CC BY
74ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА СУШКИ ХЛОПКА-СЫРЦА В СУШИЛЬНЫХ БАРАБАНАХ Файзиев С.Х.
Файзиев Сирожиддин Хает угли - докторант, кафедра технологии и оборудования лёгкой промышленности, Бухарский инженерно-технологический институт, г. Бухара, Республика Узбекистан
Аннотация: в статье изучена динамика процесса перемещения хлопковой массы под воздействием силы инерции, тяжести и центробежной силы в процессе движения материальных систем с оптимальными геометрическими и силовыми параметрами, обеспечивающими нормальное протекание процесса сушки в сушильных барабанах. Ключевые слова: сушка, хлопок-сырец, барабан, сила трения, сила тяжести, инерция, ускорения, частота вращение, лопасть.
Хлопок-сырец состоит из хлопкового волокна и семян, которые содержат целлюлозу, небольшое количество пектиновых веществ и воскового вещества, шелухи с кожицей и ядра, лигнина, белков и минеральных веществ и других компонентов. Все эти компоненты имеют различное геометрическое и химическое строение, что оказывает большое влияние на протекание в них сорбционных и десорбционных процессов.
Основными компонентами хлопка-сырца являются волокно и семена, имеющие различные строение и сорбционные свойства, что оказывает влияние на динамику процесса сушки.
Хлопковые сушилки служат для сушки хлопка-сырца до кондиционной влажности и подсушки хлопка-сырца в непрерывном технологическом процессе до технологической влажности для повышения эффективности соровыделения и получения волокна высокого качества [2].
В настоящее время на предприятиях по переработки хлопка-сырца для сушки используются барабанные сушилки. Барабаны являются теплообменными аппаратами сушилок, где в результате воздействия теплоносителя хлопок-сырец высушивается, а испаренная влага выносится в атмосферу.
При проектировании сушильных барабанов должны быть созданы условия для интенсивного взаимодействия между теплоносителем и хлопком-сырцом путем его рыхления, равномерного распределения по сечению барабана и увеличения времени контакта с теплоносителем во взвешенном состоянии.
Барабан имеет следующие основные элементы: собственно барабан, лопасти с перегородками, опору переднюю на катках, опору заднюю, приспособления для регулирования времени пребывания хлопка и скорости привода [2].
Внутреннюю часть барабана оборудуют лопастями, которые при вращении барабана рассыпают материал параллельными струйками, занимающими весь объем барабана. Система лопастей должна удовлетворять требованию равномерного распределения хлопка-сырца по всему объему барабана с заданным временем
пребывания его в завале и на лопастях и падения с лопастей при минимальной скорости вращения барабана [1].
Технологические процессы сушки хлопка-сырца в сушильных барабанах типа 2СБ-10, СБО и СБТ основаны на принципе аэродинамического взаимодействия материальных систем, участвующих в относительном движении барабана обрабатываемого хлопка-сырца. При этом на обрабатываемую материальную точку, движущуюся с ускорением системы "хлопок-лопасть барабана" действуют силы: центробежная и тяжести, а также сила инерции при постоянной скорости относительного движения (вращения) сушильного барабана [3].
В каждой точке лопасти барабана обрабатываемые комки хлопка массой тк, действующие силы проявляются по направлению и определенной величины (рис. 1).
Рис. 1. Силы, действующие на матеральную точку во вращающемся сушильном барабане
В совокупности все эти силы определяют направление и характер движения материальной точки системы "сушильный барабан-хлопок". Действии центробежной силы Рц и силы тяжести РТ характеризуется известным соотношением критерии Фруда или фактором разделения:
Ц
Ф = РЦ = тк-со1-——=со26-- (1)
Т
где с^ - угловая скорость сушильного барабана; г - радиальное расстояние от оси вращения до материальной точки; - масса комки хлопка-сырца, находящиеся на лопасти барабана.
Материальная точка массой тк приобретает относительное движение в сушильном барабане в сторону результируемого ускорения.
а0 = а + ш2в ■ г + ~д (2)
Результирующая сила Р = Рц + Рг в относительном движении точки определяет силовое действие её с барабаном в преодолении силы сопротивления Рс и характеризует эффект разделения взаимодействующих систем "лопаст барабана-хлопок". Уравнение движение системы (точки) в процессе сушки в этом случае представить в виде
Рдо = Р> Рс (3)
где Рдв - сила направленная в сторону движения точки.
Движение материального потока (тепла и хлопка-сырца) зависит от частоты вращения сушильного барабана и скорости теплового потока. Применяя основные факторы, влияющие на режим движения потока, можно получить требуемые смещение или близкие к граничным режимам тепловой обработки хлопка-сырца,
наилучшие для протекания процесса. Так, с возрастанием частоты вращения сушильного барабана лавинообразный режим движения переходит на другой стадии.
Восхождение потока хлопка-сырца вместе с тепловым потоком происходит из левого квадранта окружности сушильного барабана в левый верхний квадрант (рис. 2).
Рис. 2. Движение материальной точки в барабане в процессе сушки хлопка-сырца
Рассмотрим условия равновесия сушильного барабана с хлопком-сырцом (без теплового действия) с учетом всех действующих сил. Материальная точка А 0 потока при движении сушильного барабана подвергается действию движущей силы Рдв, преоделевающий силу сопротивления Рс,
Рдв = (Л + FT с о s 0 ) f = (m ■ C0g ■ Rs + mg с o s 0 ) f (4)
где F4 - центробежная сила; FT - сила тяжести; в - угол подъема точки в нижнем квадранте; f - коэффициент трения; тк - масса комки хлопка; ш§ - угловая
скорость сушильного барабан.
Зная, величину силу сопротивления Рс = тд sin в, подставляя получим равенство
(тк ■ cog ■ Rs + тдв)/ =mgsin0 (5)
Откуда, угол подъема точки А 0 будет равен:
Sin 6» = / ■ ■ + (1 + / 2) - / 2 ■ . Rs2/g(l + / 2) (6)
При подъеме выше горизонтального диаметра барабана (в = - + //) положение точки А будет характеризоваться углом ¡¡. На точку действуют направленная к центру составляющая силы тяжести, равная , и направленная от центра
центробежная сила тк ■ a>g ■ Rs. Если угол /3 таков, что тд ■sin/3 = тк ■ a>g ■ Rs, т.е.
sin ¡3 = шg — R s/д = Ф, тогда точка А будет падать в нижнюю часть барабана, по траектории парабола, как свободное тяжелое тело, падающие со скоростью R § под углом к горизонту ¡ =-■в. Угол ¡ в этом случае будем называть углом отрыва при = 0 (барабан неподвижно) и f = tg(р , где (р — угол трения. Из уравнения (6):
s i n в = J-— = , tg 9 „ = t g р ■ с o s р = s in р (7)
VTT/2 Vi+tg2<p w г V V >
Нисхождение потока характеризуется падением хлопка-сырца с лопасти барабана в нижнюю часть барабана. Траектория точки А комки при этом представляет собой кривую АЕБ, (АЕ - подъем, FB - падение). Высоту y¡ ветви АГ определяем из уравнения движения тела:
dy
Г ty
dT = 4~J 3-dT = Оу-д ■ dTi> Ti = —>
0
но
dy = со ■ с о s / = n ■ п s ■ D s с о s /, следовательно, время падения:
cos (3
т1=т^п s^Ds——, (8)
9
где пs, Ds - частота вращения и диаметр сушильного барабана. Учитывая это уравнение, находим у :
уг = (п^пs ■ Ds соsp)2 /2 д. (9)
Отрыв комки хлопка от лопасти барабана происходит при условии, что составляющая силы тяжести уравновесится центробежной силой, т.е.
FT^si п/ = FT ■ (2п^пs)2 ■ Ds/2д. ( 1 0 )
С учетом данного уравнение (9), уравнение (10) примет вид:
у± = 0,25 ■ Ds ■ cos2/■sin2p (1 1)
Чтобы определит значение угла / и пs,, при которых высота падения точки Н достигает максимума, поместим начало координат в точку отрыва А.
Полная высота падения комки хлопка--сырца с лопасти барабана будет равна:
Н со со
Величина Н достигает максимума при условии
dH 0 ,
— =0, taB = 0.5, В = 35 20 ар
Таким образом, анализ работы существующих конструкций сушильных барабанов показывают, что взаимодействие движения материальных систем с рабочими органами, позволяют определить динамическую надежность конструкции с учетом всех действующих сил, угла подъема /, частоты вращения и диаметра барабана и его угловые скорости в процессе работы.
Список литературы
1. Балтабаев С., Парпиев А.П. Сушка хлопка-сырца. Ташкент. "Учитель", 1980.
2. Мирошниченко Г.И. Основы проектирования машин первичной обработки хлопка. М. Машиностроение, 1972.
3. Гаппарова М.А. Совершенствование режима сушки хлопка-сырца в барабанной сушилке с целью максимального сохранения качества волокна. Тошкент. Дисс. канд.техн.наук, 1999. С. 126.
