Расширение слоя зернисто-волокнистых материалов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

134 —— -------- .^ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, №1—3,

665.3.002.33.'

РАСШИРЕНИЕ СЛОЯ ЗЕРНИСТО-ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

3. С. САЛИМОВ, X. С. НУРМУХАМЕДОВ, С. К. НИГМАДЖАНОВ, X. А. ХАЙРИДИНОВ

Ш. П. ШАРИПОВ

Ташкентский ордена Дружбы народов политехнический институт им. А. Р. Беруни

Анализ литературных данных показывает, что на порозность кипящего слоя влияют следующие факторы: форма и шероховатость поверхности

частиц, фракционный состав, способ загрузки материала и т.д. [1]. Шероховатость поверхности частиц влияет как на гидродинамические, так и некоторые теплообменные характеристики [1, 2]. Теоретически связь между порозностью слоя и вышеуказанными факторами установить трудно, но в ряде работ [3, 4] получены эмпирические зависимости для периода устойчивого псевдоожижения слоя.

Известно, что для сыпучих материалов в докри-тической области псевдоожижения высота слоя существенно не изменяется, соответственно и порозность слоя изменяется незначительно. Показано, что только при достижении критической скорости слой расширяется на 5—10% [4]. Для

зернисто-волокнистых материалов типа семян хлопчатника фракционный состав имеет постоянное значение [5]. Поэтому влиянием данного параметра на расширение слоя можно пренебречь.

Исследования гидродинамики семян хлопчатника, обладающих волокнистой поверхностью, проведены с семенами различной опушенности Оп = ~0—13,5%. Живое сечение перфорированной решетки изменялось от 2,2 до 14,7%. Установлено, что при числах псевдоожижения /Сш < 1 изменение высоты слоя Н/Но достигает величин 1,1 —1,75. Даже наличие небольшой степени Оп (1%) резко изменяет гидродинамику процесса.

Изучение гидродинамики зернисто-волокнистых материалов показало, что при скоростях, меньших скорости начала псевдоожижения тпс, расширение слоя очень велико. При Кш < 1 зернисто-волокнистый слой имеет такую же порозность, как и при устойчивом псевдоожижении.

0,7

Ц6

0,5

0Л

с> -г- &■ (к

А А А А А А □ О о а 3 ° .аЛ О п л. *

Д & * а“ а х а .л * / і"

а * Ц К 0 X х °х о <? О О О о * о 0 о °

0.25 0,5

Рис. 1 '

0 75

На рис. 1 представлена зависимость порозности слоя е от Кш Для различных Оп, %: 1 — 0; 2 — 2,55; 3 — 4,5; 4— 13. Следует отметить, что для оголенных семян хлопчатника начальная порозность слоя (єо = 0,39—0,425) такая же, как и для

сыпучих материалов. Но с увеличением опу ности величина ео возрастает.

Довольно высокие значения е0 для опушс хлопковых семян (ео >0,45) обусловлены к образной формой и волокнистой поверхнс частиц. Семена хлопчатника с высокой степ Оп, как следует из рис. 1, характеризуются I высокими значениями е при всех удельных на ках и начальных высотах слоя. Опыты пика что порозность зависит и от плотности зсрн волокнистых материалов.

Более высокие значения гидравлического о тивления ДР свойственны для слоя из опуше семян хлопчатника, чем из оголенных. Как из но, начальная порозность слоя существеннс висит от формы твердых тел, и чем они ( сферичны, тем меньше е0. Этот показатель, ственно, больше для частиц неправильной фс какими являются семена хлопчатника, чем сферической.

Установлено, что для оголенных семян чатника е находится в пределах е0, ра! 0,39—0,45, что позволяет использовать фор для расчета тпс [3]. Однако наличие даже большой волокнистости (рис. 1) приводит ь щественному увеличению порозности слоя мат< лов. Так, если для Оп= 0% е0 составляет в нем 0,4, то для Оп = 4,5—0,48%, Оп = 13,5—0, В докритической области при Ка = 0,75 для

Рис. 2. Обобщение опытных данных по порозности семян хлопчатника в докритической области псевд! жения (Кш — 0,25 1)

“—-і- ( 18 2,02 2,165 2,ъг

20 О ■ X А 0

45 А + ш *1 0-

93,7 • Т ш - -0

Обозначения к рис. 2

ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, №1—3, 1991 135

денных семян Н/Ня= 1,1 составляет 8 — 0,45; для семян Оп = 4,5% и 13,5% соответственно: Н/Но — 1,55 и 1,75; е — 0,62 и 0,7.

Обобщая опытные данные, получим эмпирическую зависимость:

£ —:0,4р—и,|“Ир (0,43/С^ + 0,311), (1)

где р — удельная нагрузка (масса слоя, от-

несенная к единице площади газораспределительной решетки), кг/м2; /Сш=ш>о/^пс- - число псевдоожижения;

т) - - коэффициент, учитывающий волокнистость поверхности и форму частиц (для семян с Оп = 0—12,6% коэффициент изменяется соответственно в пределах от 1,0 до 2,32).

Зависимость (1) описывает порозность слоя зернисто-волокнистых материалов в докритической области псевдоожижения с точностью ±8,6% (рис. 2) и справедлива в диапазоне изменения параметров: р — от 20 до 94 кг/м1, К& = 0,25—1,0, т| = 1,0—2,32.

ЛИТЕРАТУРА

Забродский С. С. Гидродинамика и теплообмен в псевдоожиженном слое.— М.— Л.: Госэнергоиздат, 1963,— 488 с.

1'. Лепилин В. Н., Рашковская Н. Б., Роман -ков П. Г. Некоторые вопросы адсорбции и десорбции во взвешенном слое адсорбента // Журнал прикладной химии.— 1960.— 33.— № 12.— С. 2664—2671. Горошко В. Д., Р о з е н б а у м Р. Д., Тодес О. Б. Приближенные закономерности гидравлики взвешенного слоя и естественного падения.// Изв. вузов, Нефть и газ.— 1958.— № 1.— С. 125—132.

•) Баскаков А. П. Процессы тепло- и массоперено-сов в кипящем слое.— М.: Металлургия, 1978.—

248 с.

Г Процессы и аппараты химических и пищевых производств: Сб. науч. тр. ТашПИ, 1986.— 77 с.

6. Нурмухамедов X. С., Салимов 3. С., Клас-сен П. В., Шарипов Ш. П. Некоторые особенности псевдоожиженного слоя семян хлопчатника // Техника псевдоожижения и перспективы ее развития: Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. 27—30 сент. 1988.— Ленинград—Поддубская.— 1988.— С. 56—57.

Кафедра процессов и аппаратов

химической технологии Поступила 17.11 .Й'7!

66.01:621.979

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ПРЕССОВАНИЯ КАПИЛЛЯРНО-ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

Ю. В. СКАЧКО, А. Н. ПРОХОРОВ. В. А. АНИСТРАТЕНКО, Ю. А. ЗАЯЦ

Киевский ордена Трудового Красного Знамени технологический институт пищевой промышленности

Процесс прессования с целью отжатия жидкой фазы в основном определяется давлением, прикладываемым к отжимаемому материалу, а также его структурно-механическими характеристиками. При отделении влаги в процессе отжатия некоторых пищевых продуктов известными иногда бывают не внешнее давление, а скорость усадки. Такой режим прессования встречается в прессах с жестко связанными рабочими органами — кривошипами, рычажными системами, копирами и т. д. В этой статье сделана попытка вывести дифференциальное уравнение отжатия капиллярно-пористого материала с учетом структурно-механических характеристик компонентов, растворенных в жидкой фазе. Поэтому жидкая фаза рассматривается здесь, как состоящая из слагаемых — некоторого компонента, например сахароза (при отжатии свекловичной стружки) и остального раствора — несахаров. Такое мысленное разделение позволит определить условия выделения того или иного компонента вместе с выделяемой жидкостью для более глубокого изучения процесса, а также с целью оптимизации и прогнозирования процесса отжатия, исходя из характеристик отжимаемого материала.

Рассмотрим схему отжатия некоторого капиллярно-пористого материала (свекловичная стружка, жом и др.), изображенную на рисунке. Материал помещается в цилиндр с площадью поперечного сечения, мг, и предварительно сжимается до момента начала отжатия жидкости, который характеризуется удалением газовой фазы из слоя отжимаемого материала,— этому начальному давлению р', Н/м2, соответствует некоторая высота Л, м. Выделим элементарный слой объемом V’ с высотой йг, при этом его положение от основания цилинд-

ра — I. После приложения нагрузки р>р' выделенный объем примет значение V <У', т. е. «усядет» по высоте на величину йБ.

Запишем объем выделенного элементарного элемента в моменты, когда он находится под нагрузкой р' и р. С учетом изложенных разделений жидкой фазы запишем:

V' = У'с+\г + Ув; К = \С+УА + IV (1)

где V, Ус> V Vв — соответственно объемы выде-ленного элементарного элемента, скелетной части и компонентов