 с.
3. Лыков М.В., Леончик Б.PI. Распылительные сушилки. М.: Машиностроение, 1966.
4. Гинзбург A.C. Расчет и проектирование сушильных установок пищевой промышленности. М: Агропромиздат, 1985.
5. Швыдкий B.C., Ладыгичев М.Г., Швыдкий Д.В. Теоретические основы очистки газов: Учебник для вузов. М: Машиностроение-1,2001. 502 с.
6. Очистка промышленных газов от пыли. /' В.Н.Ужов [и др.]; М.: Химия,
5 л-dl
Выводы:
«РЕАТЕКС».
Библиографические ссылки
1981. 392 с.
