ПРЕДИСЛОВИЕ

В последние годы в промышленной практике широко испольг зуется техника взветенноГЪ (кипящего, псевдоожиженного) слоя в качестве одного из действенных средств интенсификации производства. Целый ряд процессов химической технологии (обжиг руд и концентратов, сушка различных материалов, производство активированных углей и катализаторов, разделение газов сорбционными методами, контактно-каталитические процессы и др.) производится во взвешенном слое.

Внедрению в химическую и смежные отрасли промышленности этого нового прогрессивного технологического метода взаимодействия между твердой и газовой (жидкой) фазами позволяет заменить некоторые периодические процессы непрерывными. Кроме того, удается сократить продолжительность обработки тех или иных материалов путем применения более высоких скоростей материальных потоков и автоматизировать процесс. Таким образом, ведение технологических процессов во взвешенном слое дает возможность повысить не только эффективность аппаратурных объемов, но и производительность труда.

Настоящая монография является переработанным и дополненным вторым изданием книги авторов «Сушка в кипящем слое» (изд. «Химия», 1964 г.). В ней рассматриваются теоретические основы процесса сушки во взвешенном слое — гидродинамика и кинетические закономерности процесса сушки, конструкции сушилок для сыпучих и пастообразных материалов, для расплавов и растворов, а также методы расчета сушильных установок. Освещены также вопросы автоматизации.

Однако в книгу не включены разделы, касающиеся пневматических и распылительных сушилок, так как по этим методам сушки в нашей литературе имеется ряд специальных монографий и общих руководств: И. М. Федорова, М. В. Лыкова и Б. И. Леончика, П. Д. Лебедева, М. Ю. Лурье и др.

Авторы стремились систематизировать и обобщить имеющиеся в литературе данные по сушке различных материалов во взвешенном слое, опубликованные как в Советском Союзе, так и за рубежом. В книгу включены также результаты исследовательских работ по сушке во взвешенном слое. Поскольку гидродинамика кипящего

слоя достаточно полно отражена в ряде отечественных и зарубежных монографий (С. С. Забродского, М. Лева, Н. И. Сыромятникова и В. Ф. Волкова, Н И. Гельперин, В. Г. Айнштейн и др.), то в настоящем издании в гл. I основное внимание уделено вопросам гидродинамики фонтанирующего и вихревого слоев, получивших широкое применение при сушке и в других промышленных процессах.

Авторы надеются, что эта книга окажется полезной при выборе метода сушки, проектировании и расчете сушильных установок, при дальнейшем исследовании этого важного технологического процесса и тем самым будет содействовать техническому прогрессу химической и смежных с ней отраслей промышленности.

Авторы выражают благодарность А. Ауфу, В. Е. Бабенко, 3. А. Березовской, М. В. Герке, А. Д. Гольцикеру, В. Е. Куцако- вой, Н. С. Лютой, А. Д. Минчеву, Д. Т. Митеву, Н. Н. Мясниковой, И. О. Протодьяконову, Л. Л. Синельниковой, Л. А. Синюку, В. Ф. Фролову, П. А. Яблонскому и др. за творческое участие в совместной работе по изучению процесса сушки во взвешенном слое.

Авторы весьма признательны А. Д. Гольцикеру за помощь при подготовке рукописи к печати.

Все замечания и пожелания читателей будут приняты авторами с благодарностью.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Z—удельная производительность （напряжение） сушилки по испаряемой влаге,雑2/^2, кг/м^;

а =коэффициент температуропроводности, 制2/с,'叫ч; ср

дж / ккал 、

с—теплоемкость, I ] •

Ka • град、кгс • град /，

Dau—диаметр аппарата, м\Dau—диаметр аппарата, м\D—коэффициент диффузии, л2/сек, М/м; диаметр верхнего сечения слоя, л;

Dau—диаметр аппарата, м\

Dau—диаметр аппарата, м\

d（）—диаметр вижнего сечения аппарата, лс;

d—диаметр частиц, мк, мму лц

F—поверхность теплообмена частиц,謳2；

G—производительность аппарата, ка/% кг/сек;

&н—высота аппарата, м;

А——высота кипящего слоя, мм, jw;

诊о—высота неподвижного слоя, мм, м;

L — расход газа, кг/ч, к" сек;

Ар—перепад давления в слое, мм еоЗ. ап.;

р—давление,咒/顕（如】 拙謳 е。。. спь.）\

At—температурный напор, град}

t一температура газа, °C;

,кг влаги

и —влагосодержание материала,

кг сухого еещестеа

вт / ккал■м2. град I л«2 • “ • градвт / ккал■м2. град I л«2 • “ • градW—производительность сушилки по испаряемой влаге, кг/ч, кг/с^к; w—скорость потока （на полное сечение аппарата）, м/сек;

вт / ккал

■м2. град I л«2 • “ • град

вт / ккал

■м2. град I л«2 • “ • град

а—коэ ффициент теплоотдачи,

е—порозность кипящего СЛОЕ；

кгс • сек \кгс • сек \е（）— порозность неподвижного слоя;

кгс • сек \

кгс • сек \

卩一динамический коэффициент вязкоств, •■ jh^-（

V—кинематический коэффициент вязкостиу ^/сек;

р ―плотность, ка/з；

т, 0 — время, се% ч;

5 6 — температура частиц, ℃;

Аг = екритерии Архимеда;

『Рг

「а Р" П 。

Eu =血編—критерии Эйлера;

гигисм （〃—令 1）см （〃—令 1）критерий Коссовича;критерий Коссовича;

ги

ги

см （〃—令 1）

см （〃—令 1）

критерий Коссовича;

критерий Коссовича;

Ьи ~~- — критерий Лыкова;

Lv =^^―：——критерий Лященко;

У Vg(p-Pr)

Nu = —критерийНуссельта(тепловой);

е. ad„

Bi —-гкритерииБио;

Рг =критерий Прандтля (тепловой);

_ wd„ „ „

Re —критерии Рейнольдса;

.Е.Е°，ср〃'一Up*一与°，ср〃'一Up*一与—критерий Фурье;—критерий Фурье;симплекс влагосодержания;симплекс влагосодержания;

.Е

.Е

°，ср

〃'一Up

*一与

°，ср

〃'一Up

*一与

—критерий Фурье;

—критерий Фурье;

симплекс влагосодержания;

симплекс влагосодержания;

七=число (коэффициент) псевдоожижения. %р Индексы

нач—начальное

кон—конечное

кр—критическое вит—витания

р ——равновесное

ГЛАВА ПЕРВАЯ

ГИДРОДИНАМИКА ВЗВЕШЕННОГО СЛОЯ

Взвешенным слоем называют кипящий (псевдоожиженный) и фонтанирующий слой, а также различные их модификации. В данной главе рассматриваются некоторые вопросы гидродинамики в этих слоях, имеющие наиболее важное значение для разработки, проектирования и расчета процесса сушки. Так как теоретическим и экспериментальным исследованиям гидродинамики кипящего слоя посвящено большое число монографий [1—5], а систематическое изложение этого* вопроса для фонтанирующего слоя отсутствует, то здесь на основе собственных и литературных данных будут подробно рассмотрены вопросы гидродинамики фонтанирующего слон.

КЛАССИФИКАЦИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ И АППАРАТОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ ПРОЦЕССОВ СУШКИ

Ориентировочная классификация по гидродинамическому режиму [6] областей работы сушилок, в которых теплоноситель движется через слой зернистого материала, ясна из рис. 1-1.

На диаграмме приведена зависимость скорости потока от диаметра частиц при различной порозности слоя: от е = 0,4, соответствующей неподвижном у э свободно насыпанному слою, до £ = 1, соответствующей условиям витания одиночной частицы в неограниченном объеме (при плотности материала рм = 900 кг/м3 и температуре воздуха % = 100° С).

На кривой 1 и ниже ее при порозности слоя е = 0,4 лежит область работы сушилок с фильтрующим слоем. К этому типу следует отнести все сушилки, в которых при продувании горючего газа через слой материала частицы остаются неподвижными (слой лежит на неподвижной или поступательно перемещающейся сетке, либо движется компактно сверху вниз, навстречу газовому потоку). На кривой 5 и выше ее при породности, приблизительно равной единице (е =1), лежит область работы пневматических сушилок, работающих в режиме уноса.

В этих сушилках процесс осуществляется при транспорта- ровании частиц газовым потоком [со скоростями, превышающими скорость витания частиц. Между кривыми I н 5 заключена область взвешенного слоя.

wt м/сек

0r

• а. м

Рис. 1-1. Области работы (ориентировочно) сушилок с продуванием газа через слой:

I — зависимость от d при е = 0,4; 2 — область работы сушилок кипящего слоя достоян- ного сечения по высоте; 3 — увеличение области работы сушилок кипящего слоя в аппаратах расширяющегося сечения; 4 — область работы аэрофонтанных сушилок; 5 — зависимость адвит от d при £ = 1.

В определенном интервале порозности слоя (е 勺0,55 + 0,75) работают промышленные сушилки кипящего (псевдоожиженного) слоя. Эта область охватывает частицы диаметром от 30—40 мк до 6—7 мм (область 2), а для конических аппаратов может быть расширена (до d = 25 + 30 九九一область 3).

При порозности слоя £ = 0,75 4- 0,95 работают аэрофонтанные сушилки (область 4)・ В сушилках этого типа удается обрабатывать материалы, содержащие частицы диаметром от нескольких микронов до нескольких миллиметров.

Аппараты кипящего слоя постоянного или несколько расширяющегося по высоте сечения, благодаря простоте конструктивного оформления, нашли широкое применение в промышленности.

Недостатки кипящего слоя в таких аппаратах:

невозможность повышения скорости сверх значения, соответствующего верхней границе существования кипящего слоя;

трудность обработки полидисперсных систем;

недостаточно интенсивный гидродинамический режим вблизи решетки, что приводит к ее заплавлению в высокотемпературных процессах при обработке полидисперсных и термолабильных материалов и в процессах с вводом в слой жидкой фазы.

Указанные недостатки ограничивают возможности повышения производительности этих аппаратов, и в ряде отраслей в упомянутых выше случаях применяют аппараты расширяющегося по высоте сечения (коническо-цилиндрические), работающие в режиме фонтанирования.

Преимущества таких аппаратов следующие:

закономерное изменение скорости снизу вверх позволяет одновременно обрабатывать твердые частицы различных размеров- и в режимах различной интенсивности;

достаточно высокие скорости в нижней части аппарата позволяют, особенно при значительных углах раствора конуса, обрабатывать вещества, длительный контакт которых с решеткой недопустим, комкующиеся и слипающиеся вещества, а также вводить в слой жидкости и пасты.

За сравнительно короткий срок было предложено большое число конструкций аппаратов переменного по высоте сечения.

Более полно их можно классифицировать по следующим признакам (рис. 1-2).

Л ппараты с кипящим слоем расширяюи/еос凡 по высоте сечения二

расширение над слоем (рис. 1-2, а) [7].

расширение по всей высоте аппарата с постоянным углом конусности (рис. 1-2, 6) [8];

расширение по всей высоте аппарата с переменным углом конусности (рис. 1-2, б) [9].

Однокамерные аппараты с фонтанирующим слоем обычного- типа:

конический аппарат с фонтанирующим слоем (рис. 1-2, г) [10];

цилиндро-конический аппарат с фонтанирующим слоем (рис. 1-2, д) [11];

струйный аппарат с фонтанирующим слоем (рис. 1-2, е) 12];

щелевой аппарат с фонтанирующим слоем (рис. 1-2,蘭)13 ;

кольцевой аппарат с фонтанирующим слоем (рис. 1-2, з) [14 .

Однокамерные аппараты с фонтанирующим слоем специальных типов:

1) аэрофонтанный аппарат (рис. 1-2, “)Ц5];

Рпс 1-2. Схемы различных конструкций аппаратов с фонтанирующими слоями.

аппарат фонтанирующего слоя 工с цилиндрической нижней ■частью (рис. 1-2, к) [17];

10

аппарат фонтанирующего слоя с закрытым фонтанированием (рис. 1-2, л) [18];

аппарат фонтанирующего слоя с обращенным входом струй <(рис. 1-2, м) [18];

аппараты фонтанирующего слоя с пульсирующей подачей газа 119];.

аппарат фонтанирующего слоя с мешалкой (рис. 1-2, н) [20];

аппарат фонтанирующего слоя с перфорированным коническим дном (рис. 1-2, о) [21].

Многокамерные аппараты с фонтанирующим слоем:

аппарат каскадного типа с несколькими ретортами (рис. 1-2,〃) [22];

аппарат аэрофонтанного типа с несколькими р асширителями (рис. 1-2, р) [23];

аппарат с фонтанирующими слоями на конических провальных перегородках (рис. 1-2, с) [24];

аппарат с фонтанирующими слоями на многоконусных провальных перегородках (рис. 1-2, т) 124];

аппарат аэрофонтанного типа с насадкой (рис. 1-2, у) [25];

двухконусный аппарат «конус в конусе» (рис. 1-2,血 [26];

Приведенная классификация позволяет различать процессы со взвешенной твердой фазой в аппаратах переменного по высоте сечения по следующим признакам:

аппараты кипящего слоя в конических сосудах — кипящий слой с хаотическим движением (a W 20°) [120];

аппараты фонтанирующего слоя с восходящим движением твердой фазы по оси аппарата (увлечение газовой струей) и нисходящим вдоль стенок (20 w a w 180°) [98].

ДИАПАЗОН СУЩЕСТВОВАНИЯ КИПЯЩЕГО СЛОЯ

Все системы со взвешенным слоем характеризуются двоякой функцией газа: с одной стороны, он является, как и в процессах с фильтрующим, движущимся и падающим слоями твердого материала, технологическим агентом, обеспечивающим подвод тепла, а с другой, взвешивающим агентом, обеспечивая движение частиц и их перемешивание. Наличие этой двойной функции потока приводит иногда к жесткой связи между условиями существования системы и закономерностями подвода к ней тепла. Поскольку основной рас- нет процессов со взвешенным слоем сводится к выявлению этих связей, ниже рассматриваются условия существования различных модификаций взвешенного слоя и их взаимосвязь с технологическими требованиями, предъявляемыми к этим системам.

Простейшая система со взвешенными твердыми частицами — пневмотранспорт [3] — имеет практически неограниченный диа- пазон существования при всех скоростях газа свыше ipbht ——

скорости витания частиц, которые движутся вместе с газовым потоком со скоростью скольжения, в установившемся режиме равной

10 = 1% — 1%нт

Сложнее обстоит дело с кипящим (псевдоожиженным) слоем. Эта система имеет две границы, соответствующие ее промежуточному положению между неподвижным (плотным) продуваемым слоем и пневмотранспортом, нижняя граница которого (%皿)является теоретически верхним пределом существования кипящего слоя [27, 28].

Переход неподвижного слоя в кипящий описывался в работах: ряда исследователей. Было предложено большое число зависимостей для описания основных закономерностей этого явления.

Ввиду значительного их количества (большинство их сведено в табл. 1-1) целесообразно рассмотреть эти зависимости с единой, точки зрения, основанной на анализе общего механизма процесса [29].

Явление псевдоожижения состоит в том, что при определенной, скорости обтекания стесняющих друг друга частиц происходит их взвешивание в потоке, причем этой скорости соответствует определенная степень взаимного стеснения частиц. Исходя из этого, можно сформулировать четыре условия, совместно определяющих точку начала псевдоожижения.

Условие обтекания указывает на характер взаимодействия! потока газа с твердыми частицами и может быть задано следующим] способом: в виде одночленного

% = aRe-% (1-1> и двучленного

/产蒔(1-2) коэффициентов сопротивления либо с помощью эмпирически подобранной функции.

Условие стесненности характеризует влияние других частиц, на процесс обтекания и может быть задано 1) функцией порозности, полученной при рассмотрении канальной модели фи л ьтрующего слоя, 2) функцией порозности, найденной из расширения или вязкостных свойств псевдоожиженного слоя, или с помощью эмпирически подобранного коэффициента. В зависимости от выбора формы задания условия стесненности и различают внутреннюю и внешнюю* задачи.

Условие псевдоожижения (взвешивания). В отношении этого- условия имеются две точки зрения: ряд исследователей [2, 5, 78, 79] считают, что действительная скорость псевдоожижения постоянна при любой степени расширения слоя и равна скорости витания частицы. Такой подход не учитывает зависимости степени стесненности частиц от расширения слоя. Тодес [28], полагает, что слой.

частиц находится в псевдоожиженном состоянии, когда средняя во времени подъемная сила уравновешивает вес частицы.

Этот взгляд высказывался также и другими исследователями [49, 69, 80, 81]. Исходя из этого, для одной частицы условие псевдоожижения записывается как

(1-3)(1-3)f=mg

(1-3)

(1-3)

где / — подъемная сила, действующая на частицу, a mg ——вес частицы в среде.

Идентичное условие псевдоожижения для всего слоя может быть записано в виде

Ар =Ар =G■уG■у(1-4)(1-4)

Ар =

Ар =

G■у

G■у

(1-4)

(1-4)

где Ар — гидравлическое сопротивление слоя, G — вес слоя, S — •сечение слоя или в виде зависимости [82]

(1-5)(1-5)■^•=g (рт 一 Рс) (1 —£)

(1-5)

(1-5)

Граничное условие. Совокупность приведенных выше условий определяет весь диапазон псевдоожижения. Для определения конкретного состояния необходимо задание дополнительного условия, например порозности е. Для начала псевдоожижения граничным условием является значение порозности неподвижного слоя е0.

Как уже было указано, все формулы, приведенные в табл. 1-1, получены путем использования в той или иной форме четырех перечисленных условий и отличаются лишь формой задания условий и видом функциональной зависимости, т. е. отличие чисто формальное, и поэтому они не имеют никаких преимуществ. Выбирать ту или иную формулу следует, лишь исходя из удобства пользования.

Первое требование — явный вид формулы относительно скорости %.

Второе же заключается в том, что расчетная формула не должна содержать трудно определяемых величин, например фактора формы. Несмотря на то, что рядом исследователей [30] обобщен и систематизирован большой материал по факторам формы, все же этих данных недостаточно.

Третье требование — расчетная зависимость должна быть единой Для описания всего диапазона режимов обтекания. Большинство существующих формул применимо лишь в определенных пределах, и непрерывная экспериментальная зависимость выражается с помощью трех — четырех отрезков кривых (в частном случае — пря- мкх), точка пересечения которых не лежит на экспериментальной кривой, что с математической точки зрения не является достаточно удовлетворительным,

Формулы для вычисления критической скорости псевдоожижения [29]

Авторы

Формула

Область применения

Литературные1 данные-

Акопян, Касаткин

R”0,0091p(_%)Аг

R…67 [人r

ReKp<35

70WReKpW700@

3f

Дементьев

Re^82 = o,065ao圖+欠аr,人= 4 5,3 他)一0,35)1道， 。0—доля взвешенных частиц

15<Re<6000

32

Лева, Вейнтрауб, Груммер, Поллчик, Строч

「л nn〈 "gPe(PM Pc)屮"蜕

%卩(J*

Re <10

33

Мартюшин

[%3

ReK₽ 290a (1——^г» а ~ Д°ля свободного сечения решетки

—

34

Сусиу, Шорр

Н%р=41^Аг Re 肥= ~Ц*Аг

Ламинарный режим Турбулентный режим

35

Винтерштейн, Розе

„ Pc _ зRe

вр рм -е° 150(1-М+ 1.75Re

36

Горошко, Розенбаум, Тодес

Аг

кр-1400+5,22/ХГ

37

Абаев, Гусман

/71,6700»ЭЭ4

4P = °，8r験

—

38

Алиев, Индюков, Рустамов

必р = (0,00051)"岁(Р.Рс)£

n = f(d)

39

Бейлин

ReKp = 0Q46Ar°，587

—

40

Гинзбург, Резчиков

ReKp = °，01Fei，98

——

41

Граф

4p = 0,000565 " g jPJ ¥

Re <10

42

Гришин

Re^p = 4,75Fe—325

—

43

Еркова, Смирнов

Re = 0,0472£5Ar

Re=0,110 (e5Ar)o，w

Re = 1,15 (ебАг)0»®

Ламинарный режим Переходной режим Турбулентный режим

44

Клевлеев

%p = 0,00034 У 際―「J

—

45

Лева, Шираи, Вен

GKp = 0,00923七星喘g砂竺4

Ке<5

46

Миллер, Логвинук

*0,00125竺処二虱吧空上

—

47

Авторы

Формула

Область применения

Литературные данные

Мухленов, Трабер, Румянцева

ReKp = 0,0031Аг

Re = 0,31Ar°，5

Ламинарный режим Турбулентный режим

48

Орочко, Войтехов

[п п+0,50,5

…戸[宀尸尸(»严

也=0,44-0,46

d = 0,l + 5 мм

49

Розловский

Re.=0,141 Ar0#

——

50

Смирнов

ReKp—0,00054 Ar

Ламинарный режим

51

Страиео, Копли

% = 0,000294 2’ 吗―「J 纟

Ламинарный режим

52

Федоров

Re = 0,095 Fe】，56

Fe = 40 + 200

53

Хирден, Нобель, Кревелен

ReKp = 0,00073 '"".'pС」

Ламинарный режим

54

Юстат, Янио, Горжка

%p = 0,00127 -Ka..

Re <10

55

Беранек

4P ■= отд 土 о,ооз д^т

-^W-=0,022B8,2

-^- = 0,09 + 0,005 ^ВИТ

Во <0,3

0,3 < Во <103

Во >103

56

Забродский

-・％p =0,lFe%u5 ^вит

Ео = 0,476

57

Чечеткин

亠1 = 0,08 切внт

@=0,18 —1,5 мм

d = 2 + 6 мм

58

Андерсон

亠p ="2丁2,39

^ВИТУ

Ламинарный режим

59

Беня

R0,00138Ar

収 (Ar+19,O)o，u。

Re <39 Аг<105

60

Гаспарян, Заминян

———=呼 n = / (Re) %нт

—

61

Джоттранд

———= е", и = 5,6 кт

62

2 Заказ 1560,

0000АвторыФормулаОбласть примененияЛитературные данныеКоларRe()WlRe >1863%техр 0,042 [1g 10 1^ер4,965 }%птexp 1 0,157l>Ad2,823 }Лоеффлер, Рут%резЛаминарный режим641—eкт 5>7e21 1—eЛьюис, БауерманW,彩л = 8,33 n = 2,94% = 2,33Re<2 2<Re<500 Re >50065ЛящеикоJ° - = е", 71 = 2,5 + 3,8—66Минц* = —4,5 (1-е)+ /[4,5 (1-е)Р+еЗ-^-=-0,23 (1-е)+i/[0,23 (1-е)]2+бзd<0,l мм, Re<ld〉10 мм67Петров卿А 2Rё18 + 1,。33a山，4'm7®)—68Ричардсон, Заки——= ew, n = /(Re)-^вит—69АвторыФормулаОбласть примененияЛитературные данныеКоларRe()WlRe >1863%техр 0,042 [1g 10 1^ер4,965 }%птexp 1 0,157l>Ad2,823 }Лоеффлер, Рут%резЛаминарный режим641—eкт 5>7e21 1—eЛьюис, БауерманW,彩л = 8,33 n = 2,94% = 2,33Re<2 2<Re<500 Re >50065ЛящеикоJ° - = е", 71 = 2,5 + 3,8—66Минц* = —4,5 (1-е)+ /[4,5 (1-е)Р+еЗ-^-=-0,23 (1-е)+i/[0,23 (1-е)]2+бзd<0,l мм, Re<ld〉10 мм67Петров卿А 2Rё18 + 1,。33a山，4'm7®)—68Ричардсон, Заки——= ew, n = /(Re)-^вит—69

00

00

Авторы

Формула

Область применения

Литературные данные

Колар

Re()Wl

Re >18

63

%техр 0,042 [1g 10 1^ер

4,965 }

%птexp 1 0,157

l>Ad

2,823 }

Лоеффлер, Рут

%р

ез

Ламинарный режим

64

1—e

кт 5>7

e2

1 1—e

Льюис, Бауерман

W,

彩

л = 8,33 n = 2,94

% = 2,33

Re<2 2<Re<500 Re >500

65

Лящеико

J° - = е", 71 = 2,5 + 3,8

—

66

Минц

* = —4,5 (1-е)+ /[4,5 (1-е)Р+еЗ

-^-=-0,23 (1-е)+i/[0,23 (1-е)]2+бз

d<0,l мм, Re<l

d〉10 мм

67

Петров

卿

А 2

Rё18 + 1,。33a山，4'm7®)

—

68

Ричардсон, Заки

——= ew, n = /(Re)

-^вит

—

69

Авторы

Формула

Область применения

Литературные данные

Колар

Re()Wl

Re >18

63

%техр 0,042 [1g 10 1^ер

4,965 }

%птexp 1 0,157

l>Ad

2,823 }

Лоеффлер, Рут

%р

ез

Ламинарный режим

64

1—e

кт 5>7

e2

1 1—e

Льюис, Бауерман

W,

彩

л = 8,33 n = 2,94

% = 2,33

Re<2 2<Re<500 Re >500

65

Лящеико

J° - = е", 71 = 2,5 + 3,8

—

66

Минц

* = —4,5 (1-е)+ /[4,5 (1-е)Р+еЗ

-^-=-0,23 (1-е)+i/[0,23 (1-е)]2+бз

d<0,l мм, Re<l

d〉10 мм

67

Петров

卿

А 2

Rё18 + 1,。33a山，4'm7®)

—

68

Ричардсон, Заки

——= ew, n = /(Re)

-^вит

—

69

2Такеда

1 —Е1 Г/ W 、°，25]

-=-1- 1-«(-—), 0 = 1,00 — 1,10

1—Ео 1 —е0 LV ^вит /」

Ламинарный режим

70

Джонсон

_淵屮2g3

Grp ]8卩(Pm Pc) Pc 1 + 0,5 (1 — e)

G'p °例即Pc ( ] _ e ) l 卩(I) [1 + 0,5 (1 - e)]

Re<2

Re>2

71

Хаксли

% _炉

'% exp「4，NT]

PL 0,64+ e」

Ламинарный режим

72

Хэппел

io3^(1—e)/' + _|~(1一 e)—3 (1 —-e)2

Ламинарный режим

73

%ит3+2(1 —8)”

Пинчбек, Поппер

Re1 j/ 36 + Ar

R；：；~ ^'^Ar10,00073 Ar

Ламинарный и переходной режимы

74, 75

Смирнов

Re1 /зб+；Аг

ReKpз 丄丄 и Аг 10,00054 Ar

Ламинарный и переходной режимы

51

-Льюис, Гил л и ленд, Бауер

—= E%65； с—коэффициент сопротивления

—

76

Роув

S

_.кр =68,5; С — коэффициент сопротивления

——

77

Для пользования такими формулами необходимо предварительно определять режим обтекания.

Единственное из существующих уравнений, применяемое для описания всего диапазона режимов обтекания, — это интерполяционная формула Горошко, Розенбаума и Тодеса (для шарообразных частиц) [37 ]:

(1-6)(1-6)Ar

(1-6)

(1-6)

1400-г 5,22 /斤

Этими же авторами предложена обобщенная по л у эмпирическая интерполяционная формула для описания всего диапазона существования взвешенного слоя

(1-7)(1-7)。Ar£%75

(1-7)

(1-7)

Re = -—

18 .-0,61 /Аг£%7з

переходящая при £ = 0,4 в приведенное выше выражение (1-6) для критической скорости начала псевдоожижения, а при е — 1,0 дающая значение Re для скорости витания

(Ь8)(Ь8)ReBWT =Ar

(Ь8)

(Ь8)

18+0,61 /Аг

Эти зависимости приведены на рис. 1-3 в координатах Ly — Ar * и позволяют находить значение скоростей . псевдоожижения при различных гидродинамических режимах [83].

Необходимо остановиться также на возможной точности определения критической скорости псевдоожижения.

Выше показано, что начало псевдоожижения определяется совокупностью четырех условий.

Аэров [30] показал, что при задании условия обтекания коэффи- циентом сопротивления погрешность составляет ±30 4- 50%. Условие стесненности также задается с известной погрешностью, ввиду эмпирического характера коэффициентов и показателей функции порозности.

Условие псевдоожижения может быть задано достаточно точно в случае идеального псевдоожижения, в реальных же условиях оно не вполне соответствует величине 去• Граничное условие вызывает наиболее значительную погрешность из-эа отсутствия точного критерия для определения момента начала псевдоожижения [30]. Кроме того, само значение начальной порозности для реальных материалов сильно колеблется.

Поскольку в практических случаях рабочая скорость псевдоожижения в несколько раз превышает критическую, то необходимо

/ т 1^ 3=右=/ т 1^ 3=右=^3Рср^3Рср卩CpPyg卩CpPygкритерий Лященко;критерий Лященко;

/ т 1^ 3=右=

/ т 1^ 3=右=

^3Рср

^3Рср

卩CpPyg

卩CpPyg

критерий Лященко;

критерий Лященко;

^3РмРср^

гкритерий Архимеда.

Nep

w

Ly

10

10

10

勿

10

10

10

10

10

10

10

10s

/6

10

Ar

/"

Рис. 1-3. Кривые Ly = / (Ar, e).

знать лишь порядок величины критической скорости псевдоожижения и формула (1-6) при е = 0,4 вполне обеспечивает требуемую точность.

Выше уже отмечалось, что теоретической верхней границей псевдоожиженного состояния является скорость витания 1Гвнт и ее приближенно можно принять за предел существования кипящего слоя.

В этом случае отношение —尸吼 или обратная величина — "'кр^вит

удобная характеристика диапазона существования кипящего слоя. Поскольку эта величина является одним из важнейших свойств

кипящего слоя, неоднократно предпринимались попытки получения аналитического выражения для расчета ее во всех режимах обтекания. В табл. 1-2 приведены формулы, предлагавшиеся различными авторами для описания зависимости от критерия Аг.

^вит

Анализ полученных к 1963 г. зависимостей этого вида показал, что они либо плавно описывают часть режимов обтекания [51, 74, 75], либо аппроксимируют плавную кривую, характерную для явления, отрезками ломаной линии, точки пересечения которых не лежат на экспериментальной кривой [56], что недостаточно обосновано.

Ввиду этого целесообразно получить для величины, характеризующей диапазон существования кипящего слоя, единую зависимость, справедливую для всех режимов обтекания. Авторами и Голь- цикером [29] была получена искомая интерполяционная зависимость на основе следующих соображений.

Исходя из постоянства значений ——— в ламинарной (Ar < 101) ^вит

и турбулентной (Аг > 106) областях, можно записать

при Аг〉106при Аг〉106%^'вит%^'вит=4=4(1-9)(1-9)при Ar V 101при Ar V 1014р4р=В=В(МО)(МО)Интерполяционная формула для вычисления диапазоне значений критерия Архимеда (Аг) будетИнтерполяционная формула для вычисления диапазоне значений критерия Архимеда (Аг) будет^вит^витвововсемвсем

при Аг〉106

при Аг〉106

%^'вит

%^'вит

=4

=4

(1-9)

(1-9)

при Ar V 101

при Ar V 101

4р

4р

=В

=В

(МО)

(МО)

Интерполяционная формула для вычисления диапазоне значений критерия Архимеда (Аг) будет

Интерполяционная формула для вычисления диапазоне значений критерия Архимеда (Аг) будет

^вит

^вит

во

во

всем

всем

(1-12)(1-13)(1-12)(1-13)

(1-12)

(1-13)

(1-12)

(1-13)

(1-11)(1-11)亠- = / — (/—В) / (Аг) "вит

(1-11)

(1-11)

где / (Аг) — некоторая функция, удовлетворяющая условию:

/ (Аг) т 1 при Аг V 10

/ (Аг) —> 0 при Ar〉106

Эта функция должна отражать характер изменения в

переходной области при изменении этого отношения от 5 до Л.

Так как известно, что зависимость = / (Аг) в переход-

^ввт

ной области носит степенной характер и это отношение представляетсобой обратную функцию величины Аг, то из (1-12) и (1-13) получим

"aГ)= 不"而仆⑷"aГ)= 不"而仆⑷Рис. 1-4. Сопоставление зависимости (1-16) с опытными данными различных авторов:Рис. 1-4. Сопоставление зависимости (1-16) с опытными данными различных авторов:1 — кривая зависимости (1-16); 2 — кривая зависимости Бера- .,нека [56].О —[561； •—[74]; V — [44]; X — [77]; 0 —[51]; □ —[17].1 — кривая зависимости (1-16); 2 — кривая зависимости Бера- .,нека [56].О —[561； •—[74]; V — [44]; X — [77]; 0 —[51]; □ —[17].

"aГ)= 不"而仆⑷

"aГ)= 不"而仆⑷

Рис. 1-4. Сопоставление зависимости (1-16) с опытными данными различных авторов:

Рис. 1-4. Сопоставление зависимости (1-16) с опытными данными различных авторов:

1 — кривая зависимости (1-16); 2 — кривая зависимости Бера- .,нека [56].

О —[561； •—[74]; V — [44]; X — [77]; 0 —[51]; □ —[17].

1 — кривая зависимости (1-16); 2 — кривая зависимости Бера- .,нека [56].

О —[561； •—[74]; V — [44]; X — [77]; 0 —[51]; □ —[17].

1 + * Аги1 + * Агии, следовательно, искомая интерполяционная формула будет

1 + * Аги

1 + * Аги

(Ы5)

где Лип ——константы, характеризующие увеличение отношения

；от £ до Л с ростом Аг в переходной области.

^вит

С целью определения значений А и В, удовлетворяющих наибольшему числу экспериментальных данных, были вычислены значения -^_ ^для ламинарного и турбулентного режимов обтека- ^вит

ния по различным формулам. Полученные данные подтверждают постоянство —— в обеих областях (с отклонениями, соответству- "вит

ющими точности эксперимента). Наиболее близкие к среднему значению этого отношения в ламинарной области дают формулы Хир- дена [54] и Тодеса [37], в турбулентной — формулы Ричардсона

Зависимости, предложенные для диапазона существования кипящего слоя

Авторы, источник

Вид зависимости

Пределы применения

Броунштейн, Тодес [84]

Ren—— Немин

Ламинарный режим обтекания

Пинчбек, Поппер [74]

Re1)/зб+告 Аг

ReKp丄丄° Ar t o,o(x)73Ar

Ламинарный и частично переходный режим обтекания

Горошко, Розенбаум, Тодес [37]

円吗=«78

乌亚Z=8,5

Ламинарнаяобласть

Аг <20

Турбулентиая область

Смирнов [51]

Re1]/ 36 + -~-Ar

ReKp丄口…и Ar 10,00054

1

Аг>104 Ламинарный и переходный режим

1

Бераиек, Сокол [56]

0,019±0,003

%нт 1=0：09± 9,305

В。<0,3 0,3<В0<103

Во >103

Гельперин, Айнштейп, Гойхмаи [85]

R^b—— 1400+5,22/ХГ Re,p 18+0,61 /АГ

Во всем диапазоне обтекания

Ееранек, Сокол» Винтер- штейн [86]

% — (10 + О,275Во) (250 + В。)咏 Art (99O + 285Bo)(I4O+-Bo)

-^- = 0,0177 %нт

Во всем диапазоне обтекания

Ламинарное обтекание В。V10-?

Нарисман [87]

% =0,096 ^ВИТ

"втгт .RCeht

%р27,83 [/1 + 0,00057Кевит — 1J

Турбулентное обтекание Во >3-103

Во всем диапазоне обтекания

* Критерий Лященко (Ly) был впервые введен И. С. Павлушенко в 1955 г. Одновременно аналогичный критерий был предложен Я. Беранеком и назван критерием Во.

2 42 4** С — поправочный коэффициент.

2 4

2 4

и Тодеса [37]. Поэтому в формуле (1-15) были вэяты значения Л и В по Тодесу: Л = 0,1175 м 3 = 0,0129.

Из анализа экспериментальных данных были найдены значения 力—0,00373 и п = 0,6, что при подстановке в (1-15) дает расчетную формулу вида

%р …0,1046

穴—5-讦0或373Am,6(1-16)

На рис. 1-4 приведена зависимость 二叩 =/ (Аг) [56]. На этом же графике нанесены экспериментальные данные различных исследователей. Из этого рисунка видно, что совпадение зависимости (1-16) с экспериментальными данными хорошее.

Влияние начальной порозности (при прочих неизменных параметрах) на величины коэффициентов / и 5 в формуле (1-15) может быть наглядно проиллюстрировано табл. 1-3.

Таблица /-3

Влияние начальной порозности на коэффициенты А и В в формуле (1-15)

е

Аг > 10е

У)

Ar V 10е

У忌)

Аг > 10，

2

Аг < 10е

0,35

0,0958

0,00796

0,41

0,1215

0,1405

0,36

0,0998

0,00878

0,42

0,1259

0,01536

0,37

(),1042

0,00971

0,43

0,1309

0,01683

0,38

0,1082

0.01069

0,44

0,1353

0,01755

0,39

0,1130

0,01158

0,45

0,1395

0,02005

0,40

0,1175

0,01290

Исходя из предложенного выше вида зависимости (1-16) для ReKp °

员©вн ~ / (Ar), Рождественский и Соколов получили интерполяционную формулу для отношения критической и оптимальной (с тои- кн зрения максимальных коэффициентов теплоотдачи слоя к поверхности) скоростей [89]:

(1-17)(1-17)=__ П8_\_24^6__

(1-17)

(1-17)

Кевит/о 1—3 А '1 十 09373Аг°，6

Таким образом, кипящий слой имеет весьма узкий диапазон существования, описываемый уравнением (1-16); это налагает, как показано ниже, довольно жесткие ограничения на возможность осуществления в нем ряда процессов.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПО ВРЕМЕНИ ПРЕБЫВАНИЯВ КИПЯЩЕМ СЛОЕ

Рядом авторов рассмотрен случай идеального переметивания твердого материала в кипящем слое, когда независимо от координат входа и выхода материала любая частица имеет равную вероятность первой покинуть слой. Этот случай реализуется при малых размерах слоя и примерно одинаковой его протяженности в различных направлениях.

Рис. 1-5. Плотность распределения частиц материала ря (т) по временам пребывания в аппарате т при Тср = 1 (цифры на кривых означают число слоев).Рис. 1-5. Плотность распределения частиц материала ря (т) по временам пребывания в аппарате т при Тср = 1 (цифры на кривых означают число слоев).

Рис. 1-5. Плотность распределения частиц материала ря (т) по временам пребывания в аппарате т при Тср = 1 (цифры на кривых означают число слоев).

Рис. 1-5. Плотность распределения частиц материала ря (т) по временам пребывания в аппарате т при Тср = 1 (цифры на кривых означают число слоев).

Для аппаратов с последовательным секционированием была получена 190] формула для плотности распределения материала по времени пребывания:

Т«т ехр ()

(т) = 77vp7 — (1-18)

(n —1)!(Tcp- n)«

仪 е тср仪 е тср———среднее расходное время пребывания материала в слое;

仪 е тср

仪 е тср

М ——масса твердой фазы в слое;

机一расход твердой фазы;

т ——текущее время;

и——количество слоев.

Чтобы вычислить, какая часть от общего расхода твердой фазы имеет время пребывания в пределах 丁工 + т2, следует проинтегрировать выражение (1-18) в указанных пределах.

На рис. 1~5 приведены кривые ря (т), более наглядные, чем интегральные кривые / (т), приводимые Федоровым [53], которые укаэы- вают долю материала, пребывающего в системе п слоев дольше т.

Положение и величина максимума кривых ря (т) для 九齐 2 определяется следующими равенствами:

(n — 1)«_1(几一1)!%р(n — 1)«_1(几一1)!%р(Ы9)(Ы9)p?lp?lмаксмакс砲Qd砲Qd0404■0/〃 何■0/〃 何Рис. 1-6. Плотность распределения частиц по временам пребывания в кипящем слое:•Рис. 1-6. Плотность распределения частиц по временам пребывания в кипящем слое:•1 — Р1 = 1；恥 у 1； 2 — р2 = 0,5；初2 == 0,5；3 — рз — 0,5; xs/wz = oci/wi.1 — Р1 = 1；恥 у 1； 2 — р2 = 0,5；初2 == 0,5；3 — рз — 0,5; xs/wz = oci/wi.симости, решая при различных диффузии [92]симости, решая при различных диффузии [92]面ехр Г-(几一1)] (b20)Как показывают рис. 1-5 и формулы (Ы8) и (1-20), деление кипящего слоя на последовательные секции с тем же суммарным временем пребывания частиц в аппарате улучшает качество распределения частиц твердого материала. В предельном случае п = оо кривая роо/(т) вырождается в вертикальную линию в точке т = тср.Рассмотренный случай со- ответствует бесконечно большому коэффициенту диффузии D и отсутствию направленного перемещения материала.Другие исследователи получили соответствующие зави- граничных условиях уравнение面ехр Г-(几一1)] (b20)Как показывают рис. 1-5 и формулы (Ы8) и (1-20), деление кипящего слоя на последовательные секции с тем же суммарным временем пребывания частиц в аппарате улучшает качество распределения частиц твердого материала. В предельном случае п = оо кривая роо/(т) вырождается в вертикальную линию в точке т = тср.Рассмотренный случай со- ответствует бесконечно большому коэффициенту диффузии D и отсутствию направленного перемещения материала.Другие исследователи получили соответствующие зави- граничных условиях уравнение

(n — 1)«_1

(几一1)!%р

(n — 1)«_1

(几一1)!%р

(Ы9)

(Ы9)

p?l

p?l

макс

макс

砲

Qd

砲

Qd

04

04

■0/〃 何

■0/〃 何

Рис. 1-6. Плотность распределения частиц по временам пребывания в кипящем слое:•

Рис. 1-6. Плотность распределения частиц по временам пребывания в кипящем слое:•

1 — Р1 = 1；恥 у 1； 2 — р2 = 0,5；初2 == 0,5；3 — рз — 0,5; xs/wz = oci/wi.

1 — Р1 = 1；恥 у 1； 2 — р2 = 0,5；初2 == 0,5；3 — рз — 0,5; xs/wz = oci/wi.

симости, решая при различных диффузии [92]

симости, решая при различных диффузии [92]

面ехр Г-(几一1)] (b20)

Как показывают рис. 1-5 и формулы (Ы8) и (1-20), деление кипящего слоя на последовательные секции с тем же суммарным временем пребывания частиц в аппарате улучшает качество распределения частиц твердого материала. В предельном случае п = оо кривая роо/(т) вырождается в вертикальную линию в точке т = тср.

Рассмотренный случай со- ответствует бесконечно большому коэффициенту диффузии D и отсутствию направленного перемещения материала.

Другие исследователи получили соответствующие зави- граничных условиях уравнение

面ехр Г-(几一1)] (b20)

Как показывают рис. 1-5 и формулы (Ы8) и (1-20), деление кипящего слоя на последовательные секции с тем же суммарным временем пребывания частиц в аппарате улучшает качество распределения частиц твердого материала. В предельном случае п = оо кривая роо/(т) вырождается в вертикальную линию в точке т = тср.

Рассмотренный случай со- ответствует бесконечно большому коэффициенту диффузии D и отсутствию направленного перемещения материала.

Другие исследователи получили соответствующие зави- граничных условиях уравнение

ОСОС

ОС

ОС

(1-21)

Граховский и Семененко [93] проанализировали более общий случай конечной скорости диффузии при наличии направленного движения. Решая уравнение конвективной диффузии

дс32cдс

• (1-22)• (1-22)—/ J—— Ц}

• (1-22)

• (1-22)

дх"2Qx

Для случая импульсного источника, при начальных условиях с Q, 0) = 0, (X > 0) и граничных условиях

号а + }с(0，т)=0；=°(1-23)

онп получили для распределения частиц по временам пребывания формулу в виде бесконечного ряда

ЛЛ exp [Fo (p2 + p2„)jЛЛ exp [Fo (p2 + p2„)jР (Fo) =Р (Fo) =ОО

ЛЛ exp [Fo (p2 + p2„)j

ЛЛ exp [Fo (p2 + p2„)j

Р (Fo) =

Р (Fo) =

(1-24)

厶 一唸 COS ■+♦ Sinji^. Fo-—竺.p — X и —

где 4 一 expр(р + 2) +唸， 不，Р 20'队

корень уравнения 2 ctg % =々j

На рис. 1-6 приведены результаты расчета по этому уравнению при произвольных р, 口，X. Начиная с некоторого момента, фиксируемого в эксперименте как время запаздывания, происходит резкое возрастание значения функции. Увеличение производительности реактора (т. е. скорости перемешивания слоя) улучшает распределение частиц по временам пребывания.

ГИДРОДИНАМИКА ФОНТАНИРУЮЩИХ СЛОЕВ

В технике фонтанирования, как и для кипящего слоя, большое значение имеют исследования граничных режимов ——условий перехода слоя сыпучего материала при продувке его газом от режима фильтрации к режиму фонтанирования. Наибольшее число известных исследований посвящено именно условиям начала фонтанирования, а не гидравлике развитого фонтанирования. Практическая важность изучения этих режимов объясняется не только необходимостью расчета минимально необходимого расхода газа, как и в случае кипящего слоя, но и определения специфичного для фонтанирующего слоя избыточного (по сравнению с рабочим режимом) напора при пуске.

Мазур и Гишлер [94], впервые систематически исследовавшие фонтанирующий слой как гидравлическую систему, установили наличие аномально высокого перепада давлений в момент перехода слоя в состояние фонтанирования. Полученная ими кривая фонтанирования приведена на рис. 1-7, из которого видно, что максимальный перепад давлений более чем вдвое превышает рабочий (в режиме развитого фонтанирования). Они выдвинули гипотезу, поддержанную впоследствии рядом других исследователей [95——97], которая, не объясняя фактически этого избыточного перепада давлений, качественно сопоставляет моменту А/?макс зарождение в нижней части слоя своеобразного «пузыря» («канала»), подъему которого соответствует спад «пика», а прорыву поверхности слоя ——наступление рабочего режима. Никак не объяснено, что Д/?макс》%%, в отличие от кипящего слоя, для которого А%акс =Y滴о・ Попытки объяснения и описания этого эффекта были сделаны в работах советских исследователей [98, 99].

Сводка результатов известных нам работ 1960—1966 гг. по изучению максимального перепада давлений при начале фонтанирования дана в табл. 1-4. Прежде всего, следует различать теоретические

Зависимости для расчета максимального перепада давления в момент начала фонтанирования

Авторы» источник

Вид зависимости

Способ получения

Пределы применимости

Гельперин Н. Н., Айнштейн, Гельперин Э. И., Львова [98]

Азх = Дрмакс—% 力0 = =#『)(『" / g 2

Aw =2,53峰户《与и。

В результате теоретических вывопов

Обработка экспериментальных данных

Ламинарный режим обтекания

a =10—60。С

q~ = 1,30 + 6,77

dq = 0,224 抽火

^о = 100； 150； 200; 250 „

"о = 50 мм

Мадонна, Лама [97]

强喚=17 950罟

「屮 2(!-e2)]

L £3」

Обработка экспериментальных данных (пересчет в метрические единицы сделан За- бродским)

0 = 100—15U мм "о = 12,7 推 (=2 + 6,35 мм £ = 0,358 + 0,525

Забродский [101]

A2 闻 tg

Армакс —2 ..

В результате теоретических выводов

Ламинарный режим обтекания

Y訪0do卜

Гельперип, Айн штейн, Тимохова [98]

棠*0,062

Y述0\ «0 /

、a 、-0，13 /。\-1

x《gT) U-1) +1

Обработка экспериментальных данных

Действительно в тех же пределах, что л формула по и. 2

Мухленов,

Горштейн [103]

АРмакс. = 6 65Ar-o12 * 丫謳оК

х(劫 W+，

Обработка экспериментальных данных

0 = 57,5+61,5 мм d()= 10,3 + 12,4 мм

а = 12 + 60°

无о = 30 ・ 150 мм Аг = 1,1-10^4-8,06-106

Гельперин [102]

△:苛…。24(зX 佚力

Ар簣= 444(与У'。X

Y謳0\ yTJ \ do J

х『Г

Обработка экспериментальных данных

То же

Действительно в тех же пределах, что и формула по и. 2

То же

Баскаков, Гальперин [99]

арман。」50(1一e)RL

妬£》'Ar

Y亜(r')2 + r，+l]

450 (k)2(l—e) R °]

В результате теоретических выводов

Произвольный режим обтекания

Эльперин, Ефремцев [100]

Apf^=^^Fx "tgT

В результате теоретических выводов

Произвольный режим обтекания с коэффициентом трения

八吗(d° + 2粧g刊

° — 4(3—2吗

ПереходныйПереходныйПроизвольныйПроизвольныйРис. 1-7. Кривая фонтанирования но Мазуру — Гмшлеру [94].Рис. 1-7. Кривая фонтанирования но Мазуру — Гмшлеру [94].

Переходный

Переходный

Произвольный

Произвольный

Рис. 1-7. Кривая фонтанирования но Мазуру — Гмшлеру [94].

Рис. 1-7. Кривая фонтанирования но Мазуру — Гмшлеру [94].

[98, 101] и полуэмпирические формулы, полученные на основании анализа общих выражений для фильтрации применительно к данному конкретному случаю; вторую группу образуют сугубо эмпирические корреляции [95, 97, 98, 102, 103]. Что касается работ первой группы, то они базируются на различных выражениях для коэффициента сопротивления при фильтрации в зависимости от режима обтекания

Ламинарный % = =— [98,101]Не

4入=Re” —I

『芳+5【99]

Наибольший интерес однако представляет метод учета специфики фильтрации в коническом аппарате. В работах [94—98,103] учет влияния конической формы производился с помощью эмпирической поправки, представленной в виде функции от геометрических параметров конического аппарата.

В остальных же исследованиях были выдвинуты следующие две основные гипотезы:

Потеря устойчивости конической фильтрующей засыпки (фиксируемая по максимальному перепаду давлений) происходит при равенстве скорости газа в верхнем сечении аппарата критической скорости начала псевдоожижения [98].

Потеря устойчивости конической фильтрующей засыпки происходит, когда сумма вертикальных проекций градиента давления станет равной весу слоя [99].

Необходимо отметить произвольность обоих допущений, которые авторами не доказывались и даже качественно не проверялись. Однако с учетом этого замечания проведенный в обоих основных направлениях теоретический анализ условий потери устойчивости засыпки при фильтрации в коническом слое был полезным, так же как и предложенные эмпирические корреляции (см. табл. 1-4).

Как уже было показано, различные авторы рассматривали явление начала фонтанирования на основе частных гипотез. В принципе эта задача является типичной для механики зернистых материалов (на возможность применения которой к гидравлике кипящего слоя указали Мартюшин и Торре [104, 105]).

Поэтому в работе [106] сделана попытка рассмотреть с этих позиций механизм потери устойчивости конического фильтрующего слоя.

С целью облегчения качественных оценок принято, что градиент давления не зависит от высоты и сечения

(1-25)(1-25)dp .

(1-25)

(1-25)

『=const az

и введены постоянные, не зависящие от высоты, коэффициента трения /0 и бокового давления X. Тогда с учетом изменения сечения по высоте, баланс напряжений в коническом слое (рис. 1-8) дает

02S 十("уН — 2^) $ dz =0左+d(与S)十/0大п0? dz(1-26)

Откуда

禦=(，"49—唠 + 亲*。"27)

Имея в виду геометрические соотношения

П — зтО — 4

4

и.

А о

1 dS — 2 dD _2 а

行石=-覚/)2 .石~ = 一 方

4 получим

若=(Yu —寫)+ .(5 ? _ 2打。)応(1-28)

При отсутствии продувки ^" = ° знак производной зависит от знака второго слагаемого и, задаваясь граничными условиями, казалось бы, можно задать ход кривой напряжений по высоте. Но даже и в этом простейшем случае сказать что-либо о ходе зависимости ojz) трудно, поскольку при 力(0) = 0 неизвестно его асимптотическое стремление, а также возможна зависимость 九% от z. (Несомненно также, что имеется зависимость от диаметра конуса).

Если рассматривать (1-28) с учетом продувки и считать ^■啖 子const == / (z), то уравнение (1-28) примет вид линейного неоднородного уравнения первого порядка

/ = <p(z)+5y(1-29)

где знак при В неизвестен.

Общее решение имеет вид:

2

У(ZJ =声2 J(Р (z) ГВг dz(1-30)

о

3333Этот результат обобщенного подхода к задаче с позиций механики сыпучих материалов интересен .тем,- что рассмотренные ранее

33

33

3 Заказ 1560.

условия начала фонтанирования и соответствующие решения вытекают из него как частные случаи при определенных допущениях в свойствах засыпки.

Так, например, условие начала фонтанирования в [98], согласно которому

при Z = 0. Здесь имеет вид ф (0) = 0, т. е. напряжения в засыпке должны стать равными нулю при соблюдении условия псевдоожи

жения на верхней границе.

Если же вместо идеально-сыпучей среды (как принималось везде

выше) рассматривать идеально-связный слой, то при некотором

значении скорости как при цилиндрической, так и конической засыпке изменится направление сил трения, что соответствует переходу производной ^^ через нулевое значение; получающееся тогда из (1-29) равенство дает фактически условие начала фонтанирования в [99] (при добавлении в правую часть слагаемого, учитыва- ющего связность). Таким образом, условие начала фонтанирования в [99]

соответствует допущению о жестко свя- Рмс. 1-8. Схема напряжений занных между собой частицах (филь- в коническом слое с фильтра- ТруЮщая пробка). Количественная оценка распределения напряжении в слое конической засыпки представляет существенные трудности. Основная причина этих трудностей в том, что если напряжения, возникающие под действием газового потока, не зависят от характера взаимодействия частиц друг с другом и поэтому легко определимы, то обратная зависимость — влияние фильтрующего газового потока на возникающие за счет взаимодействия частиц

друг с другом напряжения — весьма существенна и пока практически не изучена.

Как уже было отмечено какая-либо экспериментальная проверка выдвинутых различными авторами гипотез о механизме перехода слоя в коническом аппарате во взвешенное состояние не проводилась. Поэтому необходимо разработать такую методику, которая позволила бы фиксировать перемещения частиц в момент потери устойчивости во всем слое.

Ввиду неравномерности распределения потока воздуха в диффузоре наблюдение трехмерного слоя через прозрачные стенки и сверху не может дать сколько-нибудь ценной информации. Поэтому для исследований была использована плоская модель, представляющая собой вырез (толщиной в несколько зерен) осевого сечения конического аппарата. Поскольку все продольные размеры такого

аппарата много больше толщины (расстояния между боковыми стенками), то модель можно считать двухмерной,

Рис. 1-9. Схема установки с плоским слоем:Рис. 1-9. Схема установки с плоским слоем:I — пылесос; 2 —— шланг; 3 — вентиль; 4 — диафрагма; 5 — воздушный короб; 6 — сетка; 7 — камера； 8 — U-образный манометр; 9 — наклонныйI — пылесос; 2 —— шланг; 3 — вентиль; 4 — диафрагма; 5 — воздушный короб; 6 — сетка; 7 — камера； 8 — U-образный манометр; 9 — наклонныйАппарат представляет собой плексигласовую коробку с нижним сечением 20 X 60 мм, углом раствора 70°, открытую сверху (рис. 1-9), установленную на воздухораспределительном коробе. Подача воздуха производится с помощью промышленного пылесоса, U-образным манометром измеряется перепад давления в слое, а наклонным манометром ——перепад давления на диафрагме. В качестве поддерживающей перегородки используется сетка с живым сечением 50%.

Рис. 1-9. Схема установки с плоским слоем:

Рис. 1-9. Схема установки с плоским слоем:

I — пылесос; 2 —— шланг; 3 — вентиль; 4 — диафрагма; 5 — воздушный короб; 6 — сетка; 7 — камера； 8 — U-образный манометр; 9 — наклонный

I — пылесос; 2 —— шланг; 3 — вентиль; 4 — диафрагма; 5 — воздушный короб; 6 — сетка; 7 — камера； 8 — U-образный манометр; 9 — наклонный

Производились как визуальные наблюдения, так и фотографпрование модели, причем во всех случаях синхронно заштсывались гидра влическ пе характеристики системы (скорость

Для создания фонтанирующего (и фильтрующего) слоев использовались сферические частицы размером 1— 1,5 и 3 мм микросферических удобрений и силикагеля.

Была применена следующая методика визуализации. На внешней боковой стенке слоя через кащдые 50 мм по высоте над сеткой были проведены горизонтальные цветные линии; слой создавался из шариков белого цвета и вдоль этих линий засыпался слой в одно — три зерна таких же частиц, окрашенных в черный цвет. Таким образом, создавалась возможность не только наблюдать возникновение деформации, но и определять стрелу прогиба деформированной линии черных частиц [индикаторной линии}»

Ниже приводим некоторые результаты опытов.

На рис. 1-10 представлены шесть кадров из серии съемок последовательных моментов потери устойчивости фильтрующей кониче- ской засыпки, включавшей съемки 20 пос л ед о вате льных моментов. Цифра, соответствующая обстановке, изображенной на снимке, обозначена в правом верхнем углу камеры (на ряде снимков она видна) и одновременно указана стрелкой как точка кривой фонтанирования, соответствующая данному кадру. На рисунке показаны моменты, соответствующие наиболее характерным точкам кривой фонтанирования. На рис. 1-10, 〃 точка 5 соответствует фильтрующему слою — индикаторные линии не деформированы. При переходе в точку 8 (рис. 1-10, 6) происходит легкая деформация верхней и отчасти второй сверху индикаторных линий. На рис. 1-10, в (точка ■70) видно, что в точке, соответствующей пику кривой фонтанирования, уже имеют место значительные деформации, убывающие (по стреле) сверху вниз. На рис. 1-10, г деформированы уже все индика- торные линии. Далее в точке 15 (рис. 1-10, д) деформация верхних

•K0HFHOdHH181Ho>e<is0H0dHsFMhoI IcaAHJOIBHIOOOmdfH-ф©5 и) SOHOabHHOH seBORB и КИНВШЙННЕЬНОЗ FirFhEH II йёфия^св^ 0d810П ZHeEdJOKOOO1I .olid•K0HFHOdHH181Ho>e<is0H0dHsFMhoI IcaAHJOIBHIOOOmdfH-ф©5 и) SOHOabHHOH seBORB и КИНВШЙННЕЬНОЗ FirFhEH II йёфия^св^ 0d810П ZHeEdJOKOOO1I .olid

•K0HFHOdHH181Ho>e<is0H0dHsFMhoI IcaAHJOIBHIOOOmdfH-ф©5 и) SOHOabHHOH seBORB и КИНВШЙННЕЬНОЗ FirFhEH II йёфия^св^ 0d810П ZHeEdJOKOOO1I .olid

•K0HFHOdHH181Ho>e<is0H0dHsFMhoI IcaAHJOIBHIOOOmdfH-ф©5 и) SOHOabHHOH seBORB и КИНВШЙННЕЬНОЗ FirFhEH II йёфия^св^ 0d810П ZHeEdJOKOOO1I .olid

линий еще более усиливается, а в нижней части возникает «каверна»—объем с разреженной концентрацией интенсивно перемещающихся частиц; прорыв этой《каверны》с ростом скорости газа, поднимающегося кверху, зафиксирован на рис. ЫО, е и соответствует точке 17. Таков ход процесса потери устойчивости фильтрующей засыпки и соответствующей ему кривой фонтанирования.

На основании этих опытов, подтвержденных повторными опытами на конусе с углом 70° того же или иного материала, а также на конусах с другими углами раствора, можно утверждать следующее: при скоростях газа, несколько меньших тех, которые соответствуют пику давления на кривой фонтанирования, в слое зернистого материала конической формы возникают деформации, идущие сверху вниз; это происходит не во всем.слое, а с осесимметричным центральным элементом его и не только в момент, соответствующий Дрмакс, а в довольно значительном диапазоне скоростей вблизи нее. Наконец, после деформации всех индикаторных линий наступает приподнятие слоя внизу и образуется《каверна» («пузырь»), распространяющаяся кверху.

Для максимального перепада давлений в слое было выведено соотношение [108].

е』=4■•合(为т)+^./^Г [(£)"]-

T [餘)‘T]小31)

Оценка показала, что последний член в уравнении (1-31) приблизительно на два порядка меньше первых двух, поэтому везде в дальнейшем он опущен.

Записывая (1-31) как

e“с=4(念 工 + 码)(1-32)

можно видеть, что 1\ и 1\ при а —> 0 переходит в неопределенности 0

вида ① при раскрытии которых

lim Г1 = -™- и lim Г2 =禦а -> 0 ®э а > 0 4

откуда (1-32) переходит в выражение, приводимое Романковым 1109] для насадок постоянного сечения

Еи=4(4 + в) /

Из (1-31) после преобразований получаем Д Рмакс = / (йэ), что дает [при раскрытии 切摩 по формуле (1-6)]

армаке = R耳碣丁十5 (b十;卜呼(m3)

При йэ—>0а при % —> соПри йэ—>0а при % —> со△Рпакс — 丁 ¥= / &)△Рпакс — 丁 ¥= / &)

При йэ—>0

а при % —> со

При йэ—>0

а при % —> со

△Рпакс — 丁 ¥= / &)

△Рпакс — 丁 ¥= / &)

АРмакс Т 工• ¥= / &)

т. е. в ламинарном и турбулентном режимах наблюдаются автомодельные (от критерия Аг) области.Впоследствии аналогичный вывод был получен Баскаковым с сотрудниками [99].Очевидно, что для малых частиц (при малых Ат), т. е. при лами-т. е. в ламинарном и турбулентном режимах наблюдаются автомодельные (от критерия Аг) области.Впоследствии аналогичный вывод был получен Баскаковым с сотрудниками [99].Очевидно, что для малых частиц (при малых Ат), т. е. при лами-из основного выражения (1-31)из основного выражения (1-31)вытекает как, част-вытекает как, част-ный случай, полученная ранее [98] формуланый случай, полученная ранее [98] формуланарном режименарном режимеааРис. 1-11. СхемаРис. 1-11. Схемаосево-осево-44(см. табл. 1-4).В случае больших(см. табл. 1-4).В случае большихчисел Архимедачисел Архимедасправедлив квадратичный закон сопротивления и интегрирование выражениясправедлив квадратичный закон сопротивления и интегрирование выраженияdp= —Nwr dzdp= —Nwr dz(Ь34)(Ь34)с учетом расширения потокас учетом расширения потокав запол-в запол-ненном насадкой диффузоре даст искомый результат. Конечная зависимость должна быть частным случаем формулы (1-31) при учете только второго члена:ненном насадкой диффузоре даст искомый результат. Конечная зависимость должна быть частным случаем формулы (1-31) при учете только второго члена:го сечения конуса с отры-вом потока от стенок.го сечения конуса с отры-вом потока от стенок.△Рмакс = ^ W△Рмакс = ^ W(5)口+AG力斯(5)口+AG力斯2口2口(1-35)(1-35)

т. е. в ламинарном и турбулентном режимах наблюдаются автомодельные (от критерия Аг) области.

Впоследствии аналогичный вывод был получен Баскаковым с сотрудниками [99].

Очевидно, что для малых частиц (при малых Ат), т. е. при лами-

т. е. в ламинарном и турбулентном режимах наблюдаются автомодельные (от критерия Аг) области.

Впоследствии аналогичный вывод был получен Баскаковым с сотрудниками [99].

Очевидно, что для малых частиц (при малых Ат), т. е. при лами-

из основного выражения (1-31)

из основного выражения (1-31)

вытекает как, част-

вытекает как, част-

ный случай, полученная ранее [98] формула

ный случай, полученная ранее [98] формула

нарном режиме

нарном режиме

а

а

Рис. 1-11. Схема

Рис. 1-11. Схема

осево-

осево-

4

4

(см. табл. 1-4).

В случае больших

(см. табл. 1-4).

В случае больших

чисел Архимеда

чисел Архимеда

справедлив квадратичный закон сопротивления и интегрирование выражения

справедлив квадратичный закон сопротивления и интегрирование выражения

dp= —Nwr dz

dp= —Nwr dz

(Ь34)

(Ь34)

с учетом расширения потока

с учетом расширения потока

в запол-

в запол-

ненном насадкой диффузоре даст искомый результат. Конечная зависимость должна быть частным случаем формулы (1-31) при учете только второго члена:

ненном насадкой диффузоре даст искомый результат. Конечная зависимость должна быть частным случаем формулы (1-31) при учете только второго члена:

го сечения конуса с отры-вом потока от стенок.

го сечения конуса с отры-вом потока от стенок.

△Рмакс = ^ W

△Рмакс = ^ W

(5)口+AG力斯

(5)口+AG力斯

2口

2口

(1-35)

(1-35)

Рядом авторов допускается безотрывное течение в диффузоре, заполненном насадкой [98, 99].

Как уже было показано, деформации при потере устойчивости фильтрующего слоя происходят не по всему сечению, а внутри определенной, весьма узкой области.

Примем, что фильтрация происходит, как описано выше, но не в конусе с углом, равным углу раскрытия диффузора, а внутри некоторого «эффективного» конуса с меньшим углом. Соответствующая схема приведена на рис. 1-11, причем очевидно, что эквивалентные выражения (1-31) и (1-35) будут действительны при замене D и d на О? и а», которые связаны с исходными параметрами аппарата соотношениями

D =K・D (К < 1)

tg^ = M tg^ (А'<1)tg^ = M tg^ (А'<1)(1-36)(1-36)

tg^ = M tg^ (А'<1)

tg^ = M tg^ (А'<1)

(1-36)

(1-36)

При учете неполноты раскрытия потока получаем:

е口 =且•丄•卫.1+

макс 2 ReKp Kf d3 2tg&l "° 丿十

(1-37)(1-38)(1-37)(1-38)十 2Mdз 6tg9(碉'

(1-37)

(1-38)

(1-37)

(1-38)

и

口КD1/к。、

Еимакстурб=т.-^.—~- /3言一2丿

6 tg三

Таким образом, получены выражения для потери устойчивости слоя при произвольных режимах обтекания частиц в коническом аппарате, учитывающие неравномерность распределения газа по сечению конуса.

Полученные зависимости проверены экспериментально.

Рис. 1-12. Схема укрупненной опытной установки:Рис. 1-12. Схема укрупненной опытной установки:I — вентиляторы; 2 — циклон; з — вентиль; 4 — отвод воздуха; 5 — цилиндрическая часть аппарата; 6 — сменные конуса; 7 ——труба; 8 ——U-образный манометр; 9 — наклонный манометр; ю — диафрагма.I — вентиляторы; 2 — циклон; з — вентиль; 4 — отвод воздуха; 5 — цилиндрическая часть аппарата; 6 — сменные конуса; 7 ——труба; 8 ——U-образный манометр; 9 — наклонный манометр; ю — диафрагма.

Рис. 1-12. Схема укрупненной опытной установки:

Рис. 1-12. Схема укрупненной опытной установки:

I — вентиляторы; 2 — циклон; з — вентиль; 4 — отвод воздуха; 5 — цилиндрическая часть аппарата; 6 — сменные конуса; 7 ——труба; 8 ——U-образный манометр; 9 — наклонный манометр; ю — диафрагма.

I — вентиляторы; 2 — циклон; з — вентиль; 4 — отвод воздуха; 5 — цилиндрическая часть аппарата; 6 — сменные конуса; 7 ——труба; 8 ——U-образный манометр; 9 — наклонный манометр; ю — диафрагма.

Схема опытной установки дана на рис. 1-12; была предусмотрена возмож- ность установки конических аппаратов следующих параметров:

Угол раствора конуса а, град30 40 50 60

Диаметр входного отверстия %, мм 25 50 75 100

С целью уменьшения возможных электростатических эффектов аппарат был выполнен из стали с боковыми смотровыми окнами как в цилиндрической

части, так и в сменных конусах и заземлен. Соответствующие патрубки служили для пневмометpiraecKiix замеров. Для равномерного отвода газа из слоя (исключающего нарушение гидравлики последнего) был применен паукообразный вывод. В устье конуса располагалась металлическая поддерживающая сетка с лживым сечением свыше 50%.

Использовались два вентилятора производительностью 250 м3/ч и напором 450 мм вод. ст., соединенные последовательно н работающие на всасывание (аппарат находился под небольштш разрежением).

В качестве модельной системы использовался сферический силикагель (Q = 3 + 3,2 мм) п воздух.

Поскольку систематическое исследование фонтанирования в конических аппаратах крупных (Ar〉106 ——вторая автомодельная область обтекания) частиц проводилось впервые, полученные данные обрабатывались с целью получения полуэмпирической зависимости на основе формулы (1-35). Эксперименты показали, что при исследованных высотах слоя Дрмакс лишь очень незначительно зависит от а (линии, проходящие через точки, являются прямыми, практически пар а л л ел ьными абсциссе). Наконец, входной диаметр незначительно влияет на Дрмакс.

Для определения коэффициентов зависимости выражение (1-38) приведем к более удобному виду

АЕимакс = |-.-^.—^-[(Ь-)?-1] (1-39)

Учитывая £>з = do +2^()tg-^, после преобразований, отбрасывая член с кубом тангенса, оказавшийся при проверке значительно меньше, чем остальные члены, получим:

АЕ“с=4■奇(1+4^tg 子+5,33》tg*) (I-4J)

В рамках сделанных выше допущений целесообразно предположить, что по крайней мере в пределах второй автомодельной области &9 — const, т. е. и К,以 К' зависят от угла раствора конуса. Тогда получение полуэмпирической формулы сводится к подбору такого значения tg号(являющегося параметром), которое обеспечит из всех опытов минимальный разброс значений множителя. Вблизи среднего значения расчеты методом последовательных приближений позволили подобрать: tg 号=0,025, что соответствует аэ 〜3°. При этом значении tg 今 получается среднее значение В = 61,6. После подстановки tg号以笈 в выражении (1-40) в результате обработки после

преобразований получено следующее по л уэмпирическ ое безразмерное

выражение

(1-41>(1-41>Eu“ = 24,2 ' [1+0,1 ^ + 0,0СЗЗ(^)2]

(1-41>

(1-41>

пригодное для расчетов максимального перепада давлений в момент начала фонтанирования при больших (Аг〉10б 士 10е) значениях числа Архимеда.

В технике фонтанирования, как и в технике псевдоожиженияг весь теоретический интервал скоростей газового потока, сверх критической, определяющий диапазоны существования системы, реализуется довольно редко. Это связано с тем, что возникают различные неустойчивые режимы (поршневание и каналообразование при псевдоожижении и пульсации, поршневание при фонтанировании), обусловливающие сужение практически пригодного интервала скоростей. Поэтому было проведено систематическое исследование природы и границ неустойчивых режимов при фонтанировании в конических аппаратах 11061.

Первым этапом явилось изучение режимов фонтанирования частиц различного размера на описанной ранее плоской установке с прозрачными стенками. Как было установлено, ядро фонтанирующего слоя имеет форму насадки Вентури (на высоте, равной от половины до полного диаметра входного отверстия, происходит резкое сужение поперечного сечения струи). Наблюдения показали, что при малых скоростях газа (непосредственно после переходной зоны} в этом сужении под давлением опускающегося материала из периферийной зоны происходят периодические обрушения стенок ядра в области сужения; в результате внизу возникает воздушная подушка^ ее верхняя граница неустойчива, частицы отрываются, а разбавленная зона постоянно перемещается кверху, вновь вырываясь, наружу в виде фонтана. По мере того как с возрастанием скорости газового потока увеличивается «несущая способность» струи, обрушивающийся в нее материал не образует пробки, а выносится кверху.

Поскольку эти неустойчивые режимы фонтанирования (пульсации, поршневания) наступают непосредственно после переходной зоны и существуют в довольно широком интервале скоростей газового потока, то именно скорость перехода от пульсаций к спокойному фонтанированию и является рабочей скоростью процесса и ее определение представляет практический интерес.

На описанной выше установке диаметром (верхним) 300 мм было проведено исследование режимов фонтанирования частиц размером 3,2 мм при различных скоростях газа, высотах насыпанного слоя, углах раствора конуса и диаметрах входного отверстия.

По полученным результатам были построены диаграммы для разных высот насыпанного слоя, на которых проведены линии, соединяющие точки, определяющие границы одинаковых режимов: потери устойчивости фильтрующего слоя, окончания переходного процесса и границы зоны неустойчив ого фонтанирования (критерием

окончания неустойчивого фонтанирования служило наступление постоянного, с колебаниями ±3 мм вод. ст., перепада давлений).

На рис. (1-13) приведена диаграмма, на которой показаны пределы пульсаций перепада давления в неустойчивом режиме (эти данные относятся к углу раствора конуса а = 60° и диаметру входного отверстия do = 50 мм). Порядки относительных величин пульсаций ±20% от средней величины (максимальные отклонения).

Из рис. 1-13 следует, что с ростом высоты насыпанного слоя ширина диапазона неустойчивого фонтанирования значительно возрастает. Не будучи заметно зависимой от угла раствора конуса, зона

пульсирующего фонтанированияпульсирующего фонтанирования△ Рмбаст△ РмбастРис. 1-13. Диаграмма режимов 'работы для фонтанирующего слоя.Рис. 1-13. Диаграмма режимов 'работы для фонтанирующего слоя.ГдиаметрГдиаметрСЛОЯ 力° = 50 + 310 мм] =41 士 123 мм.СЛОЯ 力° = 50 + 310 мм] =41 士 123 мм.резко уменьшается с увеличением диаметра входного отверстия.

пульсирующего фонтанирования

пульсирующего фонтанирования

△ Рмбаст

△ Рмбаст

Рис. 1-13. Диаграмма режимов 'работы для фонтанирующего слоя.

Рис. 1-13. Диаграмма режимов 'работы для фонтанирующего слоя.

Гдиаметр

Гдиаметр

СЛОЯ 力° = 50 + 310 мм] =41 士 123 мм.

СЛОЯ 力° = 50 + 310 мм] =41 士 123 мм.

Линия, соединяющая правые крайние точки зоны неустойчивых режимов, и является нижней границей рабочих скоростей фонтанирования.

Для получения расчетной зависимости, позволяющей найти минимальную рабочую скорость фонтанирования как функцию параметров процесса, обрабатывались данные, изменявшиеся на следующих уровнях: критерий Аг = 7,4 • 105 ч- + 6,8 • 107, угол раствора конуса а = 26 + 60°; высота входного отверстия d0 =

В результате обработки опытных данных была получена

R”73AE (方口旷R”73AE (方口旷(1-42)(1-42)зависимость

R”73AE (方口旷

R”73AE (方口旷

(1-42)

(1-42)

Все приведенные результаты, а также все известные нам исследования других авторов по гидравлике фонтанирующих слоев были получены для узких фракций частиц, поэтому необходимо было проверить применимость этих данных при фонтанировании полидис- персных материалов.

Для исследования фонтанирования полидисперсных материалов был взят конический аппарат с углом раствора конуса 40°, размером входного отверстия d° = 100 мм.

Исследование проводилось с керамзитовым песком плотностью рт = 730 кг/м3 фракций диаметром 0,63 + 1,25 мм и 2,5 士 5,0 мм. Средние диаметры обеих фракций составляли соответственно 0,94 и 3,75 мм. Частицы этих размеров рассматривались как две моно- фракции; из них были составлены три смеси, данные для которых приведены в табл. 1-5.

В исследованном диапазоне размеров частиц сохраняется линейная зависимость перепада давления от высоты, причем углы наклона для частиц различного диаметра отличаются незначительно, главным образом в пределах погрешности эксперимента. Это можно объяснить тем, что режим обтекания для частиц всех фракций, независимо от их процентного состава,——турбулентный и поэтому полидисперсность не влияет существенно на величину максимального перепада давлений при фонтанировании, который в этом случае определяется главным образом геометрическими характеристиками слоя.

Из анализа данных по началу фонтанирования по- лидисперсных систем можно сделать вывод о возможности по среднему диаметру частиц рассчитать скорость, соответствующую потере устойчивости фильтрующего конического слоя полидис- персного материала.

В работе [13] приведены гидродинамические режимы щелевых и коническо-цилиндрических аппаратов с

Номер фракции

Доля мелкой фракции

Доля крупной фракции

Среднийг диаметр частиц» мм

1

1

0

0,94

2

0

1

3,75

3

0,25

0,75

2,15

4

0,50

0,50

1,51

5

0,75

0,25

1,16

Таблица 1-5

Состав фракций частиц керамзитового песка

一- фонтанирующим слоем.

Исследование щелевых аппаратов проводилось на модели из оргстекла размером 200 X 400 х 600 лш.

Величины щели меняли от 1 до 10 мм. Гидродинамические харак-

теристики аппарата определяли на стеклянных шариках, полимерном материале СГ-1, пшене и манной крупе. Диаметр частиц меняли от 0,36 до 9 мм (Аг = 2,22 • 103 ~ 6,6 • 2 + 23 м]се*, плотность материала была

высота слоя от 150 до 310 мм.

Характер фонтанирования изучали с а также визуальным наблюдением.

107, скорость витания от 1200 до 2700 кг/м3.

помощью киносъемок,

Эксперимент ал ьно было показано, что фонтанирование в щелевом аппарате с вихревым движением материала представляет собой устой— чивое явление, без застойных зон и с хорошей организацией движе-f ния потока материала.

Установка, на которой проводилось исследование гидродинамических режимов цилиндро-конических аппаратов, приведена на рис. П-16. •

Опытные данные по определению скорости устойчивого фонтам

нирования уравнением

щелевых и конических аппаратов аппроксимируются

-^^=О,122Го,2 (sina)o,27(L43)

г^е ^в сх — скорость газа, рассчитанная на верхнее сечение неподвижного слоя;

%т — скорость витания;

Г = s 二…• 100% — геометрический симплекс:

瓦* и S& у — соответственно входное сечение и верхнее сечение зеркала неподвижного слоя;

а ——угол, образованный наклонной стенкой аппарата с вертикалью:

а = 10 + 40° для щелевых и <^20 + 25° для конических аппаратов.

При а = 90° зависимость (1-43) переходит в уравнение Федорова [53] для цилиндрических аппаратов кипящего слоя (при Г = 8%):

Re°nT=0,22Ar°，52(1-44)

Скорость начала псевдоожижения в щелевидных аппаратах вихревого слоя отличается от ipkp для кипящего слоя, так как зависит и от геометрических характеристик слоя (высоты неподвижного слоя 无°)，отношения сечения щели к верхнему сечению неподвижного слоя Г (в %) и а.

Так, например, в результате обработки экспериментальных данных получена зависимость

^кр. щел — 0,48( [ 45)

"крУ 无 о

(при а = 25° и F = 0,667 - 8,5%).

ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

В ЩЕЛЕВОМ И КОНИЧЕСКИХ АППАРАТАХ

На рис. 1-14 [131 дана схема установки, на которой исследовалось общее гидравлическое сопротивление аппарата и сопротивление ввода газа (как при сплошной щели, так и при системе отверстий).

Узел ввода приведен на рис. 1-15. Он состоит из передней стенки 2 (а = 25°), нижней части 2, закругленной по радиусу 23 мм, задней стенки 4 (а = 30°) и затвора 5, в который помещен ограничитель 3, отстоящий на определенном расстоянии от 2. В зависимости от размера ограничителя можно получить различную ширину щели (от 1 до 9 мм).

С целью сравнения было исследовано сопротивление конического аппарата фонтанирующего слоя с центральным вводом газа. Этот аппарат имел высоту усеченного конуса 736 мм, диаметр входного отверстия 40 士 120 мм, диаметр верхнего сечения конуса 475 мм. Значения гидравлического сопротивления этих аппаратов в зависимости от расхода воздуха и геометрических размеров входного сечения даны на рис. 1-16.

Максимальное гидравлическое сопротивление вихревого слоя (в щелевых аппаратах) может быть определено по уравнению

△Рмакс =驳2 •无О (1 —£о) Рм • g (1-46)

где К? = / (无о)・ При й0 w 180 мм К2 = 1,2; при 力° > 180 мм

К2 = 0,72 • IO】”.’

Гидравлическое сопротивление слоя было исследовано при работе с материалами, характеристики которых изменялись следующим

Рпс. 1-14. Схема установки Мптева:Рпс. 1-14. Схема установки Мптева:1, 4 ——манометры; 2 ——щелевой аппарат; з ——диафрагма； 5 — циклон; 6 — задвижка; 7 — вентилятор.1, 4 ——манометры; 2 ——щелевой аппарат; з ——диафрагма； 5 — циклон; 6 — задвижка; 7 — вентилятор.

Рпс. 1-14. Схема установки Мптева:

Рпс. 1-14. Схема установки Мптева:

1, 4 ——манометры; 2 ——щелевой аппарат; з ——диафрагма； 5 — циклон; 6 — задвижка; 7 — вентилятор.

1, 4 ——манометры; 2 ——щелевой аппарат; з ——диафрагма； 5 — циклон; 6 — задвижка; 7 — вентилятор.

Рис. 1-15. Узел ввода газа.Рис. 1-15. Узел ввода газа.

Рис. 1-15. Узел ввода газа.

Рис. 1-15. Узел ввода газа.

образом: d = 0,36 4- 9 мм; Аг — 2,2, • 103 + 6,6 ・ 107; грвит = =2 Ч" 23 м/сек; р = 1200 子 2700 кг/м3. Исследование проводилось при высоте слоя (неподвижного) от 105 до 390 мм и углом между стенкой и вертикалью а = 10 + 40°.

В результате обработки экспериментальных данных получена зависимость гидравлического сопротивления слоя после начала псевдоожижения

^p = K^hQ (1 —wo) Pmg (1-47)

где К】=/ (Л0Г)——коэффициент, зависящий от высоты слоя (力°) и отношения сечения входного отверстия к верхнему сечению слоя (неподвижного Г), в %, а также от гидродинами

ческого режима процесса:

Каналообразованпе ——Кх = 0,8 (O,92fco + 0,5)

Нормальная работа — Кг = 0,8 (О,92Ло + 0,5)子(0,92无° + 0,5)

Пульсация и поршневание — 勺 = О,92Ло -j- 0,5

Результаты иссдедования различных областей работы щелевых и конических аппаратов и границы их существования приведены

Гидродинамический режимГраницы существованияОтношение гидра- влических сопротивлений аппарата и слоящелевойцилиндро-коническийщелевойцилиндро- коническийКаналообра- зованиеГ <0,7г< 37—8>1Нормальная работаГ = (0,7 士 3,9Х XlO^Ar^b-^ij)Г=3 + 1,О9ХХ4О-зАгО,5О7+4/0,44-0,6ПульсацииF =(3,9・10-SArO,445 + + 1,1)-=-(5Х Х10-ЗАг0,445+1,4)Г=(1,09х X 1О-8АгО.вО7+4,1)4- + 2・10-зАгО,5О7 + 84 + 0,6<0,3ПоршневаниеГ> (5« 10-ЗАг0,445+ + 1,4)Г >2-1О-3АгО,бо7+81+0,6<0,3Гидродинамический режимГраницы существованияОтношение гидра- влических сопротивлений аппарата и слоящелевойцилиндро-коническийщелевойцилиндро- коническийКаналообра- зованиеГ <0,7г< 37—8>1Нормальная работаГ = (0,7 士 3,9Х XlO^Ar^b-^ij)Г=3 + 1,О9ХХ4О-зАгО,5О7+4/0,44-0,6ПульсацииF =(3,9・10-SArO,445 + + 1,1)-=-(5Х Х10-ЗАг0,445+1,4)Г=(1,09х X 1О-8АгО.вО7+4,1)4- + 2・10-зАгО,5О7 + 84 + 0,6<0,3ПоршневаниеГ> (5« 10-ЗАг0,445+ + 1,4)Г >2-1О-3АгО,бо7+81+0,6<0,3Таблица 1-6Таблица 1-6Области работы и границы их существования для щелевых и конических аппаратовОбласти работы и границы их существования для щелевых и конических аппаратов33J 1t 5 6 7 6 916’ г J 4567 條J 1t 5 6 7 6 916’ г J 4567 條Рис. 1-16. Зависимость Драпн — L при /вх = const = 1 № для конического аппарата и аппарата со щелевидным подводом газа.Рис. 1-16. Зависимость Драпн — L при /вх = const = 1 № для конического аппарата и аппарата со щелевидным подводом газа.Рис. 1-17. Зависимость Re—Г для щелевого и конического аппарата:Рис. 1-17. Зависимость Re—Г для щелевого и конического аппарата:1. Re = 182 (Аг ^ 1,8-10*)； 2. Кевит = 528 (Аг = 1,18-Ю6); 3. Кевят = 980 (Аг = =3,8】 10е); 4. Вевит = 1660 (Аг = 1,07.10е); 5. Кевпт = 3930 (Аг = 5,9.10*)； 6. ReBHT = 匸 7960 (Аг = 2,42-107); 7. Кевит = 13 100 (Аг = 6,56-10?); 8. Граница между областью каналообразования и нормальной работы. 9. Линия нормальной работы для щелевого аппарата. 10. Допустимая граница работы для щелевого аппарата. 11. Линия нормальной работы для конического аппарата. 12. Допустимая граница работы для конического аппарата.1. Re = 182 (Аг ^ 1,8-10*)； 2. Кевит = 528 (Аг = 1,18-Ю6); 3. Кевят = 980 (Аг = =3,8】 10е); 4. Вевит = 1660 (Аг = 1,07.10е); 5. Кевпт = 3930 (Аг = 5,9.10*)； 6. ReBHT = 匸 7960 (Аг = 2,42-107); 7. Кевит = 13 100 (Аг = 6,56-10?); 8. Граница между областью каналообразования и нормальной работы. 9. Линия нормальной работы для щелевого аппарата. 10. Допустимая граница работы для щелевого аппарата. 11. Линия нормальной работы для конического аппарата. 12. Допустимая граница работы для конического аппарата.

Гидродинамический режим

Границы существования

Отношение гидра- влических сопротивлений аппарата и слоя

щелевой

цилиндро-конический

щелевой

цилиндро- конический

Каналообра- зование

Г <0,7

г< 3

7—8

>1

Нормальная работа

Г = (0,7 士 3,9Х XlO^Ar^b-^ij)

Г=3 + 1,О9Х

Х4О-зАгО,5О7+4/

0,44-0,6

Пульсации

F =(3,9・10-SArO,445 + + 1,1)-=-(5Х Х10-ЗАг0,445+1,4)

Г=(1,09х X 1О-8АгО.вО7+4,1)4- + 2・10-зАгО,5О7 + 8

4 + 0,6

<0,3

Поршневание

Г> (5« 10-ЗАг0,445+ + 1,4)

Г >2-1О-3АгО,бо7+8

1+0,6

<0,3

Гидродинамический режим

Границы существования

Отношение гидра- влических сопротивлений аппарата и слоя

щелевой

цилиндро-конический

щелевой

цилиндро- конический

Каналообра- зование

Г <0,7

г< 3

7—8

>1

Нормальная работа

Г = (0,7 士 3,9Х XlO^Ar^b-^ij)

Г=3 + 1,О9Х

Х4О-зАгО,5О7+4/

0,44-0,6

Пульсации

F =(3,9・10-SArO,445 + + 1,1)-=-(5Х Х10-ЗАг0,445+1,4)

Г=(1,09х X 1О-8АгО.вО7+4,1)4- + 2・10-зАгО,5О7 + 8

4 + 0,6

<0,3

Поршневание

Г> (5« 10-ЗАг0,445+ + 1,4)

Г >2-1О-3АгО,бо7+8

1+0,6

<0,3

Таблица 1-6

Таблица 1-6

Области работы и границы их существования для щелевых и конических аппаратов

Области работы и границы их существования для щелевых и конических аппаратов

3

3

J 1t 5 6 7 6 916’ г J 4567 條

J 1t 5 6 7 6 916’ г J 4567 條

Рис. 1-16. Зависимость Драпн — L при /вх = const = 1 № для конического аппарата и аппарата со щелевидным подводом газа.

Рис. 1-16. Зависимость Драпн — L при /вх = const = 1 № для конического аппарата и аппарата со щелевидным подводом газа.

Рис. 1-17. Зависимость Re—Г для щелевого и конического аппарата:

Рис. 1-17. Зависимость Re—Г для щелевого и конического аппарата:

1. Re = 182 (Аг ^ 1,8-10*)； 2. Кевит = 528 (Аг = 1,18-Ю6); 3. Кевят = 980 (Аг = =3,8】 10е); 4. Вевит = 1660 (Аг = 1,07.10е); 5. Кевпт = 3930 (Аг = 5,9.10*)； 6. ReBHT = 匸 7960 (Аг = 2,42-107); 7. Кевит = 13 100 (Аг = 6,56-10?); 8. Граница между областью каналообразования и нормальной работы. 9. Линия нормальной работы для щелевого аппарата. 10. Допустимая граница работы для щелевого аппарата. 11. Линия нормальной работы для конического аппарата. 12. Допустимая граница работы для конического аппарата.

1. Re = 182 (Аг ^ 1,8-10*)； 2. Кевит = 528 (Аг = 1,18-Ю6); 3. Кевят = 980 (Аг = =3,8】 10е); 4. Вевит = 1660 (Аг = 1,07.10е); 5. Кевпт = 3930 (Аг = 5,9.10*)； 6. ReBHT = 匸 7960 (Аг = 2,42-107); 7. Кевит = 13 100 (Аг = 6,56-10?); 8. Граница между областью каналообразования и нормальной работы. 9. Линия нормальной работы для щелевого аппарата. 10. Допустимая граница работы для щелевого аппарата. 11. Линия нормальной работы для конического аппарата. 12. Допустимая граница работы для конического аппарата.

Ь — ширина щели, лш; d0 — диаметр входного отверстия конического аппарата, мм.

в табл. 1-6. Там же дано отношение гидравлических сопротивлении аппарата и слоя.

На рис. 1-17 приведена зависимость Re от Г для щелевых и конических аппаратов Г где Re = -^批厶Pr )

На этом графике область между линиями 7 и 5 соответствует нормальной работе щелевых аппаратов, а между 2 и 4 —— нормальной работе конических аппаратов. Левее линии 1 для щелевых и линии 2 для конических аппаратов лежит область каналообразования, соответственно правее линий 3 н 4 ——область пульсаций.

Для конических аппаратов при F>15% начинается поршневой режим (правее линии 5). При Re <3000 для конических аппаратов и Re 之 1400 для щелевых ——режим работы неустойчивый.

СТРУКТУРА И ПЕРЕМЕШИВАНИЕ ЧАСТИЦВ ФОНТАНИРУЮЩИХ СЛОЯХ

Под структурой взвешенных дисперсных систем понимается распределение в пространстве и времени концентрации одной фазы в другой. В случае фонтанирующих слоев это будет величина и распределение концентрации твердой фазы по слою.

В основе изучения структуры фонтанирующего слоя лежит первоначально установленный факт неоднородности различных областей слоя. Все исследования фонтанирующего слоя представляют собой наблюдения ядра путем измерения его границ (полукруглая колонка с прозрачной стенкой) и измерения концентрации частиц в ядре.

В исследованиях всех авторов была принята двухзонная модель, по которой частицы в ядре потока поднимаются (в ядре предполагалась пониженная концентрация последних), а в периферийной зоне (плотный движущийся слой) спускаются.

При зондировании трехмерных моделей интерпретация показаний представляет серьезную метрологическую проблему, особенно ввиду наличия внутри фонтанирующего слоя областей с резко различающимися концентрациями частиц. В настоящее время для локальных концентрационных измерений (как усредненных, так и флуктуационных) в дисперсных системах используются прямые методы (емкостный, по электропроводности и по перепаду давлений) и косвенные (пьезометрический — по скоростям и числу соударяющихся частиц).

Метод локальных пульсаций давлений опробован Такеда [112] при изучении конического распределителя газа.

В ряде советских работ по фонтанирующему слою (с 1963 г.) нашла применение пьезоэлектрическая методика [103, 113, 114]. Сравните льн ая простота этой методики позволила применить ее для изучения движения частиц как в кипящем, так и особенно в фонтанирующем слоях. При исследовании фонтанирующих слоев производились как качественные (определение границ ядра по наличию или отсутствию ударов частиц о поверхность пьезокристалла), так и количественные измерения.

Относительно очертаний границ ядра и концентрации частиц существует следующее мнение:

установлено, что ядро расширяется, причем высказываются различные точки зрения на величину угла его раствора (от 5—7 до 26。)；.

ряд авторов сообщает о наличии разреженной зоны у входа и «загущения» в зоне фонтана;

распределение концентрации твердых частиц по ядру точно не установлено.

Косвенные методы определения границ ядра фонтанирующего слоя развиты в работах [98].

Профили ядра, построенные по этим методам для разных углов конусности, представлены на рис. 1-18.

Приведенные результаты не являются исчерпывающими, поскольку отдельные исследователи представили свои данные в виде количественных корреляций. Для границ (ширины) [95, 1141

Рис. 1-18. Границы ядра фонтанирующего слоя, рассчитанные из условий начала фонтанирования.Рис. 1-18. Границы ядра фонтанирующего слоя, рассчитанные из условий начала фонтанирования.Данные [98]： 1 — 60°; 2 — 40°; з — 30°; 4 — 20°; 5 — 10°.Данные [98]： 1 — 60°; 2 — 40°; з — 30°; 4 — 20°; 5 — 10°.

Рис. 1-18. Границы ядра фонтанирующего слоя, рассчитанные из условий начала фонтанирования.

Рис. 1-18. Границы ядра фонтанирующего слоя, рассчитанные из условий начала фонтанирования.

Данные [98]： 1 — 60°; 2 — 40°; з — 30°; 4 — 20°; 5 — 10°.

Данные [98]： 1 — 60°; 2 — 40°; з — 30°; 4 — 20°; 5 — 10°.

Рис. 1-19. Схемы циркуляции частиц в кипящем слое [115]: в — опускание частиц по стенкам; 6 — опускание частиц б центре, с фонтанирующими слоямиРис. 1-19. Схемы циркуляции частиц в кипящем слое [115]: в — опускание частиц по стенкам; 6 — опускание частиц б центре, с фонтанирующими слоями

Рис. 1-19. Схемы циркуляции частиц в кипящем слое [115]: в — опускание частиц по стенкам; 6 — опускание частиц б центре, с фонтанирующими слоями

Рис. 1-19. Схемы циркуляции частиц в кипящем слое [115]: в — опускание частиц по стенкам; 6 — опускание частиц б центре, с фонтанирующими слоями

и концентрации ядра [103] известны эмпирические корреляции. Например, по Малеку [95]

呢=14,5 (0,115 lg d.-0,191)

где 丸—диаметр ядра;

рм —— плотность частиц.

Поскольку корреляции по dg и рм ——эмпирические, то это соотношение интересно в основном зависимостью диаметра струи от скорости в степени 0,5. В пределах узкого диапазона изменения скорости Сорли с сотрудниками [96] наблюдали примерно линейную зависимость

9 (訝т)g9)

В виде критериальной степенной зависимости Мухленовым и Горштей- ном были обработаны данные по измерению пьеэодатчиком порозности ядра [103]

…，7際度(掛)"(心广

(Ь50)

Отметим, что полученные расчетные данные обнаружив ают значительную согласованность с экспериментальными.

Для разработки и расчета аппаратов большое значение, наряду с рассмотренными ранее гидравлическими и структурными характеристиками, имеют закономерности движения и перемешивания частиц. Чтобы оценить интенсивность тепли- и массопереноса между газом и частицами, теплообмена фонтанирующего слоя с внутренними и наружными поверхностями, истирания

и других процессов, нужно знать порядки величин скоростей частиц, их распределение по объему аппарата. Расчет с учетом кинетики процесса основан на использовании макрокинетической характеристики аппарата, получение которой требует изучения перемешивания при фонтанировании. Наконец, в ряде случаев циркуляция частиц в кипящем слое [115] аналогична протекающей при фонтанировании (рис. 1-19); изучение закономерностей последней позволяет, таким образом, получить выводы, ценные и для обычного псевдоожижения.

Рассмотрим, по данным различных авторов, методики й результаты исследования движения и перемешивания частиц в фонтанирующем слое. Сводка опубликованных в 1959—1966 гг. в СССР и за рубежом работ приведена в табл. 1-7. С целью более полного охвата вопроса в нее, помимо данных по собственно фонтанирующему слою, включены и работы по перемешиванию в конических кипящих слоях —《tapered beds» (порядок расположения работ хронологический).

Распределение частиц по временам пребывания в фонтанирующих слоях исследовалось Риджвеем [120], Эльпериным и Хохловым [119] и Боулингом с Ваттсом [116]. Наиболее интересны полученные последними авторами кривые вымывания трассера из фонтанирующего слоя (рис. 1-20); отклонение от соответствующих кривых, рассчитанных для случая идеального смешения, в начальные моменты объясняется поршнеобразным проскоком твердой фазы по оси аппарата.

Время выравнивания концентрации примеси по слою измеряли Сэзерленд [117] для слабоконических, а Малек [95] и Лева [33] для фонтанирующих слоев. В своей системе Малек получил время выравнивания ~40 сек; по формуле для коэффициента диффузии 0吸巾=KI?, принимая К = 0,5 и за характерный линейный размер ——высоту слоя, он подсчитал, что коэффициент перемешивания

。3蚪=石=~8Q" = 6,5 с*2, сек

Лева в аппарате с мешалкой добился выравнивания только за 9—12 лшн, что при аналогичном расчете дает в пять раз меньшее значение коэффициента перемешивания (Оз巾巾=1,4 см2/сек).

Наибольшее число работ посвящено исследованиям движения одиночных частиц. Изучения движения частицы внутри трехмерного фонтанирующего слоя не производилось, очевидно, ввиду больших, чем при обычном псевдоожижении, трудностей визуализации внутренних участков.. Малек [95], Сорли [96], Бекер 1110] и Эльперин [100] наблюдали движение частиц у прозрачной стенки трехмерной модели. Их данные аппроксимируются линейной зависимостью

(1-51)

где S* q 2 см/секг а 〜3*5 + 1,0 см/сек^

50

Зависимость скорости движения частиц у стенки, по Бекеру [110], следующая:

焉37 （亡尸｛1+0,007《）9]% Re…（爲）广

где h, Н п Я14aкс — соответственно текущая высота, высота слоя и максимальная высота фонтанирования;

/ （Ф） — фактор формы;

a d0 и D — диаметры соответственно входного отверстия

и колонны.

Рис. 1-20. Кривые распределения частиц по в реме-.нам пребывания в фонтанирующем слое [116]:а — интегральные; 6 ——дифференциальные; 1, 5 — идеальное смешение； 2, 4 ■— полное,* вытеснение; з — экспериментальные данные-Рис. 1-20. Кривые распределения частиц по в реме-.нам пребывания в фонтанирующем слое [116]:а — интегральные; 6 ——дифференциальные; 1, 5 — идеальное смешение； 2, 4 ■— полное,* вытеснение; з — экспериментальные данные-

Рис. 1-20. Кривые распределения частиц по в реме-.

нам пребывания в фонтанирующем слое [116]:

а — интегральные; 6 ——дифференциальные; 1, 5 — идеальное смешение； 2, 4 ■— полное,* вытеснение; з — экспериментальные данные-

Рис. 1-20. Кривые распределения частиц по в реме-.

нам пребывания в фонтанирующем слое [116]:

а — интегральные; 6 ——дифференциальные; 1, 5 — идеальное смешение； 2, 4 ■— полное,* вытеснение; з — экспериментальные данные-

Некоторые результаты исследований [100] свидетельствуют о линейной зависимости между скоростью движения частиц у стенки и скоростью газа.

Знание скоростей частиц у стенки позволило в ряде случаев скоррелировать величины, характеризующие циркуляцию, с геометрическими характеристиками слоя и аппарата. Так, по Сорли 196], весовая скорость циркуляции частиц пшеницы в фонтанирующем воздухом слое （в рута©%）

1（鲁Г8⑶（寿戸

где w и %р — текущая и минимальная скорости газа на входе в слой при фонтанировании.

На механизм циркуляции твердых частиц в фонтанирующем слое имеются различные точки зрения.

Предлагавшиеся различными авторами варианты представлены на рис. 1-21. На участках о и 6 изображены случаи, когда принимается, что обмен между ядром и периферией происходит лишь внизу и наверху: различие в том* что в схеме а предполагается

Результаты исследований движения и перемешивания твердых частиц в фонтанирующем и расширяющихся кипящих слоях

Авторы, источник

Вид слоя

Метод исследования

X арактеристики исследовавшейся системы

Результаты исследований

Вывод о характере перемешивания

Примечание

Сорли [961

Фонта- ниру- 10ЩИЙ

Измереште скорости частиц у стенки

Колонны: D = 150 и 600 мм; Но/£) = 3； £)/&о=6； ct = 60°

Пшеница

График зависимости скорости частиц (от 1,2 до 3 см!сек) у стенки от высоты в слое. Уравнение для скорости циркуляции

•—

Очень высокий слой в цилиндрической части; все данные о скорости частиц для цилиндрической, а не конической части; скорость киносъемки 200 кадров! сек

Измерение скорости частиц у прозрачной стенки полукруглой модели

Колонна: D = =600 мм； [Hq = =1200 мм; а。= =100 мм\ а = 60°

Графики направления потоков в периферийной зоне и скоростей частиц в ядре

Бекер

[110]

фонтанирующий

Измерение скорости частиц у стенки

Стеклянная колонна: 0 = 450 мм； 0/%=0,065; 0,086; 0,155； 0,196； 0,285; а=180°

Песок, зерна различных культур, пшешща

Уравнение для скорости движения частиц у стенки. Уравнение для периода циркуляции частицы в системе пшеница —воздух

Система идеального смешения

Струйный слой большой высоты без конической части

Боулинг, Ватте [И6]

Фонтанирующий

Измерение распределения меченых частиц по временам пребывания

Колонна: D = =50 мм； а = 60°; "о = 496 и 350 мм

Частицы угля 0,5— 1,7 мм (скорость в верхнем сечении 0,18 м/сек); магштто- меченые частицы

Графики интегральной и дифференциальной функций распределения частиц по временам пребывания

Система смешения с застойными зонами (наблюдается проскок части материала)

Очень высокий слой в цилиндрической части; материал вводится в струю подаваемого на фонтанирование воздуха

/

1

Сэзер- ленд [И7]

Расширяющийся КИПЯЩИЙ

Измерение времени выравнивания концентрации никелевых магнитных частиц в Слое медных частиц

Конические колонки из оргстекла &)=7б мм\. Hq = 610j 1220; 1830 мм\ D = =86,96, 106 мм

Частицы меди 0,3— 0,5 мм. Проба никеля—1% веса слоя, отбор с высоты на 306 мм нитке верха слоя

Графики изменения концентрации частиц в пробе по времени

Лева

[33]

Фонтанирующий

Измерение времени выравнивания концентрации трассера в слое

Конический аппарат с лопастной мешалкойобъемом

0,09^з； а = 37°; D =

=600 мм;

勿=30, 60 об/мин

Песок 0,18—0,42 мм (7,5 л/мин)

Трассер — поваренная соль (0,5% веса слоя), ввод в центре слоя, отбор проб на 270 мм выше и ниже точки ввода

Таблицы изменения концентрации трассрра в точках отбора во времени

Структура слоя значительно изменена мешалкой

Малек

[95]

Фонтанирующий

Измерение вре- мени выравнивания концентрации трассера у стенки колонны

Прозрачная плек- сиглазовая колонна: 0 = 152 мм; "о = —228 мм

Пшеница

Трассер—крашенные частицы пшеницы

Визуальная оценка времени выравнивания концентрации частиц

Идеальное тление

сме-

—

箕

Продолжение табл. 1^7

Авторы, источник

Вид слоя

Метод исследования

X арактеристики исследовавшейся системы

Результаты исследований

Вывод о характере перемешивании

Приметание

Малек (951

фонтанирующий

Измерение скорости движения частиц у стенки

Колонка: D = =152 мм； &)=9,5; 19,25 мм； % = 330, 450 мм

Пшеница

Кривые зависимости скорости частиц у стенки (1,8+4,5 см/се齢 от высоты в слое, высоты всего слоя, диаметра входного отверстия

—

Мухле- нов, Гор- штейн

[ЮЗ]

фонтанирующий

Измерение скорости частиц в ядре слоя по показаниям пьезодатчика

Аппарат: d0=10— 13 мм] а=20 子 60°, различные высоты слоя и скорости воздуха

Частицы 1,2 + -т- 4,8 мм

Уравнения скорости движения частицы в ядре (в зависимости от размера частицы, входного отверстия и высоты слоя); профили скоростей по оси и сечешио слоя

Промежуточный между идеальным смешением и полным вытеснением случай

Роув, Сазерленд [И71

Расширяющийся кипящий

Измерение распределения концентрации трассерг по высоте колонны

Колонка:D =

=140 мм; Но = =1220 мм, времена смешения 1,5—10 мин

Медная дробь

Трассер—шп^ель (1% веса слоя), вводился сверху

Кривые распределения меченых частиц по высоте слоя в зависимости от времени смешения

Левей, [118]

Расширяющийся кипящий

Измерение активности проходящих вблизи датчика частиц мгновенного точечного икшульса

Колонна с сечением выхода 53 X 70,6 мм； Но= 1270 мм

Медные шарики (74—105 мк)

Кривые изменения активности,, регистрируемой датчиксйи, во времени » зависимости от скорости воздуха

Злвпе- Рин, Хохлов [119]

Фонтанирующий

Расчет функции распределения частиц по временам пребывания

Одно- и многокамерный аппарат с пул ьсирующим выводом твердых частиц

Уравнение для расчета распределения частиц по временам пребывания

Случай ндеаль- кого смепгейия с временем запаэды- ванна

Оценка времени запаздывания по длительности падения частицы в слое

Риджвей

[120]

Расширяющийся кипящий

Измерение распределения частиц по временам пребывания

Слой окиси урана высотой 1,8 м

График интегральной функции распределения частиц по временам пребывания

—

Мадонна

[97]

Фонтанирующий

Фотосъемка слоя при двух выдержках

Полукруглая колонна с прозрачной стенкой. Выдержки 0,5 и 4 сек

Фотография

—

Время выдержки} было принято» слишком большим：

Эльпе- рин, Ефрем- цев [1001

5

5 一一

Фонтанирующий

Измерение скорости движения частиц у стенки методом киносъемки

Стеклянная ретор- та: ^Q ^—-12 мм^ а = 30, 60°

Зерно проса; навески в слое 30 , 40, 50 2

Графики зависимости частоты циркуляпии и частоты попадания в фиксированную зону аппарата от скорости воздуха (для разных навесок в слое и углов конусности)

Скорость киносъемки 600 кадров /сек

некоторое «отжатие» слоя от решетки, тогда как в случае, изображенном в 6, этот эффект отсутствует. На схеме 6 показано, что подмешивание происходит по всей высоте слоя из ядра в периферийную зону; в то же время на схеме а [95, 96] предполагается обратное направление обмена по высоте.

По вопросу о макрокинетической характеристике слоя также существуют различные мнения. Так, Бекер (см. табл. 1-7) предполагает наличие режима идеального смешения; Боулинг с Баттсом и Эльперин с Хохловым пришли к аналогичному выводу, но вносят поправки — первые на проскок, вторые — на запаздывание (в основном эти поправки связаны с принятой схемой загрузки и выгрузки). По мнению же Мелека, получившего высокие значения коэффициентов перемешивания, режим фонтанирования близок к полному смешению; это подтверждают и наши исследования.

Рис. 1-21. Схемы циркуляции частиц в фонтанирующем слое.

а и б — обмен внизу и наверху (а — отжатие слоя, б — отткатие отсутствует); в и г — подмешивание по всей высоте (в — из ядра в перифсрийную^ зону, г — из периферийной зоны в ядро).

В работе [106] было проведено исследование структуры визуально и с помощью фотосъемки, в результате которого были изучены форма и структура ядра фонтанирующего слоя (при а = 0 ч- 70°, d = 1,5 + 6 мм). Типичная картина ядра приведена на рис. 1-22.

Структура ядра по высоте (а = 70°) имеет следующие особенности:

концентрация частиц в нижней части ядра, непосредственно прилегающей к поддерживающей сетке, значительно понижена;

поперечное сечение ядра, достаточно широкое в самой нижней части (примерно равное сечению входного отверстия), на высоте 50 мм сжимается, а затем вновь расширяется;

непосредственно над слоем концентрация частиц понижена, а на высоте нескольких десятков миллиметров имеется уплотнение —— своеобразная «шапка частиц».

Первые две особенности могут быть объяснены на основе аналогии с истечением струи из насадки в более плотную среду.

Эта особенность прирешеточного участка фонтанирующего слоя имеет существенное практическое значение, так как сводит к минимуму контакт твердой фазы с решеткой, позволяя избежать нежелательных явлений перегрева частиц.

В частности, данное явление использовано [16, 17, 21] при создании оригинальной конструкции аппарата фонтанирующего слоя 56

для обработки твердой фазы, в котором над решеткой имеется цилиндрический стакан и, лишь начиная с некоторой высоты, сечение аппарата расширяется; по визуальным наблюдениям авторов, прилегающий к решетке цилиндрический участок практически свободен от частиц.

Вблизи рассмотренной разреженной зоны наблюдается (см. рис. 1-22) резкое сужение ядра слоя, что легко объяснить на основе известных свойств вытекающих из насадки струй. В целом, как показали наблюдения за структурой ядра в фонтанирующем слое, оно очень похоже на сечение трубки Вентури.

Рис. 1-22. Фотография фонтанирующего слоя в плоской модели (частицы 1 мм, выдержка 1/60 сек).

Была изучена также зависимость угла раствора ядра от скорости газового потока путем фотографирования слоя при разных выдержках. Данные, полученные при выдержке 1/60 сек для слоя шариков диаметром 1,5 мм, показывают, что угол раствора конуса ядра, начиная с высоты, при которой наступает расширение, не очень значителен (8,5—18°), изменение этого угла, так же как и абсолютных значений ширины ядра (на произвольном уровне), с увеличением скорости газа незакономерно, ввиду чего можно считать, что прямо пропорциональная зависимость ширины струи от скорости газа для фонтанирования не подтверждается.

В значительной мере это несоответствие может быть объяснено нечеткостью определения в ряде работ границ между фонтанирующим ядром и периферийной зоной. Исследование позонной структуры фонтанирующего слоя наиболее целесообразно провести, наблюдая образование этих зон при переходе от кипящего слоя к фонтанирующему, т. е. постепенно увеличивая угол раствора в двухмерной плоской модели. С этой целью были сделаны уплотнительные боковые

вставки, размещавшиеся под различными углами. На рис. 1-23 приведены фотографии серии таких опытов. При углах 0—20° (рис. 1-23, а) наблюдается типичное псевдоожижение в узких колонках ——подъем

Рис. 1-23. Фотографии фонтами рующего слоя в плоской мол ели при различных а:а — 20。，6 — 30。，в — 40°, г — 50。，б — 60°, е — 70°.Рис. 1-23. Фотографии фонтами рующего слоя в плоской мол ели при различных а:а — 20。，6 — 30。，в — 40°, г — 50。，б — 60°, е — 70°.

Рис. 1-23. Фотографии фонтами рующего слоя в плоской мол ели при различных а:

а — 20。，6 — 30。，в — 40°, г — 50。，б — 60°, е — 70°.

Рис. 1-23. Фотографии фонтами рующего слоя в плоской мол ели при различных а:

а — 20。，6 — 30。，в — 40°, г — 50。，б — 60°, е — 70°.

частиц в центре с вихреобразным опусканием по стенкам. На рис. 1-23, б видно, как образуется четкое, оторванное от стенок ядро с интенсивным движением частиц вверх и зона быстро опускающихся в посту пате л ьном или вихреобразном движении частиц.

доля которых подмешивается в ядро по всей высоте. При угле раствора конуса 40° (рис. 1-23, в) зоны с описанным выше характером движения сохраняются, однако непосредственно между зоной интенсивного последующего движения частиц и стенкой появляется малоподвижный, медленно опускающийся слой частиц, ширина которого при дальнейшем увеличении угла (рис. 1-23, г, 8, е) увеличивается. Таким образом, если восходящее движение частиц происходит в одной зоне — ядре, то нисходящее движение имеет место

в двух зонах, отличающихся по порядкам скоростей.

Следовательно, наиболее полно структуру фонтанирующего слоя отображает трехзонная модель: ядро с фонтаном, периферийная зона медленно опускающихся частиц и промежуточная зона опускающихся в быстром, завихренном движении частиц. При этом ширина второй зоны при изменении угла раствора конуса практически не меняется; угол раствора второй зоны (считая от уровня сужений ядра) составляет при различных углах конуса 30—32°, тогда как угол раствора собственно ядра не превышает нескольких градусов.

Эта модель подтверждается данными Баскакова с сотрудни-

Рис. 1-24. Распределение коэффи* и/ вт 、циента теплообмена а I —— | по\ м2. град / сечению п высоте фонтани рующего слоя [123]:Рис. 1-24. Распределение коэффи* и/ вт 、циента теплообмена а I —— | по\ м2. град / сечению п высоте фонтани рующего слоя [123]:1 —— по сечению Л = 40 .мл; 2 — 九 ==80 мм; 3 —九=120 мм; 4 —九== 160 мм\ 5,6 — характерные точкипри скоростях 0,53 и 1,3 м/сек.1 —— по сечению Л = 40 .мл; 2 — 九 ==80 мм; 3 —九=120 мм; 4 —九== 160 мм\ 5,6 — характерные точкипри скоростях 0,53 и 1,3 м/сек.ками по теплообмену от цилиндрического зонда к фонтанирующему слою [123]. Полученный в их опытах профиль значений коэффициентов теплоотдачи а от зонда к слою приведен (для половины осесимметричного сечения фонтанирующего слоя) на рис. 1-24. Значения а у стенки и по оси слоя близки по порядку к значениям для соответ

Рис. 1-24. Распределение коэффи* и/ вт 、

циента теплообмена а I —— | по

\ м2. град / сечению п высоте фонтани рующего слоя [123]:

Рис. 1-24. Распределение коэффи* и/ вт 、

циента теплообмена а I —— | по

\ м2. град / сечению п высоте фонтани рующего слоя [123]:

1 —— по сечению Л = 40 .мл; 2 — 九 ==80 мм; 3 —九=120 мм; 4 —九== 160 мм\ 5,6 — характерные точкипри скоростях 0,53 и 1,3 м/сек.

1 —— по сечению Л = 40 .мл; 2 — 九 ==80 мм; 3 —九=120 мм; 4 —九== 160 мм\ 5,6 — характерные точкипри скоростях 0,53 и 1,3 м/сек.

ствующих дисперсных систем ——движущемуся слою и восходящему высококонцентрированному пневмотранспорту. В периферийной зоне имеется резкий максимум значения коэффициента теплоотдачи, по порядку величины близкий к значениям, полученным для кипящего слоя.

В ряде исследований определялась зависимость интенсивности различных процессов от угла раствора конуса: при истирании частиц в фонтанирующем слое [124], уносе частиц [125], сушке полимеров в фонтанирующем слое [126, 127], теплообмене с поверхностью [102].

Во всех этих процессах была получена монотонная зависимость от угла раствора конуса.

В то же время в ряде работ развиваются представления о наличии некоторого оптимального угла раствора конуса, при котором некоторый показатель эффективности процесса имеет наиболее

благоприятное значение. Так, в табл. 1-8 приведены значения оптимальных углов для ряда установок.

Как зависимость эффективности процесса от угла конусностит так и значение оптимального угла объясняются в каждом конкретном случае наличием структурных зон и в основном тем, в какой зоне протекает процесс.

Как видно из табл. 1-8, в большинстве случаев стремятся иметь аопт, при котором опускание частиц происходит не медленно, за счет нисходящего плотного слоя в периферийной зоне, а быстро, в зоне интенсивного нисходящего движения.

Таблица /-&

Значение оптимального угла в различных процессах

Авторы исследования

Наименование процесса

а опт

Обоснование оптимальн ости

Тагер, Шипков 1122]

Сжигание топлива

25—35。 (30。)

Предотвращение Шлакования устья топок

Такеда [112]

Холодная модель

50°

Качество псевдоожижения (по индексу неоднородности, измеряемому методом локальных пульсаций давлений)

Элытерин, Ефремцев [100]

Обжиг цемейт- ного клинкера, холодная модель

30 + 40。一 угол естественного откоса

материала

Отсутствие спекания в малоподвижных частях слоя (не должно быть застойных зон на стенках конуса)

Романков, Раш- ковская

Сушка паст, растворов, сыпучих материалов

35 士 40°

Отсутствие слипания и комкования материала

Вызго и сотрудники [121]

Q безвоживание раствора

30°

Отсутствие поршне- вания и уноса (наступающего при меныпем угле) и слипания частиц (п ри увеличении угла)

Из сказанного следует, что угол раствора этой зоны 〜40°. Таким образом, можно считать, что для процессов, на протекание (или устойчивость) которых отрицательно влияет замедление движения частиц у стенки, оптимальным является угол раствора 〜40°.

Однако в процессах, интенсивность которых определяется величиной среднего времени пребывания частиц в слое, увеличение угла раствора конуса дает эффект, аналогичный увеличению высоты слоя в цилиндре; энергетически увеличение угла конуса выгоднее, чем наращивание высоты слоя, из-за характера зависимости Ар = / (无°, а). Интересно отметить, что в этом случае ядро фонтанирующего слоя (при наличии теплообмена газ — частица) аналогично активной нижней зоне кипящего слоя, а периферийные зоны ——так называемой «балластной» (но играющей важную роль) зоне в кипящем слое.

Помимо исследований слоя на плоской модели, было проведено систематическое изучение р ас пр еде ления концентрации частиц по объему реального фонтанирующего слоя.

Измерение плотности фонтанирующего слоя мпкросферического алюмосиликатного катализатора (d = 200 — 250 лк) производилось на описанной коническо-цилиндрической установке емкостным методом.

Выбор размера конденсатора диктовался геометрическими характеристиками системы. Линейный размер конуса был 〜300 мм, а ядра ——50 土 4- 100 мм.

Условия, налагаемые на выбор размера датчика, следующие: минимальный линейный размер датчика приблизительно раз в 20 больше размера частиц, максимальный по порядку величин равен или меньше определяющего линейного размера системы, т. е. ширины ядра.

Исходя из этих ограничений, был выбран датчик 10 мм шириной и 50 ■% длиной. Зонд с датчиком вводился внутрь аппарата на специальной перемещающейся системе, позволившей жестко закрепить датчик и двигать его в строго вертикальном или горизонтальном направлении через интер- валы 5—10 мм.

Было проведено систематическое исследование структуры фонтанирующего слоя при изменении следующих параметров: а = 30, 40, 50, 60°; % = 50, 75, 100 мм\ %х = 0,2—1,1 м/сек.

Измерения порозности фонтанирующего слоя этим методом производились по оси слоя (при перемещении датчика по вертикали через 10 мм) и по сечению слоя (при перемещении датчика, закрепленного на определенном вертикальном уровне, через 50 мм от нижнего сечения по горизонтали).

Данные по р аспр еделению порозности слоя по оси ядра в аппаратах с углом конусности 30° при разных скоростях газа в нижнем сечении приведены на рис. 1-25. Из этого рисунка следует:

Наличие в нижней части ядра (на высоте 30——50 мм) зоны пониженной концентрации твердых частиц, вызванное, очевидно, динамическим воздействием струи воздуха. Это подтверждается данными, полученными при фотографировании фонтанирующего слоя в двухмерной модели. С увеличением скорости газового потока высота этой разреженной зоны увеличивается.

Постоянство концентрации твердых частиц по высоте плотной фазы фонтанирующего слоя. Порозность слоя по высоте на этом участке почти не меняется и равна 0,5—0,6 (незначительно повышаясь с увеличением скорости газа). Наличие высококонцентрированного потока твердых частиц так же подтверждается фотографировав нием слоя в плоской модели.

Резкое уменьшение концентрации твердых частиц в верхней части слоя, расположенной выше уровне насыпного неподвижного слоя. Это объясняется замедлением скорости вылетающих из слоя частиц; однако в отличие от данных, полученных при фотографировании плоской модели, емкостным методом не удалось обнаружить наличия уплотнения частиц в верхней части надслоевого

Рис. 1-25. Распределение порозности по оси фонтанирующего слоя (а = 30°) при различных скоростях газа.

пространства, что объясняется понижением точности показаний датчика в области малых концентраций и его влиянием на выбросы частиц.

Описываемая картина распределения частиц по оси фонтанирующего слоя во многом аналогична наблюдавшейся для кипящего слоя [129];, в частности, имеется сходное распределение по зонам —— пониженной концентрации у решетки, постоянной в основной части слоя и спадающей в надслоевом пространстве.

Типичные результаты, полученные по распределению концентраций по сечению фонтанирующего слоя на разных уровнях, приводятся на рис. 1-26. Из рассмотрения этих данных можно заключить следующее:

Профиль концентрации твердой фазы в фонтанирующем слое симметричен относительно оси слоя, и при измерениях в пределах

%-220%-220\ 2%\ 2%О 缈 收 强 ОО 缈 收 强 О

%-220

%-220

\ 2%

\ 2%

О 缈 收 强 О

О 缈 收 强 О

Рис. 1-26. Распределение порозности по сечению фонтаниру-ющего слоя (а = 40°; d。— 75 *м) при различных скоростяхгаза з.

высоты насыпанного неподвижного слоя максимальное значение порозности практически не меняется по высоте (что согласуется с данными первой серии опытов).

Профиль порозности вблизи оси имеет ярко выраженный параболический характер с плоской вершиной; по мере удаления от оси имеется точка перегиба, после которой вдоль значительного отрезка радиуса порозность постоянна; по окончании этого отрезка имеется еще одна точка перегиба, после которой устанавливается наиболее низкое значение порозности. Распределение порозностей по сечению фонтанирующего слоя иа разных высотах подтверждает сделанный на основании изучения двухмерного слоя вывод

о трехзонной структуре фонтанирующего слоя (ядро, промежуточная зона интенсивного движения частиц, медленно опускающаяся периферийная зона).

С изменением скорости газа на входе профиль порозности в данном сечении меняется незначительно.

В периферийной зоне порозность слоя в пределах погрешности опыта не отличается от порозности неподвижного слоя.

Полученные результаты показывают, что структура фонтанирующего слоя в объеме существенно отличается от кипящего. Это особенно четко видно при сопоставлении приведенных выше данных с результатами Баккера (129], в которых различие порозности в пристеночных и осевых участках фонтанирующего слоя носит иной характер и выражено менее резко.

Наряду со структурными измерениями было исследовано движение и перемешивание частиц в фонтанирующих слоях.

Перемешивание в фонтанирующем слое, как и в любом другом аппарате смешения непрерывного действия, характеризуется отношением двух времен: тц — времени циркуляции и тср — среднего времени пребывания частиц в аппарате.

Таким образом, их отношение

(1-52)

определяет интенсивность перемешивания.

В выражении (1-52) среднее время пребывания определяется из соотношения

% =寸(1-53)

где Ссл — вес, кг;

G — производительность, кг/ч.

Время циркуляции т” определяется как время, в течение которого частица проходит через все основные участки аппарата (из рассмотрения исключены случаи проскока, когда цикл движения частицы окажется значительно меньше среднего). Его определение является довольно сложной задачей. При отсутствии подмешивания из периферийной зоны в ядро требование, чтобы за время циркуляции частица проходила все основные участки слоя, удовлетворяется автоматически, и поскольку wR > "пер*，то тц может быть оценено по времени опускания частиц в периферийной зоне.

Значительные трудности появляются, если между периферийной зоной и ядром происходит обмен частицами. Тогда частица, опускающаяся в периферийной зоне, может перейти в ядро в любой точке по вертикали; в результате ей, возможно, придется пройти несколько циклов, прежде чем удовлетворится требование обхода всех основных участков слоя. Таким образом, при наличии обмена для получения порядка величины тц необходимо, помимо порядков скоростей частиц в ядре и периферийной зоне, знать еще и порядки величин коэффициентов обмена.

1-27. Схема распределения частиц1-27. Схема распределения частицРис.Рис.в сечении фонтанирующего слоя по ско-ростям.в сечении фонтанирующего слоя по ско-ростям.(см. рис. 1-12) со сменными конусами.40, 50 и 60°, а скорость воздушного(см. рис. 1-12) со сменными конусами.40, 50 и 60°, а скорость воздушного

1-27. Схема распределения частиц

1-27. Схема распределения частиц

Рис.

Рис.

в сечении фонтанирующего слоя по ско-ростям.

в сечении фонтанирующего слоя по ско-ростям.

(см. рис. 1-12) со сменными конусами.

40, 50 и 60°, а скорость воздушного

(см. рис. 1-12) со сменными конусами.

40, 50 и 60°, а скорость воздушного

При вычислении тц и т(ф можно оценить величину А; если к》10, но фонтанирующий слой работает в режиме идеального смешения.

Как следует из приведенных выше соображений, необходимо определить скорость частицы на различных участках ее траектории, т. е. исследовать поля скоростей в фонтанирующем слое. С целью изучения как пространственного распределения частиц с различными

скоростями, так и распределения числа частиц по скорости была применена фотосъемка при различных выдержках. Измерение скоростей частиц производилось по длине бликов. Полученная таким образом «карта» скоростей частиц в сечении слоя приведена

на рис. 1-27.

Полученные поля скоростей частиц позволяют установить, что скорости частиц в фонтанирующем ядре более чем на порядок превышают скорости в пристеночной ча

сти периферийного слоя, а в промежуточной зоне всего лишь в несколько раз выше. Определение влияния различных параметров фонтанирующего слоя на скорость частиц в пристеночной области и оценка значения коэффициентов обмена между зонами проведены в коническо-цилиндрическом аппарате

Угол конусности был 30, потока 5—9 м/сек.

Материал был правильной сферической формы (гранулированный силикагель с размером частиц 3,2 мм) и неправильной формы (частицы поливинилформаля с средним размером 1,5—4 мм).

Для фонтанирующего слоя с заданными геометрическими параметрами устанавливали соответствующий гидродинамический режим; затем в верхнюю часть пристеночной области вблизи прозрачного участка стенки при помощи пневматического инжекционного устройства вводились крашеные частицы. Время прохождения частицами базы (отмеченного специальными знаками отрезка длины стенки конуса по образующей) измерялось при помощи секундомера; бралось среднее значение из 3—5 измерений. По результатам этих измерений рассчитывалось среднее значение скорости частиц у стенки фонтанирующего слоя. Была систематически изучена зависимость этих скоростей от угла раствора конуса, скорости газа и вида материала. Из результатов всех проведенных опытов найдено, что скорости частиц у стенки возрастают с увеличением расхода газа от 2——3 до 7——8 см!сек, поэтому при фотографировании плоской

65655 Заказ 1560.

65

65

модели даже с выдержкой Vgo сек пристеночный слой частиц выглядел неподвижным.

В заключение остановимся на некоторых макрокинетических характеристиках фонтанирующего слоя.

Как уже было показано, перемешивание частиц в непрерывнодействующем фонтанирующем слое характеризуется параметром

Тер«

Экспериментально установлено, что между периферийной зоной и ядром имеется интенсивный обмен по всей высоте слоя, что скорости частиц в ядре более чем на порядок превышают таковые для пристеночной зоны периферийной части слоя и что порядок скоростей частиц в пристеночной зоне — 1 + 10 см/сек.

При отсутствии обмена между периферийной зоной и ядром можно было бы, используя ориентировочные значения для высоты фонтанирующего слоя 0,2—1,0 м и для скорости частиц у стенки 0,01——0,10 м/сек, принять, что время циркуляции (по верхней оценке) не превысит,

%20+100

а —= —__~— w 100 сек

%т 1 + 10

В среднем тд = 50 сек (2 + 100 сек). Однако ввиду наличия обмена необходимо, чтобы тц явилось временем, в течение которого частица пройдет через все активные зоны аппарата, а не только по наиболее протяженному контуру стенка—ядро. Чтобы учесть, какое количество частиц движется за один цикл по менее протяженному контуру, веоб- ходимо рассчитать коэффициенты обмена между периферийной зоной и ядром через промежуточную зону.

Оценим величину коэффициента обмена, принимая его постоянным по высоте для фонтанирующего слоя (% = 300 мм; а = 40°, = 1200 從/九з； % = 0,5; 4 = 0,05 九；ipct = 5 см!сек).

Обмен внизу происходит (ввиду отжатия слоя от решетки》 на высоте ~0,05 м.

Тогда согласно [106] получим значение коэффициента обмена

К =警® Г2rotg^ + tg2 3 (h± + 同)]=•吗•窑段[2 • 0,025 • 0,364 +

+ 0,132 (0,3 + 0,05)] = 38,64 кг/л2 • сек

Через боковую поверхность ядра переносится

К ♦ 2冗го (М—М) = 38,64 • 2 • 3,14 • 0,025 • (0,3 —0,05) = 1,35 кг/сек

В то же время до самого низа периферийной зоны доходит

РЛ^^ниж = Рт%/冗(г靠w —г» = 1200 • 0,5 • 0,05 • 3,14 (0,0432 —0,025) = 0,172 кг!сек 66

Таким образом, из полученных данных следует, что ^-13% материала проходит все зоны по высоте аппарата за один цикл, а 87% (или в 6 раз больше) проходит меньшее расстояние. Однако учитывая р аспр еде ление частиц по длине проходимого пути (часть их сразу мигрирует в ядро, а часть опускается на глубину ниже половины высоты слоя), целесообразно примерно трехкратное повторение циркуляции частицы, чтобы получить значение характеристического времени циркуляции

(1-54)

Степень обработки, %

А

В

к

2,92

3,03

2,92

2,68

2・2

2,47

10,0

L83

2,26

Таблица 1-9Таблица 1-9Значение коэффициентов уравнения (1-56)Значение коэффициентов уравнения (1-56)Множитель 3 принят, поскольку не доходящие донизу частицы затрачивают на этот неполный цикл время, меньшее чем —皆工 в сред- нем в 2 раза. Тогда в наиболее часто встречающихся случаях (Л слоя порядка 0,5—0,8 九) при %т = 5— 8 см/сек получим q~ 0,5 мин. Этим значением мы и будем пользоваться в дальнейшем.

Таблица 1-9

Таблица 1-9

Значение коэффициентов уравнения (1-56)

Значение коэффициентов уравнения (1-56)

Величина тср будет зависеть от типа выбранного процесса. Поскольку при К > 太 10 аппарат — идеального смешения, то, следовательно, при тср 谷 5 мин фонтаниру

ющий слой, близкий к рассмотренным выше размерам, работает

в этом режиме. В приведенном выше примере объем конуса

V =令无(А2 + 3 + А%) = * • 0,3 (0,1342 +0,0252十о,134 • 0,025) = 0,0069 '3

Производительность при тср = 5 мин составит

м = Рм% 二=1200 • 0,5 鬻黑=49,4 左"“

Следовательно, этот аппарат объемом 6,9 л при производительности 7И W 50 кг/ч будет аппаратом идеального смешения.

Митев [13] исследовал распределение частиц по временам пребывания в щелевых аппаратах вихревого слоя; было также показано, что в этих аппаратах достигается практически полное перемешивание.

Так как в ряде случаев необходимо, чтобы обработка материала в течение определенного времени была равномерной, Митевым [13] было проведено исследование с целью определения наименьшего числа секций (пмин) щелевого аппарата, обеспечивающих заданное время задержки (т3), т. е. время, считая от момента ввода меченых частиц до появления в выгружаемом материале 0,5; 1; 5 и 10% от их количества (см. рис. 1-14).

Обработка опытных данных сводилась к построению кривых

* = /(言)(1-55)

где 飞一среднее расходное время пребывания.

Уравнение (1-55) в результате обработки опытных данных приведено к виду

имин= Л ехр К 工-—В(1-56)

Значения А, В и К — коэффициентыг зависящие от степени обработки, приведены в табл. 1-9.

В заключение отметим, что изложенные в настоящей главе результаты исследований отечественных и зарубежных авторов по кипящим, фонтанирующим и вихревым слоям позволяют производить гидродинамический расчет аппаратов этих типов.

ЛИТЕРАТУРА

Ребу IL, Кипящий слой, ЦИИНЦМ, 1959.

Сыромятников Н. И., Волков В. Ф., Процессы в кипящем слое, Металлургиздат, Свердловск, 1959.

Забродский С. С., Гидродинамика и теплообмен в псевдоожиженном слое, Госэнергоиздат, 1963.

Лева М., Псевдоожижение, Гостоптехиздат, 1961.

Z е n z F. А., О t h m е г D. F., Fluidisation and Fluid-Particle Si- stems, Reinhold Publ. Corp., N. Y., 1960.

Романков П. Г・，Рашковская H. Б., Сборник трудов межвузовской конференции по машинам и аппаратам диффузионных процессов, Казань, 1961.

Процессы в кипящем слое, ЦИИНЦМ, 1959.

Каганович Ю. Я., Злобинский А. Г., сб. «Техника сушки во взвешенном слое», вып. 2, ЦИНТИХимнефтемаш, 1966, стр. 44•

Е s а у a n L., Е s а у a n М., Fluidisarea, Editura technica, Bucuresti, 1959.““

Гельперин Н. И., Айнштейн В. Г. и др., Хим. техно л. топл. масел, № 8, 51 (I960).

Cowan С. В. и др., Eng. J., 1958, 160.

Madonna L. А. и др., Brit. Chem. Eng., 6, № 8, 524 (1961).

М и т е в Д. Т., Автореф. канд. дисс., ЛТИ им. Ленсовета, 1967.

Романков П. Г., Рашковская Н. Б. и др., сб. Техника сушки во взвешенном слое», вып. 2, ЦИ НТ И Химнефтемаш, 1966, стр. 31.

Романков П. Г., Рашковская Н. Б., Труды ЛТИ им. Ленсовета, вьгп. XXXIX, 1957, стр. 95.

В ы з г о В. С. и др., сб. «Химия и технология минеральных удобрений», Изд. ТАН Узб ССР, Ташкент, 1966, стр. 232.

Цвик М. 3., Автореф. канд. дисс., ТПИ, Ташкент, 1967.

Гольцикер А. Д., Рашковская Н. Б., Р оманковП.Г., сб. «Применение кипящего слоя в химической промышленности», ч. II, ЛДНТП, 1965, стр. 72.

Belik L., СЪет.-Ing.-Techn., 32 № 4, 255 (I960).，

Leva М., 3d Europ. Feder. Chem. Eng., London, 1962.

Blickle T. и др. Chem. Techn., 14, № 2, 87 (1962)./

22.22.23.24.25.26.23.24.25.26.27.27.28.29.30.31.32.33.34.35.36.37.38.39.40.41.42.43.44.45.46.47.48.49.50.51.52.53.54.55.56.57.58.59.60.28.29.30.31.32.33.34.35.36.37.38.39.40.41.42.43.44.45.46.47.48.49.50.51.52.53.54.55.56.57.58.59.60.ЭльперИй И. Т., сб. «Применение кипящего слоя в народном хозяйстве СССР», ЦИИНЦМ, 1965; Авт. свид. 134618, Бюлл. изобрет.麻 24 (I960).

22.

22.

23.

24.

25.

26.

23.

24.

25.

26.

27.

27.

28.

29.

30.

31.

32.

33.

34.

35.

36.

37.

38.

39.

40.

41.

42.

43.

44.

45.

46.

47.

48.

49.

50.

51.

52.

53.

54.

55.

56.

57.

58.

59.

60.

28.

29.

30.

31.

32.

33.

34.

35.

36.

37.

38.

39.

40.

41.

42.

43.

44.

45.

46.

47.

48.

49.

50.

51.

52.

53.

54.

55.

56.

57.

58.

59.

60.

Соколов П. Ф., Сушка древесины, Изд. «Лесная пром.》，1966. Фрайман Р. G. и др., Хим. пром., № 11, 827 (1962).

Баскаков А. П., Л у м м и А. П., Хим. пром., № 11, 844 (1963). Романков П. Г., Рашковская Н. Б., Бабенко В. Е., Г ольцикер А. Д., и др.. Авт. свид. 150425, Бюлл. изобрет. № 18 (1962).

Романков П. Г., Рашковская Н. Б., Гольцикер А. Д.г сб. «Применение кипящего слоя в народном хозяйстве СССР», ЦИИНЦМ, 1965, стр. 5.

Тодес О. М., сб. «Методы и процессы химической технологии», вып. 1.. Изд. «Наука», 1965, стр. 65.

Романков П. Г., Рашковская Н. Б., Гольцикер А. Д., Бабенко В. Е., ЖПХ, 37, № 3, 615 (1964).

А э р о в М. Э., Хим. техно л. топл. масел, № 10, 9 (1962).

Акопян Л. А., Касаткин А. Г., Хим. пром., № 2 (1955).. Дементьев В. М., Теплоэнергетика, 6, 1, 50 (1959).

Leva М., Weintraub М., G rummer М., PollchikH., S t г о с h U. S., Bull. Bur. Mines, № 504 (1951).

Мартюшин И. F., Труды МИХМ, вып. XIII, 1957, стр. 145.

Suciu G., Schorr V.，Rev. Chim., 9, 4, 82 (1958).

Winterstein G., Rose K., Chem. Techn., 13, 2 (1961).

Г о p ошк о В. Д., Розенбаум Р. Б., Тодес О. М., Изв- вузов. Нефть и газ, № 1, 125 (1958).

Абаев Г. И., Гусман Т. Я., Хим. пром., № 11, 796 (1962)^ Алиев В. С., Индюков И. М., Рустамов Н. И., Хим. технол. топл. масел, № 8, 65 (1959).

Бейлин М. И., Хим. технол. топл. масел, № 4, 19 (1961).

Гинзбург А. С., Резчиков В. А., ИФЖ, 5, № 5, 55 (1952). Landau W., Franz Е., Chem. Techn., 12, 4 , 200 (I960).

Гришин М. А., ИФЖ, 3, № 6, 82 (I960).

Е р к о в а Л. Н., Смирнов Н. Н・,Труды ЛТИ им. Ленсовета, вып. XV, 1958, стр. 68.

Богуславский Н. М., Мелик-Ахназаров Т. Х.,_ Псевдоожижение в химической технологии, ГосИНТИ, I960.

Leva М., Shirai Т., Wen С. J., Gen. Chem., 75, 2, 33 (1956)» Miller С. О., LogwinukA. К., Ind. Eng. Chem., 43, 1220 (1951). Мухленов И. IT., T p а б ep Д. Г., Румянцева E. C.,. Хим. пром., № 8 (1955).

О p о ч к о Д. И., Теоретические основы ведения синтезов жидких топлив , Гостоптехиздат, 1951.

Розловский А. А., Цвет, мет., 2, 37 (1962).

Смирнов А. А., Труды Куйбышевского индустриального ин-таг т. "VIII, 1959j стр. Ш.

S t г а п е о Р., С о р р i Е., Chim. Ind. (Milan), 43, 12, 1393 (1961). Федоров И. М., Теория и расчет процесса сушки во взвешенном состоянии, Госэнергоиздат, 1955.

Н е е г d е n С. Н., Nobel А. Р. Р., Krevelen D. W., Chem. Eng- Sci., i, № 1, 37 (1951).

J u s t a t A., J a n i о K., G о r z k a L・，Przem. Chem., 38, 1, 39 (1959)_ Б e p а н e к Я., Сокол Д., Техника псевдоожижения, пер. под ред- Н. И. Гельперина, Гостоптехиздат, 1962.

Забродский С. С., Труды Института энергетики АН ЕССР, вып. III, 1957.

Чечеткин А. В., Высокотемпературные теплоносители, Госэнерго- издат, 1962.

Andersson К. Е., Chem. Eng. Sci., 15, 3—4, 276 (1961).

Bena J., Chem., 10, 285 (I960).

•61 Гаспарян А. М., 3 а м и н я н А. А., ДАН АрмССР, XXII, № 1, '17 (1956).

Jottrand R., J. AppL Chem., 2, Suppl., 1, 517 (1952).

Kolar V., Coll. Czech. Chem. Comm., XXVII, № 12, 2816 (1962).

Loeffler A. L., Ruth B. F., AIChE J., 5, № 3, 310 (1959)・

Lewis E. W.. Bowerman E. W., Chem. Eng. Progr., 48, 603 (1952).

Лященко П. В., Гравитационные методы обогащения, Гостоптех- издат, 1940.

Минц Д. М., Шуберт С・ И., Гидравлика зернистых материалов, Изд. Минкомхоз, 1955.

•68. Петров В. Н., Изв. вузов. Нефть и газ, № 5, 79 (1961).

•69. Richardson J. F., Zaki W. N., Trans. Inst. Chem. Eng., 32, 35

(1954).

70.

71.

72.

73.

74.

75.

76.

77.

78. 79.

W0・ <81. 82.

•83.

84. 85.

•86.

87.

88.

89.

Takeda К., Imagata Univ., 4, № 2, 273 (1957).

Jonson Е., Inst. Gas. Eng. Rep., Publ. № 378/179 (1949—1950).

Hawksley P. G. W. in «Some Aspects of Fluid Flow», E. Arnold Co., London, 1951.

Ha p pel J・，AIChE J., 4, 197 (1958).

P i n ch bek P., Popper E., Chem. Eng. Sci., 6, 57 (1956).

Frantz J. F., Chem. Eng., № 19, 161 (1962).

Lewis W. K., Gilliland E. R., Bauer W. C., Ind. Eng.. Chem.,

41, 1104 (1949).

Rowe P. N二,Trans. Inst. Chem. Eng., 39, № 3 (1961).

,К л у м n a p И., Хим. пром., № 1 (1957).

с , S t u d i i si cercetori de chimie, 5, № 4, 569

Б e p а н e к Я.

R a s е е V S. (1957).

Яворский Шарловск Parent J. 43, 429 (1947). Романков

D.,

И. а я D.,

А., М.

J а

PO.

91.

92.

93.

94.

95.

96.

97.

Изв. Сиб. отд. АН СССР, 6, 104 (1958).

С., Изв. Сиб. отд. АН СССР, 10, 88 (1958).

gol N., Steiner С. S., Chem. Eng. Progr.,

Рашковская H. Б., Л епи л ин В. Н.,

Г.,

и хим. технол.» IV, № 2 (1961).

Б. И., Тодес О. М., Нефт. хоз^, № 4, 32 (1951). Гельперин Н. И., Айнштейн В. Г., Г ойхман И. Д.» ИФЖ, 7, № 7, 15 (1964).,,

В era n ek J., Sokol D., Winterstein G., Wirbelschicht technik, Leipzig, 1964.

N a r i s m a n G., AIChEJ., 11, № 3, 550 (1965).

Изв. вузов. Химия

Б р о у

н ш т е й н

Айнштейн В.

Гинзбург А. С., Резчиков В. А., Сушка пищевых продуктов в кипящем слое, Изд. «Пшцевая пром.», 1966.

Рождественский О. И., Соколов А. А., Тезисы докладов научно-технической конференции МПХМ, Секция процессов в псевдоожиженном слое, М., 1967.

лов В・

Ф., Романков

лов В. Ф., Романков

А.

г.,

Г・,

Н・,

ЖПХ, 35, № 1, 80

ЖПХ, 35, № 10, 2220

Изв. вузов. Цветная ме-

Вольдман Г. М., Зеликман таллургия, № 4, 73 (1962).

Граховский Б. Н., Семененко ,,

Mathur К. В., Gishler Р. Е., J. Appl. Sci. (London), 5, 620

В. Л., ИФЖ, 7, № 7 (1964).

(1955); AIChE J., 1, 157 (1955).

Malek M. А. и др., Ind. Eng. Chem., Proc. Des. Developm., 2, № 1, 30 (1963); 4, № 1, 123 (1965); Can. J. Chem. Eng., 42, № 1, 14 (1964).

T h о г 1 e у В. и др. Can. J. Chem. Eng., 37, № 5, 184 (1959).

Madonn е L. А. и др., AIChE J., 4, № 4, 494 (1958); Chem. in Canada, 11, № 7, 42 (1959); Ind. Eng. Chem., 52, № 2, 169 (I960); Brit. Chem. Eng., 6, № 8, 524 (1961).

Гельперин Н. И., Айнпгтейн В. Г. и др. Хим. техно л. топл;. масел, № 8, 51 (I960); Хим. маш., 1961, № 4, 12.

Баскаков А. П. и др., ИФЖ, 10, № 1, 16 (1966); Хим. технол. топл- масел, № 8, 14 (1966).

Эльперин И. Т., Ефремцев В. С. и др., сб. «Исследование тепло- и массообмена в технологических процессах и аппаратах». Изд. «Наука и техника», Минск, 1966, стр. 177—191; 192—200; 201—206.

Забродский С. С., ИФЖ, 4, № 2, 92 (1961).

Г ельперин Э. Н., Автореф. канд. дисс., МХТИ, 1965.

ЮЗ. Мухленов И. П., Горштейн А. Е., ЖПХ, 37, № 3,609(1964); № 9, 1887 (1964); Хим. пром., № 6, 443 (1965); сб. «Процессы химической технологии», Изд. «Наука», 1965; Горштейн А. Е., Автореф. канд- дисс., ЛТИ им. Ленсовета, 1965.

Мартюшин И. Г., Автореф. докт. дисс., МИХМ, 1965.

Торре С., Osterr. Ing. Ztg., 7, № 5, 159 (1964).

Юб. Гольцикер А. Д., Автореф. канд. дисс., ЛТИ им. Ленсовета, 1967-

Rice N. J., Wilhelm R. Н., AIChE J., 4,驶 4, 423 (1958).

Г ольцикер А. Д., Рашковская Н. Б., РоманковП. Г.^. ЖПХ, 37, № 5, 1030 (1964).

Романков П. Г., Гидравлические процессы химической технологии^. Госхимиздат, 1948.

НО. Becker И. А. и др., Chem. Eng. Sci., 13, № 3, 97 (I960); № 4,245 (I960)..

Николаев A. M., Г о л у б е в Л. Г., Изв. вузов. Химия и хим. технол., 7, № 5, 855 (1964)."

Takeda К., Chem. Eng. (Токуо), 21, 124 (1957).

Горштейн А. Е., С о р о к о В. Е., Изв. вузов, Химия и хим- технол., № 1, 137 (1964).

Михайлик В. Д., сб. «Исследование тепло- и массообмена в технологических процессах и аппаратах». Изд. «Наука и техника», Минск, 1966.

Т рабер Д. Г. и др., ЖПХГ 35, № 10, 2213 (1962).

Bowling F., Watts A., Austral. J. AppL Sci., 12, № 4, 413 (1961).

Sutherland K. S., Trans. Inst. Chem. Eng., 39, № 3T 188 (1961).

Levey P., Chem. Eng. Progr., 56, № 3, 43 (I960).

Эльперин И. T., Хохлов В. К., Сообщения НИИЦемента, 1965'..

Ridgway К., Chem. Proc. Eng., June, 1965.

В ы з г о В. С., Набиев М. Н.. Р и з а е в Н. У., Цвик М. 3. и др.. Рефераты докладов и сообщений Менделеевского съезда, № 7, Изд.. «Наука», 1965, стр. 28; Тезисы докладов V Всесоюзной конференции： по технологии неорганических веществ и минеральных удобрений, Киев,. 1966.“

Т а г е р С. А., Шипков Н. Н., сб. «Энерготехнологическое использование топлива», вып. 2, Изд. АН СССР, 1962.

Баскаков А. П., Л ум м и А. П., ИФЖ, 10, № 1 (1966).

Блиничев В. Н., Стрельцов В. В., сб. «Техника сушки во взвешенном слое», ЦИНТИХимнефтематп, вып. 2, стр. 101; вып. 5, 1966» стр. 38.

Бейлин М. И., сб. «Применение кипящего слоя в народном хозяйстве СССР», ЦИИНЦМ, 1965; Сушка угля в кипящем слое, Изд. «Недра» 1965.

Куцакова В. Е., Автореф. канд. дисс., ЛТИ им. Ленсовета, 1964〜

А у ф А. А., Автореф. канд. дисс., ЛТИ им. Ленсовета, 1966.

Тодес О. М. и др., Метод исследования и количественного измерение качества псевдоожижения, Брошюра ВДНХ, 1963; ЖПХ, 39, № 5 (1966); Зав. лаб., № 2 (1967); Хим. пром., № 6, 5 (1967).

Bakker Р. J., Диссертация, Дельфтский ун-т, Голландия; Brit.. Chem. Eng., 3, 240 (1958); 4, № 10, 524 (1959); Chem. Eng. Sci., 12, № 41, 260 (I960).

C. Dumitrescu, S. D. J о nes cu, Rev. chim., 18, № 9, 55^ (1967).

ГЛАВА ВТОРАЯ

КОНСТРУКЦИИ СУШИЛОК

Сушка во взвешенном слое до недавнего времени применялась только для высушивания сыпучих материалов (уголь, известняк, минеральные и органические соли и др.). В последнее время этот метод успешно применяется при высушивании комкующихся (сульфат аммония, некоторые полимеры) материалов, пастообразных веществ (пигменты, красители и др.), обезвоживании растворов, расплавов и суспензий.

Так как практическое осуществление процесса и его эффективность в значительной степени зависят от конструкции аппарата, то в настоящей главе будут рассмотрены и, по возможности, систематизированы утке имеющиеся в этой области сушильной техники конструктивные решения.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ СУШИЛОККИПЯЩЕГО И ФОНТАНИРУЮЩЕГО СЛОЯ

Сушильные аппараты классифицируют преимущественно по характеру высушиваемого материала, что особенно важно для выбора типа сушилки. По этому признаку сушилки следует разделить на две группы: 1) для зернистых материалов и 2) для пастообразных материалов, растворов, расплавов, суспензий.

По режиму работы сушильные установки можно разделить на три основные группы: непрерывного, периодического и полунепрерывного действия.

Непрерывнодействующие сушильные установки получили наибольшее распространение в промышленности. В этих аппаратах загрузка и выгрузка материала происходит непрерывно.

Преимуществом сушилок непрерывного действия является полное использование объема сушильной камеры, возможность полной автоматизации процесса, отсутствие расхода тепла на прогрев установки (тепло расходуется только при пуске после ремонта или чистки аппарата).

Эти сушилки успешно применяются в мно го то ннажных производствах. Их недостаток (некоторых конструкций) — неравномерная обработка материала.

Иериодически действующие сушильные установки применяются чаще всего в малотоннажных производствах при необходимости получения однородного по влажности продукта. Сушильную камеру загружают материалом и по окончании процесса полностью разгружают. Влажность материала в сушилке, а также параметры сушильного агента меняются во времени. Достоинствами сушилок периодического действия являются простота конструкции и возможность регулирования режима сушки путем подачи теплоносителя с различными параметрами на разных этапах сушки, в соответствии с требованиями оптимального режима; поэтому они успешно применяются при высушивании чувствительных к нагреву полимерных и других материалов.

Недостатки сушилок — большая затрата времени на загрузку и выгрузку материала, вследствие чего их применение целесообразно лишь в том случае, если продолжительность процесса значительно превышает вспомогательное время (на загрузку и выгрузку), а также необходимость дополнительного расхода тепла на прогрев установки при каждой новой операции. Сушилки периодического действия применяют в малотоннажных производствах при высушивании зерни- стых материалов.

Сушильные установки полунепрерывного действия позволяют получить равномерный по влажности продукт. Загрузка и выгрузка материала в этих аппаратах производится непрерывно, но процесс сушки осуществляется периодически; таким образом, используются преимущества непрерывно и периодически действующих сушилок. Установки могут быть полностью автоматизированы.

КОНСТРУКТИВНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ

Характеристика сушилок по количеству секций. Применяющиеся сушилки кипящего слоя можно разделить по данному признаку на две группы: одно- и многокамерные [1].

Однокамер ные сушилки наиболее просты в конструктивном и эксплуатационном отношениях, обладают самыми высокими экономическими показателями, лучше всего поддаются автоматизации. Сушилки этого типа наиболее распространены как в Советском Союзе, так и за рубежом. Недостатком некоторых конструкций является неравномерная обработка материала [2]. Однако для ряда продуктов это не имеет существенного значения, тем более что этот недостаток может быть в значительной степени уменьшен направленным движением материала в аппаратах — например, сушилка ДПИ (Донецкого политехнического института).

Удельный влагосъем в однокамерных аппаратах, в зависимости от параметров применяемого теплоносителя, может быть от 500 До 1000 кг 1ч и более с 1 吊2 решетки при удельном расходе сухих газов 3—12 кг!кг влаги.

jMногокамерные сушилки бывают с последовательным ДвйЯ<^й®м материала и подачей свежего теплоносителя в каждую камеру и ступенчато-противоточные, с движением материала и газа противотоком друг к другу.

Их применяют для увеличбнйй рййюмёрйости сушки.

В сушилках с по 6 лёд 6 й5 a *f 6 льным движем и и е м материала секционяройанйе осуществляется с помощью вертикальных перегородок; разДеляюп^х горизонтальный аппарат (чаще прямоугольного сечения)' на несколько секций, причем материал последовательно проходит все секции, тогда как газ подается в каждую секцию отдельно. W некоторых случаях каждая секция представляет собой отдельный аппарат. Иногда для экойомии производственной площадки секции помещают одну нйд! другой, что приводит к усложнению конструкции. ； ;<

Аппараты этой группы имеют значительно фэлее высокие расходные ко эффицие нты, чем одно камерные, их труднее автоматйзи- ровать, они сложнее и дороже. Применение аппаратов этого^типа может быть оправдано лишь при высушивании материалов, '.содержащих внутреннюю влагу, удаление которой определяется внутри- .диффузионным сопротивлением и требует длительного времени, а также и при высушивании чувствительных к нагреву материалов —— ■в этом случае можно снижать температуру теплоносителя по длине .аппарата, с тем чтобы не допустить перегрева продукта в конце •сутки.

Такие аппараты применяются для сушки зерна, полимерных :материалов и др. В некоторых случаях последние секции используются для охлаждения высушенного продукта.

В ступенчато-противоточных сушилках ^влажный материал подается в верхнюю секцию и выводится снизу, тогда как горячие газы подаются в нижнюю секцию и выводятся -сверху аппарата. Движение материала о существляется с помощью .переточных труб или через провальные решетки. В промышленной практике применяются двух- и трехсекционные сушилки.

В сушилках этого типа удается полностью высушить материал, ^достичь высокого насыщения отходящего газа, свести до минимума унос пыли. Эти аппараты следует применять при необходимости глубокого высушивания сыпучего материала с развитой внутренней • структурой (обладающего большим диффузионным сопротивлением), не чувствительного к нагреву (например, при десорбции). Необхо- .димо иметь в _виду повышенное гидравлическое сопротивление таких аппаратов.

П о форме сушилки кипящего слоя разделяются на аппараты • с постоянным и с расширяющимся по высоте сечением. И те и другие .могут быть как круглыми, так и прямоугольными.

В аппаратах постоянного сечения разница в скоростях псевдоожижающего агента у решетки и вверху аппарата достигается лишь вследствие разности температур газа. При высоких температурах :поступающего теплоносителя отношение этих скоростей может

достигать 3—4 (скорости отнесены к полному сечению аппарата)» что позволяет обеспечить «кипение» частиц, несколько различающихся по фракционному составу.

Значительное применение нашли также сушилки с фонтанирующим'слоем. в которых обеспечивается более активный гидродинамический режим.

СУШИЛКИ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯДЛЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Однокамерные сушилки

Однокамерные непрерывнодействующие сушилки различаются,, как уже отмечалось, по форме сечения (постоянного и переменного сечения), по наличию или отсутствию направленно го движения материала от загрузки к выгрузке; отдельную группу образуют' сушилки с внутренними механическими устройствами.

Наиболее типичными и широкораспространенными сушилками постоянного сечения без направленного перемещения материала являются аппараты системы Fluo-Solids (Dorr Oliver Со, США) [3, 4]. Особенностью этих супшлок является то, что они совмещают процессы сушки и классификации полидисперсных материалов, поскольку благодаря постоянству сечения сепарационного пространства унос очень велик [5].

На рис. П-1 [6] дана схема установки с цилиндрической сушильной камерой (система Fluo-Solids). Аппараты этого типа получили большое распространение в США. С 1948 г. было построено много таких установок, вначале для сушки известковых материалов (известняка, доломита, ракушечного лома, цементного мергеля), затем для угля, карбонатов кальция и магния и в последнее время для высушивания полимерных материалов (полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида). Установки полностью автоматизированы.

Влажный материал из бункера 1 шнековым (или другой конструкции) питателем 2 непрерывно подается в сушильную камеру 3 в слой «кипящего» материала.

Топочные газы из топки 4 смешиваются с воздухом в смесительной камере и затем подаются с помощью турбогазодувки или вентилятора под опорную решетку.

Разгрузка высушенного продукта производится через патрубок 5, расположенный непосредственно над решеткой, со стороны, противоположной загрузке. Отработавшие запыленные газы направляются в циклон 6 с бункером 7, где выделяется основная часть унесенного газами сухого материала; окончательная очистка газов происходит в рукавном фильтре 8.

Эти сушилки, как правило, работают с невысокими слоями материала (300——400 〃м), обеспечивают большой влагосъем (до 2000 кг

влаги с 1 儿2 решетки в час) и поэтому широко применяются в многотоннажных производствах.

На рис. П-1 приведена типичная схема сушки известняка, мер- зге ля, доломита, ракушечника, формовочных земель, шлаков домен-

^мс. П-1. Схема сушильной установки с цилиндрической сушилкой (система Fluo-Solids):^мс. П-1. Схема сушильной установки с цилиндрической сушилкой (система Fluo-Solids):м — бункер; 2 — питатель; з — сушильная камера; 4 — топка; 5 — патрубок для вдагрузки продукта; 6 ——циклон; 7 ——бункер циклона; 8 —— фильтр.м — бункер; 2 — питатель; з — сушильная камера; 4 — топка; 5 — патрубок для вдагрузки продукта; 6 ——циклон; 7 ——бункер циклона; 8 —— фильтр.

^мс. П-1. Схема сушильной установки с цилиндрической сушилкой (система Fluo-Solids):

^мс. П-1. Схема сушильной установки с цилиндрической сушилкой (система Fluo-Solids):

м — бункер; 2 — питатель; з — сушильная камера; 4 — топка; 5 — патрубок для вдагрузки продукта; 6 ——циклон; 7 ——бункер циклона; 8 —— фильтр.

м — бункер; 2 — питатель; з — сушильная камера; 4 — топка; 5 — патрубок для вдагрузки продукта; 6 ——циклон; 7 ——бункер циклона; 8 —— фильтр.

Рис. П-2. Схема промышленной установки для сушки угля в кипящем слое (система Fluo-Solids):Рис. П-2. Схема промышленной установки для сушки угля в кипящем слое (система Fluo-Solids):— бункер; 2 — питатель; з — сушилка;— циклон; 5 — тонка; 6 — газодувки;7 — воздушный фильтр; 8 — бункер для угля; 9 ——измерительная установка.ния); необходимо предусматривать— бункер; 2 — питатель; з — сушилка;— циклон; 5 — тонка; 6 — газодувки;7 — воздушный фильтр; 8 — бункер для угля; 9 ——измерительная установка.ния); необходимо предусматриватьбезопасности в связи с повышеннойбезопасности в связи с повышенной

Рис. П-2. Схема промышленной установки для сушки угля в кипящем слое (система Fluo-Solids):

Рис. П-2. Схема промышленной установки для сушки угля в кипящем слое (система Fluo-Solids):

— бункер; 2 — питатель; з — сушилка;

— циклон; 5 — тонка; 6 — газодувки;

7 — воздушный фильтр; 8 — бункер для угля; 9 ——измерительная установка.

ния); необходимо предусматривать

— бункер; 2 — питатель; з — сушилка;

— циклон; 5 — тонка; 6 — газодувки;

7 — воздушный фильтр; 8 — бункер для угля; 9 ——измерительная установка.

ния); необходимо предусматривать

безопасности в связи с повышенной

безопасности в связи с повышенной

5ных печей, фосфоритов и других термостойких неорганических материал。毋.Топочные газы получают при сжигании мазута, газа или угля.

На рие. П-2 приведена аналогичная конструкция [6], ислолв- зуеман при еущке угля. При той же принципи а льно й схеме отличие состоит в вертикальной компановке топки и сушильной камеры,

а также в том, что для сжигания в топке используется часть высушенного угля, который предварительно измельчается.

Еще одна модификация су- пгилки системы Fiuo-Solids была выполнена 16] для сушки органических материалов, в том числе пластмасс (рис. П-З), и других чувствительных к нагреву продуктов. Специфические свойства этих материалов требуют увеличения объема слоя, применения коррозионностойких конструкционных материалов (аппарат изготавливают из нержавеющей стали или алюми- также особые меры по технике взрывоопасностью. В 1962 г.

имелось уже девять таких установок; на некоторых из них применялась рециркуляция теплоносителя в виде паров растворителя или

Рис. II-3. Схема сушильной установки для органиче-ских материалов (система Fluo-Solids):

1 — бункер; 2 — сушилка; 3 — питатель; 4 — вентилятор; 5 —циклон.

инертных газов. В случае сушки воздухом устанавливались конденсаторы для паров воды.

В СССР серия типовых сушилок кипящего слоя для минеральных продуктов, в которых материал обезвоживается в одной камере

ф^^^илф^^^ил

ф^^^ил

ф^^^ил

Рис. II-4. Схема сушильной установки для хлористого калия:

/ — камера; 2 ——топка газовая; з ——вентилятор дутьевой; 4「транспортер ленточный;5 — бункер приемный; 6 — питатель; 7 — весоиэмеритель> & 一 питатель лопастной; 9 ——Циклон ЛИОТа; 10 — циклон НИИОГаза (ЦН-15); 11 — конвейер разгрузочный; 12 — вен-тилятор вытяжной; 13 ——сборник пыли; 14 一 шнек вертикальный.

круглого или прямоугольного сечения без направленного движения материала, была разработана Каганович с сотрудниками во ВНИИкруглого или прямоугольного сечения без направленного движения материала, была разработана Каганович с сотрудниками во ВНИИРис・ II-5. Схема сушильной установки на Березниковском калийном комбинате-Рис・ II-5. Схема сушильной установки на Березниковском калийном комбинате-галургии [7, 8]. Как правилоt применяется слегка расширяющееся (до 11°) кверху сечение сепарационной части аппарата с целью снижения пылевыноса. Типо-

круглого или прямоугольного сечения без направленного движения материала, была разработана Каганович с сотрудниками во ВНИИ

круглого или прямоугольного сечения без направленного движения материала, была разработана Каганович с сотрудниками во ВНИИ

Рис・ II-5. Схема сушильной установки на Березниковском калийном комбинате-

Рис・ II-5. Схема сушильной установки на Березниковском калийном комбинате-

Рис. П-6. Схема прямоугольной установки для сушки песка:Рис. П-6. Схема прямоугольной установки для сушки песка:1 — бункер; 2 — дисковый клапан; з — загрузочный клапан; 4 ——камера; 5 — патрубок для выгрузки песка; 6 — циклон； 7 — вентилятор.1 — бункер; 2 — дисковый клапан; з — загрузочный клапан; 4 ——камера; 5 — патрубок для выгрузки песка; 6 — циклон； 7 — вентилятор.вая схема такой сушилки, примененная на Ка- лушском калийном комбинате (УССР) для сушки хлористого калия, приведена на рис. II-4. Площадь сечения решетки 1,8 "2； решетка выполнена из перфорированного стального листа толщиной 20 мм с отверстиями диаметром 6 мм и долей живого сечения 8%. Сырая

Рис. П-6. Схема прямоугольной установки для сушки песка:

Рис. П-6. Схема прямоугольной установки для сушки песка:

1 — бункер; 2 — дисковый клапан; з — загрузочный клапан; 4 ——камера; 5 — патрубок для выгрузки песка; 6 — циклон； 7 — вентилятор.

1 — бункер; 2 — дисковый клапан; з — загрузочный клапан; 4 ——камера; 5 — патрубок для выгрузки песка; 6 — циклон； 7 — вентилятор.

соль загружается в аппарат при помощи лопастного забрасывателя, вы

грузка сухого материала производится на уровне

решетки шлюзовым телем. Установка

пита-^ полно-?пита-^ полно-?этой схемы является при-w на природном газе.этой схемы является при-w на природном газе.стыо автоматизирована. Особенностью менение встроенной топки, работающей

пита-^ полно-?

пита-^ полно-?

этой схемы является при-w на природном газе.

этой схемы является при-w на природном газе.

В сушилке круглого сечения с площадью решетки 8 м2 ⑼， используемой на Березниковском калийном комбинате для сушки флотационного хлористого калия (рис. П-5), применена выносная топка, работающая на мазуте с паровой форсункой. Живое сечение решетки, выполненной из жаростойкой стали толщиной 30 мм и диаметром отверстий 5 мм, составляет 5%.В ряде случаев аппараты имеют прямоугольное сечение.Сушильная установка с аппаратом прямоугольно го сечения (3 X X 1,2 ■) показана на рис. П-6 [10].Материал из бункера 1 через дисковый клапан 2 и загрузочный клапан 3 поступает в сушильную камеру 4. Под решетку подаются дымовые газы. Высушенный материал через патрубок 5 поступает в бункер, из которого автоматически подается на ленточный транспортер. Отработанные газы отсасываются вентилятором ВВД-9.Сушилка работает с высотой слоя 300 лш. Высота над слоевого пространства 1,5 м.Такая прямоугольная сушилка применена на комбинате «Апатит» [7, 9] для сушки нефелинового концентрата (15 т/ч). Площадь сечения решетки 6 "2(2 X 3), топка выносная, работает на мазуте.Характеристики действующих сушилок типа ВНИИГ приведены в табл. П-1.В сушилке круглого сечения с площадью решетки 8 м2 ⑼， используемой на Березниковском калийном комбинате для сушки флотационного хлористого калия (рис. П-5), применена выносная топка, работающая на мазуте с паровой форсункой. Живое сечение решетки, выполненной из жаростойкой стали толщиной 30 мм и диаметром отверстий 5 мм, составляет 5%.В ряде случаев аппараты имеют прямоугольное сечение.Сушильная установка с аппаратом прямоугольно го сечения (3 X X 1,2 ■) показана на рис. П-6 [10].Материал из бункера 1 через дисковый клапан 2 и загрузочный клапан 3 поступает в сушильную камеру 4. Под решетку подаются дымовые газы. Высушенный материал через патрубок 5 поступает в бункер, из которого автоматически подается на ленточный транспортер. Отработанные газы отсасываются вентилятором ВВД-9.Сушилка работает с высотой слоя 300 лш. Высота над слоевого пространства 1,5 м.Такая прямоугольная сушилка применена на комбинате «Апатит» [7, 9] для сушки нефелинового концентрата (15 т/ч). Площадь сечения решетки 6 "2(2 X 3), топка выносная, работает на мазуте.Характеристики действующих сушилок типа ВНИИГ приведены в табл. П-1.Высушенный материалВысушенный материалРис.Рис.П-7. Схема сушилкиП-7. Схема сушилкитипа ХИГМАВТа (Ясиновскийтипа ХИГМАВТа (Ясиновский

В сушилке круглого сечения с площадью решетки 8 м2 ⑼， используемой на Березниковском калийном комбинате для сушки флотационного хлористого калия (рис. П-5), применена выносная топка, работающая на мазуте с паровой форсункой. Живое сечение решетки, выполненной из жаростойкой стали толщиной 30 мм и диаметром отверстий 5 мм, составляет 5%.

В ряде случаев аппараты имеют прямоугольное сечение.

Сушильная установка с аппаратом прямоугольно го сечения (3 X X 1,2 ■) показана на рис. П-6 [10].

Материал из бункера 1 через дисковый клапан 2 и загрузочный клапан 3 поступает в сушильную камеру 4. Под решетку подаются дымовые газы. Высушенный материал через патрубок 5 поступает в бункер, из которого автоматически подается на ленточный транспортер. Отработанные газы отсасываются вентилятором ВВД-9.

Сушилка работает с высотой слоя 300 лш. Высота над слоевого пространства 1,5 м.

Такая прямоугольная сушилка применена на комбинате «Апатит» [7, 9] для сушки нефелинового концентрата (15 т/ч). Площадь сечения решетки 6 "2(2 X 3), топка выносная, работает на мазуте.

Характеристики действующих сушилок типа ВНИИГ приведены в табл. П-1.

В сушилке круглого сечения с площадью решетки 8 м2 ⑼， используемой на Березниковском калийном комбинате для сушки флотационного хлористого калия (рис. П-5), применена выносная топка, работающая на мазуте с паровой форсункой. Живое сечение решетки, выполненной из жаростойкой стали толщиной 30 мм и диаметром отверстий 5 мм, составляет 5%.

В ряде случаев аппараты имеют прямоугольное сечение.

Сушильная установка с аппаратом прямоугольно го сечения (3 X X 1,2 ■) показана на рис. П-6 [10].

Материал из бункера 1 через дисковый клапан 2 и загрузочный клапан 3 поступает в сушильную камеру 4. Под решетку подаются дымовые газы. Высушенный материал через патрубок 5 поступает в бункер, из которого автоматически подается на ленточный транспортер. Отработанные газы отсасываются вентилятором ВВД-9.

Сушилка работает с высотой слоя 300 лш. Высота над слоевого пространства 1,5 м.

Такая прямоугольная сушилка применена на комбинате «Апатит» [7, 9] для сушки нефелинового концентрата (15 т/ч). Площадь сечения решетки 6 "2(2 X 3), топка выносная, работает на мазуте.

Характеристики действующих сушилок типа ВНИИГ приведены в табл. П-1.

Высушенный материал

Высушенный материал

Рис.

Рис.

П-7. Схема сушилки

П-7. Схема сушилки

типа ХИГМАВТа (Ясиновский

типа ХИГМАВТа (Ясиновский

Харьковский институт горного машиностроения, автоматики и вычислительной техники (ХИГМАВТ) разработал и внедрил на Ясиновском КХЗ сушилку [11, 121, схема которой представлена на рис. П-7.

Материал (угольный шлам) подается в аппарат цепным забрасывателем и разгружается через центральную трубу из верхней части слоя. Высота регулируется изменением высоты трубы. Равномерное газораспределение обеспечивается специальной конструкцией решетки: между двумя шпальтовыми ситами из нержавеющей стали с шириной щели 0,5 мм засыпан слой (толщиной 150 мм) огнеупорного материала с размерами зерен 6—13 мм. Топка выполнена в виде вертикально расположенного стального сварного корпуса (в нижней части ——камера горения, вверху ——смесительная камера).

Для удаления из сушилки крупных частиц в разгрузочной трубе на уровне решетки предусмотрен круговой зазор.

Для обеспечения более равномерного высушивания материала широко применяются однокамерные сушилки кипящего слоя с направленным перемещением высушиваемого продукта. В Донецком

g

Таблица 〃-】

Характеристики конструкций и режимов работы действующих промышленных сушилок для сыпучих материалов и кристаллогидратов [9]

.Предприятие

Высушиваемый продукт

Форма сечения

Газораспределительная решетка

Топливо

8 а

瞪青

« S

船

Калушский комбинат (УССР)

Хлористый калий

Круглая

13—15

1,8

Перфорированный стальной лист

5-6

8-10

Природный газ

Березниковский калийный комбинат

флотационный хлористый калий

»

110-

120

8,0

Жаростойкая сталь

6

7-8

Мазут

Комбинат «Карабу- газгол- сульфат»

Мирабилит (получение сульфата натрия)

»

6

6.0

Чугун

6

10

»

Михайловский содовый завод (Алтайский край)

Декагидрат соды (получение безводной соды)

»

4

»

Комбинат «Апатит»

Нефелиновый концентрат

Прямоугольная

15

6Л) (2X3)

»

650-700

650-700

700-750

800

850-900

теплоносителя

Температура, ℃

слоя

130—140

120-130

120

120

100-110

1,5

2—-2,3

2

0,5

罪

400-500

550—600

550-600

550-600

400—450

3一4

10-25

-Г»

политехническом мнстмтуте (дпн) была разработана конструкцмн однокамерного аппарата с направленным перемещением слоя без прнмененин какмх—лмбо сложннх =ополнаалв»нх устройств 【139 14】・ В основу конструкщ-м бнлм положенн сле=ую!цме соображения。 Супшлвнан камера должна иметь корнкообразную вормуз вслед— ствйе него скорость неилоносителн ио мере его подзема будет уменв— шатвсн・ Зто обеспеимт распределенме частиц по крупности: более мелкие qacKMUH бунукнахопнтъся на большей внсобез т・ е・ в зоне более гшзкмх температур• в результате него улуишнтсн равном。р— ностъ нагрева всего материала*

Непрернвное перемещение иаси вхолв камеры осуществляется следующим Образом，благодаря су^кенмю щели》объемы прохоиншего теплоносителя уменвшаютсн по ее длине - а так как в верхних горн— зонтальшях сеченмнх камера имеет одинаковую пшрмну》товертн- калвшле скорости теплоносмтелн к концу камфрн также уменвпза— ются・ Лмнмм равных скоростей теплоносителя расдрепеляютсн по оиускающейсн кривой* Результирующая смла ттжестмм пинамиде— ского давленмя газа заставляет qacsluy ^-Wasson как 6Ё по наклон— нот плоскосм В нмжней части камерн гормзояталвяое перемещение настмц промсходмт вследствие тог? ито теплоноситель поступает в слой по= углом。

зкспермменкалвнан проверка работ такого аппарата была проверена вначале на лабораторной модели в условиях сушки угля н разлминйх солей (су ль 令а та аммонмн】 хлористого Калм»》 угле— кислого калмя)з а затем®а о Ивао & установке》 построенной на одном мз KOKCOXMMMUecslx заводов- =пн нагревания угля =0 темпе— ратурн размяшеншт S на опнкной установке =лн сушки сулв今ата аммония a^oswao^as^^aoo^MVS 100 ке7s• провепенннеясспепованийпоказали》что в аппарате предложен- ноН конструкцмм На6лю=ается®еярерывное м довольно равномерное очклоненит во времени не превышают ±25决)перемещение загру— жафмых частмц в=олв камерн со скоростью 16 см-сек (тогда как я обнчных установках CKQPOCKb 1 см-се三.BJIaFO=apH расширению йамфрн по внсотрясно внражено распределение частица0 круп— ностм; унос мелочи из аппарата составляет 5—7%- когпа как в аапа— ратах с вертмкалышми стенками он =охо=мт =0 30—70% • Вместе с тем зтот аппарат устойчиво работает прм малой nnoTJ ностм слоя.

Результаты лабораторных исследований позволили спроеккп— роватъ промышленные установки =лйсушки сульфата аммонин н-*1 производительность 3 т_ч 115】，Первые установки такого типа ^Ейя ПУЕены в зксалуатаимю в 1961-、 На рис・ II—8 изображена схема сушмлвной камеры) имеющей следующие основнне размерна

Общая поверхность р 笛 П1СТК0》*2 0-6 Поверхность решетки в зоне сухпкм- {2 • ■ • ■ 0-38 Поверхность решеткн в зоне охлаткпения" *2 0.22 Общая =л1ша решетки) ^£ 2400 6 заказ 1560. 8'•

Максимальная ширина решетки, мм 280

Минимальная ширина решетки, мм 220

Высота камеры, мм1400

В промышленном аппарате решетка установлена под углом 4——6° и свободно перемещается в пазах в горизонтальном направлении, совершая колебательные движения с частотой 50 гц под действием установленного на ее свободном конце вибратора — дебалан- сированного электродвигателя. (Следует иметь в виду, что эти мероприятия оказались необходимыми лишь при сушке склонного к комкованию сульфата аммония).

6-66-6

6-6

6-6

Рис. II-8. Схема промышленной сушилки ДПИ (Макеевский коксохимическийзавод):

Z — камера; 2 — решетка; з — газораспределительная щель; 4 — загрузочный бункер; 5 — газоподводящая коробка; 6 — газоотводящий коллектор; 7 — приемник сухого материала; 8 — заслонка.

Влажный сульфат аммония подается в бункер сушилки транспортером непосредственно после центрифуг.

Для облегчения выхода влажного материала дно бункера устанавливают на решетку под углом 60° и наглухо присоединяют к выходящему из камеры свободному концу решетки, на котором расположен вибратор.

Вибрация, передаваемая бункеру, устраняет зависание влажной соли в бункере и залегание ее в начале решетки.

Аналогичная конструкция применена и для сушки угля [16]. Наличие направленного перемещения позволяет производить не только сушку, но и охлаждение угля.

По сходному принципу работает супшлка, выпускаемая в ФРГ фирмой Biittner (рис. П~9) [17].

Рис. II-9. Схема сушилки фирмы Biittner:

/ — псевдоожиженный слой; 2 — продуваемое днище; 3 — питатель; 4 — циклон; 5—вентилятор; 6 — нагревательное устройство; 7 — перегородка;

8 ——зона охлаждения; 9 ——разгрузочное устройство.

Рис. П-10. Сушилка кипящего слоя (Link-Belt Со):

】一камера сушки; 2 — шнековый питатель; з — бункер;4 — подогреватель воздуха; 5— батарейный циклон; 6--секторные затворы; 7 — вентилятор.

Рис. IM1. Многозонная сушилка с кипя-щим слоем для гранул никелевого концен-трата:

Рис. 11-13. Печь

Z 一 гранулятор； 2 ——челночный питатель; 3 —— зона спокойного кипения; 4 — зона бурного кипения; 5 — топка； 6 — вентилятор.

Рис. П-12. Сушилка кипящегослоя (фирма Nilson-Davis):

I — горизонтальная решетка; 2 — на-клонная решетка； 3 — разгрузка уг-ля; 4 — бункер влажного угля.

虱

для сушкп в кипящем слое с направленным дутьем для вывода крупных оседающих частиц.

Влажный материалВлажный материалСухой материалСухой материалРис. 11-14. Сушилка с мешалкой if наклонной решеткой (фирма Keller GmbH, ФРГ):Рис. 11-14. Сушилка с мешалкой if наклонной решеткой (фирма Keller GmbH, ФРГ):— загрузочная труба: 2 — камера;— мешалка; 4 — труба с питателемдля разгрузки сухого продукта.вдоль специальных каналов— загрузочная труба: 2 — камера;— мешалка; 4 — труба с питателемдля разгрузки сухого продукта.вдоль специальных каналов

Влажный материал

Влажный материал

Сухой материал

Сухой материал

Рис. 11-14. Сушилка с мешалкой if наклонной решеткой (фирма Keller GmbH, ФРГ):

Рис. 11-14. Сушилка с мешалкой if наклонной решеткой (фирма Keller GmbH, ФРГ):

— загрузочная труба: 2 — камера;

— мешалка; 4 — труба с питателемдля разгрузки сухого продукта.

вдоль специальных каналов

— загрузочная труба: 2 — камера;

— мешалка; 4 — труба с питателемдля разгрузки сухого продукта.

вдоль специальных каналов

В США также изготовляются сушилки кипящего слоя с направленным перемещением материала. Такая установка производительностью 165 т/ч угля приведена на рис. П-10 [18, 19].

Оригинальная конструкция с направленным перемещением материала [20] применена для сушки гранул никелевого концентрата. Установкапро из во дител ьностью

130 т/ч (рис. П-11) имеет две зоны с различными скоростями псевдоожижения, которые регулируются изменением толщины слоя материала путем расположения наклонных решеток на различных уровнях. Из зоны бурного кипения, в которую поступают влажные гранулы, они постепенно, по мере подсушки, переходят в зону более спокойного кипения, в которой слой опускается по имеющей небольшой наклон решетке.

При организации направленного движения слоя конструкция решетки имеет наибольшее значение.

Так, в конструкции сушилки кипящего слоя фирмы Nilson-Davis (рис. 11-12) [21] применены две решетки: первая — плоская, горизонтальная, на которой происходит разрыхление и предварительный подогрев слоя, а вторая ——изогнутая, иа которой и происходит сушка угля.

В сушилке конструкции Гин- цветмета (рис. 11-13) направленное перемещение слоя, а также вывод оседающих крупных частиц обеспечиваются специальной конструкцией решетки, в которой предусмотрена направленная подача дутья 122].'

Довольно широкое применение нашла сушилка с мешалкой ■ наклонной решеткой (рис. П-14) [23]. Первоначально эта сушилка была сконструирована для сушки опилок, а позднее ——для сушки волокнистых и стружкообразных материалов. Сушка происходит как в кипящем слое (более крупного материала), так и витающем «облаке» мелкого материала.

Сушилка имеет цилиндрический корпус и наклонную решетку н снабжена мешалкой, передвигающей крупный материал от центра к нерпферпи. Время нахо/Кдения материала на решетке определяется

либо скоростью движения мешалки, либо углом наклона решетки (на схеме решетка показана горизонтально). Основная масса высушенного материала разгружается через циклон.

Эта сушилка находит в последнее время применение в химической и фармацевтической промышленности. В ней можно высушивать и пастообразные материалы после предва рительной обработки.

В сушилке диаметром 1,5 м был достигнут влагосъем 150—— 200 左2cl — решетки в час.

С целью регулирования времени пребывания зерна в зонах с различным температурным режимом сушки в Одесском технологическом институте предложена конструкция сушилки, в которой перемещение частиц в слое происходит при помощи шнека [24]. Опытная сушилка для кукурузы производительностью 50 т1ч состоит из 10 рабочих каналов (рис. П-15) длиной 14 м, расположенных кас- кадно под углом 45° к горизонту. Сырое зерно загружается через бункер во все десять каналов, приводится в псевдоожиженное состояние и перемещается вдоль каналов, проходя через две зоны нагрева и две охлаждения. Для регулирования распределения воздуха по рабочим каналам в каждом диффузоре установлены направляющие аппараты с поворотными лопатками.

Широкое применение находят при сушке различных продуктов сушилки с фонтанирующим слоем.

Одной из таких сушилок является однокамерная коническо- цилиндрическая сушилка (ЛТИ им. Ленсовета), применяемая при сушке сыпучих материалов, паст и растворов [25]. Схема сушилки приведена на рис. П-16. Сетка с большим живым сечением, размещаемая в меньшем сечении аппарата, поддерживает слой при прекращении подачи теплоносителя, а не служит газораспределителем.

Впоследствии Митевым [26], Яблонским, Романковым и Раш- ковской были разработаны щелевые аппараты, которые, сохраняя преимущества фонтанирующего слоя, позволяют легко осуществить переход от пилотной к промышленной установке (рис. 11-17) и (11-18).

Аппарат (рис, П-17) имеет организованную циркуляцию материала. Теплоноситель равномерно ра спред еляе тся по нижней части сушилки при помощи решетки 4, выполненной в виде щелей с направляющими 5, что обеспечивает тангенциальный подвод воздуха в слой и продвижение материала как вверх по наружной стенке, так и по окружности. Внутри сушильной камеры предусмотрен конус 6, по стенкам которого материал стекает вниз. Благодаря наличию конуса создаются переменные скорости по высоте аппарата, что позволяет приводить во взвешенное состояние по лидиспе рсные материалы. Наружная часть сушильной камеры несколько расширяется кверху (угол 〜10°).

На рис. П-18 показана конструкция беспровальной сушилки вихревого слоя, в которой сушильный агент может быть разделен на два потока, вводимых через щель (меньшая часть) и в слой (большая часть), что позволяет значительно снизить сопротивление 86

Рис. 11-15. СхемаРис. 11-15. Схемаz — электродвигатель; нал со шнеком; 5z — электродвигатель; нал со шнеком; 5ШВеКОВОЙ Установки для сушки зерна в кипящем слое-

Рис. 11-15. Схема

Рис. 11-15. Схема

z — электродвигатель; нал со шнеком; 5

z — электродвигатель; нал со шнеком; 5

важный материалважный материал'^器鱸蘇輔輔竄擋際窗-/旣歌篇

важный материал

важный материал

Рпс. 11-16. СхемаРпс. 11-16. Схема

Рпс. 11-16. Схема

Рпс. 11-16. Схема

установку萧由иливдро—к0HH価3。立 сушилкой

1 — калорифер или топка； 2 — лиаЛпягмя- «

бункер; 6-циклон;把 задЬ 嵐а亶*理 е餐黑啞а; 5 一

аппарата при достаточно высоких нагрузках по теплоносителю. Сушилка представляет собой камеру прямоугольно го сечения, нижняя часть которой выполнена в виде желоба. При помощи перегородки и отбойника создается организованное вихревое движение твердой фазы. Материал движется с большой скоростью по наклонной стенке.

Рис. П-17. Сушилка с организованной циркуляцией материала:Рис. П-17. Сушилка с организованной циркуляцией материала:I 一 газораспределительная камера; 2 — сушильная камера; 3 — сепарационное пространство; 4 — решетка； 5 — направляющие; 6 — конус.I 一 газораспределительная камера; 2 — сушильная камера; 3 — сепарационное пространство; 4 — решетка； 5 — направляющие; 6 — конус.Рис. П-18. Беспровальный аппарат вихревого слоя со щелевым вводом газа:Рис. П-18. Беспровальный аппарат вихревого слоя со щелевым вводом газа:1 ——ввод теплоносителя; 2 — камера смешения; з 一 щель; 4 — рабочая часть аппарата; 5 — ввод материала; 6 — вывод материала； 7 — козырек; 8 — сепарационное пространство； 9—вывод теплоносителя.

Рис. П-17. Сушилка с организованной циркуляцией материала:

Рис. П-17. Сушилка с организованной циркуляцией материала:

I 一 газораспределительная камера; 2 — сушильная камера; 3 — сепарационное пространство; 4 — решетка； 5 — направляющие; 6 — конус.

I 一 газораспределительная камера; 2 — сушильная камера; 3 — сепарационное пространство; 4 — решетка； 5 — направляющие; 6 — конус.

Рис. П-18. Беспровальный аппарат вихревого слоя со щелевым вводом газа:

Рис. П-18. Беспровальный аппарат вихревого слоя со щелевым вводом газа:

отбойником отбрасывается в виде «завесы» к противоположной стенке и по ней медленно, в плотной фазе, стекает вниз и вновь подхватывается потоком.

Многокамерные сушилки

Выше были рассмотрены различные методы секционирования аппаратов.

Самым простым способом является горизонтальное секционирование при расположении на одном уровне камер, разделенных перегородками.

Сушилка системы Turbo-Flo [27] представляет собой прямоуголь- ный аппарат, разделенный вертикальными перегородками на ряд 88

камер (рис. 11-19); в одних идет основной процесс сушки, а в других материал досушивается за счет аккумулированного тепла и затем охлаждается. Под сушильными камерами сжигают природный газ, продукты сгорания которого в смеси с воздухом проходят через решетку из нержавеющей стали в слой материала. Первая сушильная камера получает самую горячую смесь, в другие подается смесь с более низкой температурой. В камеры охлаждения подается холодный воздух. Для улавливания мелких частиц из уходящих газов используется циклон, помещенный в свободном пространстве камеры.

Отработанная газобозд^тная смесь

S/iantHbiu материал

Рис. 11-19. Прямоугольная многокамерная сушилка:

2 — камера; 2 — перегородка; з — решетка; 4 — циклон; 5 — регулируемый порог.”

В промышленных установках материал в зонах сушки движется в одном направлении, а в зонах охлаждения — в обратном, так что загрузка и выгрузка расположены на одном конце аппарата (на схеме расположение камер показано условно).

Эта установка дает равномерный по влажности продукт при небольшой высоте установки и невысокой стоимости оборудования. Для увеличения скорости движения материала в некоторых установках решетки последующих камер располагают на 50 мм ниже решеток предыдущих камер. С помощью вертикальных перегородок аппарат может быть разделен на любое количество зон с различной температурой. Он может применяться для процессов сушки, обжига и в качестве реактора.

Установка применяется, в частности, для сушки вулканических шлаков.

На рис. П-20 приведена схема зерносушилки, имеющей аналогичную конструкцию с горизонтальным перемещением зерна [28].

Водяные подогреватели воздуха.

Рис. П-20. Зерносушилка с горизонтальным перемещением зерна.

Сух而 продукт

Рис. П-21. Многокамерная сушилка с горизонтальным секционированием (фирма Orth, ФРГ):

— вентилятор с фильтром; 2 —— воздухонагреватель; $ — сушильная камера； 4 — питатель загрузки; 5 — перемешивающее устройство; 6 — разгрузка пыли с циклонным сепаратором;

7 — питатель выгрузки.

Решетка установлена с незначительным наклоном, что позволяет

осуществлять направленное перемещение слоя. Сушилка работает

с рециркуляцией воздуха.

Конструкция многокамерной сушилки фирмы Orth (ФРГ) [29] с горизонтальным секционированием дана на рис. 11-21.

На рис. 11-22 показана сушилка с псевдоожиженным слоем, имеющая несколько узких секций, в которых помещены шнековые транспортеры [30]. Продукт последовательно проходит через все камеры. Время пребывания продукта в сушилке определяется скоростью вращения шнеков. Общая площадь шести

Рис. П-22. Секционированная сушилка с псевдоожиженным слоем (фирма Krauss- Maffey, ФРГ).

секций 1,45 м2.

Двухступенчатая сушилка с 20Pliзонтальным секционированием (рис. П-23) состоит из двух зон ——внутренней (подсушиватель с ме-

шалкой) и внешней (кольцевой

канал с направленным перемеще-

подсушиватель;

3 ——мешалка; устройство;

тая сушилка с псевдоожиженным слоем (Австрия):

1 — корпус сушилки; 2 —

нием

материала [30]. Теплоноситель под-

仁

переливное

стенка; 6 — питатель; 7

разгрузочное устройство; 8 —выход воздуха; 9, 10 — подачатеплоносителя.

водится раздельно в каждую камеру.

Горизонтальное секционирование применяется также при работе каждой камеры в режиме фонтанирования.

Двухступенчатая сушилка (рис. П-24) предназначена для высушивания слипа- • ющихся сыпучих материалов [31]. Первоначально она была сконструирована для сушки морских водорослей (на основании экспе римента льных работ, проведенных Но而ежским техническим институтом).

• Суйгилка состоит из двух соединенных последовательно сушильных камер. Измельченный влажный материал по- дается шнеком 4 в коническую камеру I, где высушивается в потоке поступающих снизу горячих газов.

Скорость газа внизу камеры ире- выпгает скорость осаждения самых боль-

рости осаждения самых у основания камеры

ших частиц, а вверху ——меньше ско- мелких частиц. Направляющие лопасти увеличивают скорость газа у стенок,

в результате частицы движутся вверх вблизи стенок и опускаются по центру. При таком движении частиц разбиваются крупные комки.

В камере 1 удаляется 70——80% влаги. Подсушенный материал другим шнеком 4 передается в цилиндро-коническую камеру 2. Мелкие высушенные частицы с воздухом отсасываются вентилятором 5 из цилиндрической части второй камеры, а крупные тем же вентилятором по узкой трубке из нижней части сушилки. Выгрузка сухого продукта производится из циклона 6.

Рис. П-24. Двухступенчатая сушилка (Норвегия):

1 — коническая камера; 2 ——цил11ндро-коническая камера； 3 — шнековый питатель; 4 — шнек; 5 ——вентилятор; 6 ——циклон.

Горячие дымовые газы нагнетаются из топки в первую камеру со скоростью 〜40 м/сек. В верхней части камеры скорость снижается до 0,7 м/сек. Скорость газов во второй камере меньше, и большая часть отработанного газа из второй камеры возвращается на рециркуляцию. Наибольший диаметр первой камеры 600 ммг второй — 700 мм. Производительность сушилки 180 кг/ч (сырого материала).

При начальной влажности материала 〜2,5 кг влаги на 1 кг сухого вещества из первой камеры он выходит с влажностью 0,24—— 0,58 кг 1кг при температуре поступающих газов 650° С и уходящих из первой камеры 75—100° С.

Установка снабжена автоматическим регулированием. Успешная работа этой установки показала целесообразность ее применения в промышленном масштабе для сушки слипающихся материалов. 92

На рис. П-25 приведена конструкция двухкамерной зерносушилки с секционированными слоями, разработанной в Варшавском политехническом институте (ВТИ) [32]. Аппарат включает две камеры диаметром 390 мм и высотой 1500 *м, одна из которых служит сушилкой- нагревателем, а в другой зерно охлаждается. Показатели каждой

из двух камер по равномерности высушивания зериа повышаются за счет введения внутренней перегородки. Из сушильной камеры в холодильник зерно поступает через переливной патрубок самотеком.

Ь/гожный материиЬ/гожный материи考善e0皂so考善e0皂soГорячий бвздухГорячий бвздухРис. 11-25. Схема экспериментальной двухкамерной зерносушилки (ПНР).Рис. 11-25. Схема экспериментальной двухкамерной зерносушилки (ПНР).Рпс. П-26. Двухступенчатая сушилкалти：

Ь/гожный материи

Ь/гожный материи

考善e0皂so

考善e0皂so

Горячий бвздух

Горячий бвздух

Рис. 11-25. Схема экспериментальной двухкамерной зерносушилки (ПНР).

Рис. 11-25. Схема экспериментальной двухкамерной зерносушилки (ПНР).

1 -— внутренняя камера； 2 — регулируемая щель; 3 — наружная камера； 4 — питатель.

Двухступенчатая сушилка ЛТИ им. Ленсовета [33] (рис. П-26) состоит из конуса, вставленного внутрь цилиндро-конического аппарата. Влажный материал подается во внутренний конус. Подсушенный материал поступает в кольцевое пространство, образованное двумя конусами, в котором он досушивается при других параметрах теплоносителя. Высота слоя во внутреннем конусе регулируется с помощью подвижной заслонки. Теплоноситель подводится отдельно в каждую камеру. Внутренний конус служит одновременно теплообменной поверхностью для слоя, находящегося в кольцевом пространстве.

Двухкамерная сушилка ЛТИ с наклонными стенками использовалась авторами для проведения исследования по сушке пастообразных и комкующихся материалов и для дегидратации гипса. Опытная сушилка длиной 600 мм имеет прямоугольную, расширяющуюся кверху нижнюю часть камеры высотой 350 мм, шириной верхнего сечения 200 мм и нижнего 20 мм. Пространство над слоем выполнено с вертикальными стенками высотой 450 мм (рис. 11-27). В нижнем сечении аппарата по длине 500 мм установлена опорная сетка.

Рис. П-27. Двухкамерная прямоугольная сушилка ЛТИ:1 — камера; 2 — питатель; з — вентилятор； 4 — циклон; 5 — калорифер или топка.Рис. П-27. Двухкамерная прямоугольная сушилка ЛТИ:1 — камера; 2 — питатель; з — вентилятор； 4 — циклон; 5 — калорифер или топка.昂80号書后9誉0昂80号書后9誉0

Рис. П-27. Двухкамерная прямоугольная сушилка ЛТИ:

1 — камера; 2 — питатель; з — вентилятор； 4 — циклон; 5 — калорифер или топка.

Рис. П-27. Двухкамерная прямоугольная сушилка ЛТИ:

1 — камера; 2 — питатель; з — вентилятор； 4 — циклон; 5 — калорифер или топка.

昂80号書后9誉0

昂80号書后9誉0

Вертикальное секционирование сушильных установок с несколькими камерами осуществляется двумя путями — с нисходящим движением материала при параллельной подаче теплоносителя в каждую ступень и в ступенчато-противоточных аппаратах.

Сушилки с нисходящим движением материалаи параллельной подачей теплоносителя

Многокамерная сушилка ВТИ [35] имеет ряд полок, на которые натянута мешковина или сетка, равномерно распределяющая поток воздуха по поверхности полки, где сохнет в кипящем слое материал.

Воздух подается под каждую полку, но при наличии уплотняющих приспособлений возможно последовательное прохождение его с полки на полку. Первоначально эта сушилка была предназначена для сушки гранулированных дрожжей.

Позднее была разработана конструкция зерносушилки производительностью 10 ш!ч [36]. Сушилка (рис. П-28) представляет собой

закрытую камеру в виде параллелепипеда 2,5 X 1,25 X 3,8 м. Каркас обшит листовой сталью толщиной 1——2 мм; по высоте камера разделена на три секции, из которых две верхние являются зонами сушки, а нижняя ——зоной охлаждения зерна. Решетки установлены под углом к горизонту (2—3°) и имеют круглые отверстия диаметром 1,4 мм. Площадь решетки равна 3,12 м2 в зонах сушки и 2,6 м2 в зоне охлаждения.

Материал, подаваемый в первую камеру, постепенно подсушивается и перемещается во вторую, а затем в зону охлаждения, откуда выпускается через клапан- мигалку.

Аналогичная сушилкано с камерами квадратного сечения разработана НИИХиммашем для сушки ацеталей и была использована для сушки сульфата аммония 137].

Двухкамерная сушилка Лен- НИИXиммаша (рис. П-29) принципиально не отличается от рассмотренных выше многокамерных аппаратов. Различие заключается в форме камер 1: их ниж-

Сухой материалСухой материалРис. 11-28. Многокамерная прямоугольная сушилка ВТИ:Рис. 11-28. Многокамерная прямоугольная сушилка ВТИ:няя часть расширяется кверху, что позволяет снизить пылеунос. Эти установки предна значены в основном для высушивания полимерных материалов (диаце- татцеллюлозы, полихлорвиниловой смолы [38, 39], Воздух, нагретый в калорифере до 120— 130° С, подается в перекрытые решетками каналы в днищах камер. Для обеспечения больших скоростей газа в отверстиях ре

Сухой материал

Сухой материал

Рис. 11-28. Многокамерная прямоугольная сушилка ВТИ:

Рис. 11-28. Многокамерная прямоугольная сушилка ВТИ:

I — камеры; 2 ——газоподводящие каналы;з — решетка.I — камеры; 2 ——газоподводящие каналы;з — решетка.шетки (60—70 м/сек} живое сечение последней не превышает 1,5% (диаметр отверстий 1,5—2 мм).

I — камеры; 2 ——газоподводящие каналы;з — решетка.

I — камеры; 2 ——газоподводящие каналы;з — решетка.

Отработанный воздух отводится отдельно из каждой камеры и поступает по общему коллектору на пылеочистку. Для улучшения однородности кипения одна из моделей (СПС-3) установки снабжена механическим рыхлителем 2. Для равномерного распределения материала на поверхности слоя сушилка снабжена пневматическим разбрасывателем [40].

Преимущество последней конструкции по сравнению с многокамерными аппаратами с вертикальными стенками заключается в уменьшенном пылеуносе. Их общими недостатками являются:

Сукой матеоиал

Рис. П-29. Двухкамерная сушилка ЛенНИИХиммаша:

1 — камера; 2 — рыхлитель.

VDnsWD，*§5>3VDnsWD，*§5>3

VDnsWD，*§5>3

VDnsWD，*§5>3

2 -— питатель; 2 — вентилятор; 3 — подогреватель; .4 — сушильная камера； 5 — циклон；6 ——разгрузочный шнек; 7 —— камера для охлаждения.

высокий удельный расход воздуха, так как процесс сушки в основном заканчивается уже в первой камере; возможность «пригорания» материала к горячей поверхности воздуховода расположенной выше камеры, а также сложность конструкции.

Лппарат для сушки и охлаждения поваренной соли производительностью 5 т/ч [41] показан на рис. И-30. Он представляет собой цилиндрическую камеру диаметром 2,4 誕，высотой 5 誕，изготовленную из стальных листов толщиной 6 мм. Двумя перфорированными алюминиевыми листами толщиной 6 мм камера разделена на сушильную зону высотой 1,2 м и зону охлаждения соли.

Атмосферный воздух засасывается в нижнюю камеру, проходя через отверстия нижней решетки, охлаждает находящуюся на ней высушенную соль до 68° С. Воздух, нагретый в слое до 65° С, вентилятором 2 подается в газовую топку 3, из которой выходит с температурой 200° С и направляется под решетку верхней камеры 4. Температура уходящего в циклон 5 отработанного воздуха 110° С.

Влажная соль шнеком направляется в два барабанных питателя с регулируемым числом оборотов. Высушенный продукт (влажностью 3%) пересыпается через переточную трубу диаметром 200 мм, снабженную секторным затвором, в нижнюю ох л а дител ьную камеру, из которой затем удаляется также через переточную трубу с затвором и шнеком 6 выводится из системы.

Высота слоя поддерживается автоматически по его сопротивлению, равному 500 мм вод. ст., и регулируется числом оборотов ячейковых затворов у переточных труб. Установка полностью автоматизирована.

При отклонении температуры уходящего воздуха от заданной, вследствие изменения количества подаваемой влажной соли или ее влажности, автоматически меняется количество подаваемого на сжи^ гание газа и, таким образом, температура воздуха на выходе, а следовательно, и влажность высушенной соли поддерживаются постоянными.

Ротационная сушилка ВНИИЖа [42] представляет собой многокамерную сушилку с организованным движением материала в каждой камере. Она разработана для сушки семян подсолнечника и может быть использована при необходимости равномерного высушивания материалов, содержащих трудно удаляемую влагу.

Сушилка (рис. П-31) состоит из трех камер I. Две верхние служат для сушки, третья ——для охлаждения. Каждая камера имеет самостоятельный подвод теплоносителя от вентилятора. Отработанный воздух через циклоны 2 выбрасывается в атмосферу. Влажный материал подается шнеком в бункер, откуда питателем направляется в верхнюю сушильную камеру и пересыпается в нижние. Вертикально по центру через все камеры проходит роторный вал 3. В каждой камере сушилки на нем закреплены 18 радиально расположенных лопастей, которые делят рабочее пространство каждой камеры

Влажныи материалОтработанные|газмВлажныи материалОтработанные|газмСухой материн"Сухой материн"Рис. II 31. Схема ротационной сушилки ВНИИЖа (общий вид):2 — камера; 2 — циклоны; 3 — вал； 4 — разгрузочный шнек.Рис. II 31. Схема ротационной сушилки ВНИИЖа (общий вид):2 — камера; 2 — циклоны; 3 — вал； 4 — разгрузочный шнек.Отработанные \газыОтработанные \газы/Тт/ТтРис. П-32. Камера ротационной сушилки ВНИИЖа:Рис. П-32. Камера ротационной сушилки ВНИИЖа:1 — камера; 2 ——слой; з — вал； 4 ——лопасти; 5 ——дутьевая камера; 6 — решетка; 7 — сплошной сектор (первый); 8 — течка; 9 — сплошной сектор (второй).1 — камера; 2 ——слой; з — вал； 4 ——лопасти; 5 ——дутьевая камера; 6 — решетка; 7 — сплошной сектор (первый); 8 — течка; 9 — сплошной сектор (второй).3D2"百0」3D2"百0」

Влажныи материал

Отработанные|

газм

Влажныи материал

Отработанные|

газм

Сухой материн"

Сухой материн"

Рис. II 31. Схема ротационной сушилки ВНИИЖа (общий вид):

2 — камера; 2 — циклоны; 3 — вал； 4 — разгрузочный шнек.

Рис. II 31. Схема ротационной сушилки ВНИИЖа (общий вид):

2 — камера; 2 — циклоны; 3 — вал； 4 — разгрузочный шнек.

Отработанные \газы

Отработанные \газы

/Тт

/Тт

Рис. П-32. Камера ротационной сушилки ВНИИЖа:

Рис. П-32. Камера ротационной сушилки ВНИИЖа:

1 — камера; 2 ——слой; з — вал； 4 ——лопасти; 5 ——дутьевая камера; 6 — решетка; 7 — сплошной сектор (первый); 8 — течка; 9 — сплошной сектор (второй).

1 — камера; 2 ——слой; з — вал； 4 ——лопасти; 5 ——дутьевая камера; 6 — решетка; 7 — сплошной сектор (первый); 8 — течка; 9 — сплошной сектор (второй).

3D2"百0」

3D2"百0」

сушилки на 18 равных объемов. Для удобства монтажа вал сделан разъемным. На рис. И-32 показана камера сушилки.

Сушильный агент поступает в дутьевую камеру 5 и затем через решетку 6 в камеру 2・ Материал в ячейках медленно перемещается

к месту выгрузки в расположенную ниже камеру. Перед выгрузкой очередная секция отсекается от воздуха сплошным сектором 7 и опорожняется через течку 8. Опорожненная секция затем проходит над вторым сплошным сектором 9, где она наполняется материалом из верхней камеры. Сушилка может работать при переменном

7* 99

Сухой материал

Рпс П-ЗЗ. Двухкамерная сушилка с наклонными решетками и мешалкой (фирмаKeller GmbH, ФРГ):

/ — первая камера; 2 — решетка； з — мешалка; 4 — питатель; 5 — течка; 6, 70 — нагреватели воздуха; 7 — шиберы; 8, 11 — вентиляторы; 9 — вторая камера; 12 — привод;

13 — затвор.

аэродинамическом режиме, для чего дутьевые камеры разделены на две части с независимым подводом теплоносителя.

Полупромышленный образец, испытанный в 1961—62 гг., имел диаметр 800 мм и высоту 5,5 м; разрабатываемая промышленная сушилка диаметром 2,5 м и высотой 10 м обеспечит производительность 400 т!сутки [431.

Рис. П-34. Трехступенчатая сушилка кипящего слоя (General American Transportation Corp., США):

1 ——разгрузка продукта; 2, 3, 5 — пылеулавливающие ус-тройства; 4,8 — перетоки; 6—загрузка продукта; 7 —верхняя камера; 9 ——промежуточная камера; 10 — нижняякамера.

Двухкамерная сушилка с мешалкой (рис. П-ЗЗ) [44] применяется для глубокой сушки высоковлажных материалов, а также полидис- персных продуктов. Влажный материал подается непрерывно сверху на наклонную решетку, через которую продувается горячий воздух, выходящий из нижней камеры. При движении мешалки крупные частицы передвигаются от центра к периферии, а затем поступают в нижнюю камеру. Мелкие высушенные частицы уносятся потоком воздуха в пылеулавливающую аппаратуру, а крупные досушиваются в нижнем слое при более высокой температуре. Ввод н вывод теплоносителя производится для каждой камеры отдельно.

Материал, выходящий из сушилки, может быть измельчен и вновь направлен на досушку.

Во многом аналогичная конструкция трехступенчатой сушилки (две ступени — сушка; нижняя — охлаждение) серийно выпускается в США и успешно применяется для сушки разнообразных продуктов (рис. П-34).

Ступенчато-противоточные сушилки

Влажный материал подается в верхнюю секцию аппарата и выводится снизу, тогда как горячий газ подводится внизу и выводится из верхней секции аппарата. В промышленной практике при-

меняются двух- и трехсекционные сушилки. Как показали исследования [46], такое число секций

Рис. П-35. Многокамерная (тарельчатая) цилиндрическая сушилка МКХМ с теплообменнымп элементами:Рис. П-35. Многокамерная (тарельчатая) цилиндрическая сушилка МКХМ с теплообменнымп элементами:2—сушильные камеры; з — камера для охлаждения; 4 一 змеевики; 5 — питатель влажного материала; 6 — выгрузка сухого материала.

Рис. П-35. Многокамерная (тарельчатая) цилиндрическая сушилка МКХМ с теплообменнымп элементами:

Рис. П-35. Многокамерная (тарельчатая) цилиндрическая сушилка МКХМ с теплообменнымп элементами:

Отработанный 飽勤Отработанный 飽勤ВоздухВоздухРпс. 11-36. Цилиндрическая сушилка с теплообменником:Рпс. 11-36. Цилиндрическая сушилка с теплообменником:2 — камера； 2 — теплообменник внутрислоя; з — наружный змеевик; 4 一питательвлажного материала; 5 — переточка я тру-ба; 6 — выгрузка сухого продукта.2 — камера； 2 — теплообменник внутрислоя; з — наружный змеевик; 4 一питательвлажного материала; 5 — переточка я тру-ба; 6 — выгрузка сухого продукта.является оптимальным. В сушилках этого типа удается полностью высушить сыпучий материал, достичь высокой степени насыщения отходящего газа. Однако их нельзя применять для чувствительных к нагреву материалов, так как высушенный продукт будет со-

Отработанный 飽勤

Отработанный 飽勤

Воздух

Воздух

Рпс. 11-36. Цилиндрическая сушилка с теплообменником:

Рпс. 11-36. Цилиндрическая сушилка с теплообменником:

2 — камера； 2 — теплообменник внутрислоя; з — наружный змеевик; 4 一питательвлажного материала; 5 — переточка я тру-ба; 6 — выгрузка сухого продукта.

2 — камера； 2 — теплообменник внутрислоя; з — наружный змеевик; 4 一питательвлажного материала; 5 — переточка я тру-ба; 6 — выгрузка сухого продукта.

прикасаться с наиболее горячим газом. Кроме того, эти аппараты обладают повышенным гидравлическим сопротивлением.

Аппараты по своей конструкции не отличаются от колонных тарельчатых реакторов, применяемых в нефтяной промышленности [47].

Цилиндрическая колонна разделена ситчатыми тарелками на несколько камер. Влажный материал непрерывно подается на верхнюю тарелку, где псевдоожижается поступающим снизу теплоносителем и через переточную трубу сливается на рнеположенную ниже тарелку. Заданная высота слоя на тарелках поддерживается с помощью отражателей,

Пройдя пос ледовател ьно все секции и встречаясь все с более и более нагретым теплоносителем, материал подсушивается и выгружается из нижней камеры. В таком аппарате удается практически полностью обезводить продукт, а отходящий теп доносите л ь может почти полностью насыщаться парами воды.

Применение тарельчатой сушильной противоточной колонны целесообразно при необходимости глубокой сушки материалов, содержащих сорбционно связанную влагу и выдерживающих в сухом состоянии воздействие горячих газов (например, силикагель, активированный уголь).

Мноаокамерная (ргарельчатая} сушилка с теплообменником [48], схема которой приведена на рис. П-35, состоит из трех вертикально расположенных камер, разделенных перфорированными тарелками, на которых слой материала находится в псевдоожиженном состоянии. Перетекание сыпучего материала сверху вниз навстречу теплоносителю осуществляется по переточным трубам. Внутрь двух верхних слоев материала помещены змеевики для частичного подвода тепла в слой, а нижняя камера служит для охлаждения высушенного материала и предварительного подогрева сушильного агента.

Сушилка аналогичной конструкции применяется в Польской Народной Республике для непрерывного смешения и сушки солей [49] (рис. П-36).

Аэрофонтанные сушилки

Для продуктов, скорость витания которых уменьшается при высушивании (но относительно однородного гранулометрического состава), применяют аэрофонтанны ушилки, т. е. аппараты, работающие при значительной порозности слоя и с выносом высушенного материала. Этот принцип используется в сушилке [30], изображенной на рис. П-37а. Чаще применяют сушилки коническо-цилиндрические, которые по конструктивному оформлению не отличаются от рассмотренных ранее аппаратов фонтанирующего слоя, но в них отсутствует сетка и влажный продукт подается в воздуховод. Значительный интерес представляют прямоточные аэрофонтанные многоконусные сушилки, отличающиеся от трубы-сушилки с расширителями большим временем пребывания материала. Схема такой

•ПМКНТПА。JOH•o^aoKsaH ^олдлндо^о&лл ^0§rt5 Л5^о .9Й—二 OMd•ПМКНТПА。JOH•o^aoKsaH ^олдлндо^о&лл ^0§rt5 Л5^о .9Й—二 OMd

•ПМКНТПА。JOH

•o^aoKsaH ^олдлндо^о&лл ^0§rt5 Л5^о .9Й—二 OMd

•ПМКНТПА。JOH

•o^aoKsaH ^олдлндо^о&лл ^0§rt5 Л5^о .9Й—二 OMd

•OUI ^UWBauI^UB■OHS口 WKHh 二Hocch•OUI ^UWBauI^UB■OHS口 WKHh 二Hocch^<30 UOHSnquro。 0 ^Bs^^b^<30 UOHSnquro。 0 ^Bs^^bEwdlsльй^^оай Soo ССМ1ШГПА。.'Il .0=dEwdlsльй^^оай Soo ССМ1ШГПА。.'Il .0=d

•OUI ^UWBauI^UB

■OHS口 WKHh 二Hocch

•OUI ^UWBauI^UB

■OHS口 WKHh 二Hocch

^<30 UOHSnquro。 0 ^Bs^^b

^<30 UOHSnquro。 0 ^Bs^^b

Ewdlsльй^^оай Soo ССМ1ШГПА。.'Il .0=d

Ewdlsльй^^оай Soo ССМ1ШГПА。.'Il .0=d

ступенчатой аэрофонтанной сушилки, применявшейся для сушки древесных опилок, показана на рис. П-376 [50].

Часто аэрофонтанные сушилки применяют в комбинации с другими типами аппаратов.

Комбинированные сушилки

При глубокой сушке материалов, содержащих влагу, удаляемую с поверхности и внутридиффузионную, и при необходимости получения однородного по влажности продукта иногда, особенно при

Рпс. 11-38. Схема комбинированной сушилки ИХТИ для сутки сыпучих материалов:

— пневмопитатель влажного материала； 2 — стакан; з — сушилка с кипящим слоем;

——пневмотруба； 5 ——циклонная сушилка; 6 ——пневмопитатель подсушенного материала;

7 — циклон; 8 — заслонка.'

сушке термочувствительных материалов, целесообразно применение комбинированных сушилок.

В первой ступени сушилки при высоких температурах и скоростях теплоносителя удаляется поверхностная влага, во второй ступени, работающей при более низких температурах и скоростях, удаляется внутридиффузионная влага. В качестве первой ступени могут быть использованы следующие типы сушилок: труба-сушилка, аэрофонтанная, кипящего и фонтанирующего слоя (работающие с высокой порозностью слоя), циклонная; в качестве второй ступени сушилки с регулируемым временем пребывания — фонтанирующего и кипящего слоя, работающие с низкой порозностью слоя.

Типичным примером таких установок являются сушилки, разра- ^ботанные Кисельниковым, Вялковым и Романовым в Ивановском химико-технологическом институте (рис. П-38) [51]. Сушилки работают по следующей схеме: пневмопитателем влажный материал загружается в циклон, в котором идет подсушка влажного материала за счет тепла отработанного сушильного агента. Одновременно снижается пылеунос, так как влажные частицы покрываются пылевид- ；ными частицами. Подсушенный материал направляется в сушилку, работающую при интенсивном гидродинамическом режиме, — пневмосушилку, аэрофонтанную или циклонную, в которых удаляется поверхностная влага. Досушка материала происходит в сушилке кипящего слоя, в которой, из-за возможности регулирования времени пребывания, материал досушивается до низкой конечной влажности, т. е. в этой последней ступени удаляется внутридиффузионная «лага. Такие комбинированные сушилки обладают рядом преимуществ перед существующими установками: переменные режимы сушки позволяют удалять поверхностную и внутридиффузионную влагу при оптимальных условиях; используется тепло отработанного теплоносителя и снижается пылеунос, легко также осуществить рециркуляцию сушильного агента и высушенного материала; конструкция установок проста и компактна; установки могут работать без при- менения механических питателей; технико-экономические показатели процесса повышены по сравнению с обычными сушилками кипящего слоя.

Основные размеры аппаратов (в мм丿

Сушилка кипящего слоя: диаметр решетки 100

диаметр цилиндрической части ......200

Аэрофонтанная сушилка: диаметр гомогенизатора 140

Цикловная сушилка:

диаметр конуса верхнего 150

вижнего 50

высота .. .250

Циклон НИИОГаза: диаметр 150

Сажиным [52, 53] были предложены комбинированные сушилки, в которых первой ступенью — подсушивателем ——является сушилка кипящего слоя, в некоторых случаях с высокооборотной мешалкой, работающая с полным выносом продукта с отработанным теплоносителем во вторую ступень — аэрофонтанную (рис. И-39а) или циклонную (рис. 11-396) сушилку.

Во вторую ступень подается вторичный поток свежего теплоносителя. Поскольку время пребывания материала в этих сушилках невелико и во вторых ступенях практически не регулируется, то эти сушилки применимы для удаления в основном поверхностной влаги из сравнительно монодисперсных материалов. 3

• аоькёЁОИ «янозизолоьо ——6 - нои 工 ии——00-rtaoi» ««WWORKStf ——m ~da工—HAg slqHhoEKdJBe I 9 石 ImBesrnAO 口 on I gZITMSJBJO dHQM I 中 наянаопвнфяхофё&хфчго I G 214 dлиаоквя Biq80 aBiI 丨 a -saobssbsw WSHSBErtK I ^:HOIfCTJndalBW xiih

1AUS。KITE SKK-S3& ионно к Hsil3ssBwaxu ・96m，II ・osd

•EKCSHE 工 ofeHsrtbsc doIBUSIH 當«HmcMBKaHJ—BH I 0二 da冒 doiTBH — 6 xuaLBIMUONBaml 丨 ~ E3HHK9 盲нIhomKaJEm 丨 m - &ькёько« «KBS^nsoo 丨 g -Hou工 ИИ— g«daweKВВННКНША。I ▽Л1rMsOBJOa工 омIe MsHdoIrBH丨 z«nogoxKBmom OJOHnoHao aoIBITSIH, esH2«bwsfcrts I ^:BUHHOJOHdawBMXAH 口 0HlTsInAO5S0HHBS0令odeBJSOHHBHOdsHHgwoM Bwaxu .вб'п60d

шиишииВоздухВоздухВоздух.Воздух."7 N6"7 N6/V5/V5丿2丿2Сухой материалСухой материалОтработанный воздухОтработанный воздухРис. 11-40. Схема комбинированной сушилкл (аэрофонтаппая — фонтами рующнй слой):Рис. 11-40. Схема комбинированной сушилкл (аэрофонтаппая — фонтами рующнй слой):11 "811 "8размеры (в мм):размеры (в мм):

шии

шии

Воздух

Воздух

Воздух.

Воздух.

"7 N6

"7 N6

/V5

/V5

丿2

丿2

Сухой материал

Сухой материал

Отработанный воздух

Отработанный воздух

Рис. 11-40. Схема комбинированной сушилкл (аэрофонтаппая — фонтами рующнй слой):

Рис. 11-40. Схема комбинированной сушилкл (аэрофонтаппая — фонтами рующнй слой):

11 "8

11 "8

размеры (в мм):

размеры (в мм):

Поскольку во второй ступени создаются мягкие условия (теплоноситель имеет довольно высокое влагосодержание), то эти сушилки применимы для термочувствительных материалов.

Ввиду использования интенсивных гидродинамических режимов удельная производительность этих сушилок велика. Комбинированная сушилка (аэрофонтанная ——фонтанирующий слой) применена Поповым, Романковым и Рашковской [54] для сушки ударопрочных полистиролов (рис. П-40).

姑

Влашый материал

],12 ——диафрагмы; 2, 8 ——калориферы; 3 ——тарельчатый питатель, 4 — нож; 5 ——аэрофонтанная сушилка; 6,9 — сборники высушенного материала； 7, 26 — термометры; I。一 сушилка фонтанирующего слоя; 11 — циклон; 13 — сепаратор; 14 ——вентилятор; 15 — пробоотборник.

Аэрофонтанная сушилка имела следующие

Цилиндрическая часть диаметр 270

высота . 300

Коническая часть диаметр нижнего отверстия конуса 89 высота конуса 600

Фонтанирующий слой нижнее отверстие сушилки 100

диаметр верхнего основания конуса 500

диаметр сепарационного пространства ....600

Подвод воздуха, нагретого в электрокалориферах, производился отдельно в каждую ступень. Материал из аэрофонтанной сушилки, куда он загружался тарельчатым питателем, вместе с воздухом направлялся в кольцевое пространство, образуемое цилиндрической частью сушилки (D = 800 мм) и наружным диаметром сепаратора. В кольцевом пространстве поток разделяется на две части рассекателем и оба потока встречаются на противоположном конце; при их

вв33Отработанный ОозОухСухой продуктОтработанный ОозОухСухой продукт屋屋址址Сушильный агентСушильный агентВлажный продуктВлажный продуктСушильный агент 2Сушильный агент 2Рис. 11-41. Схема аэровихревой сушилки ВАВАС.Рис. 11-41. Схема аэровихревой сушилки ВАВАС.99ООz 10-z 10-<ю-^У6 Ь•--^；,ПТ<ю-^У6 Ь•--^；,ПТ66ХолодныйвоздухХолодныйвоздух500 709продукт500 709продуктРис. П-42. Ксмбинпровапная суш11лкадля высоковлажных термочувствитель-ных материалов:Рис. П-42. Ксмбинпровапная суш11лкадля высоковлажных термочувствитель-ных материалов:

в

в

3

3

Отработанный ОозОух

Сухой продукт

Отработанный ОозОух

Сухой продукт

屋

屋

址

址

Сушильный агент

Сушильный агент

Влажный продукт

Влажный продукт

Сушильный агент 2

Сушильный агент 2

Рис. 11-41. Схема аэровихревой сушилки ВАВАС.

Рис. 11-41. Схема аэровихревой сушилки ВАВАС.

9

9

О

О

z 10-

z 10-

<ю-^У

6 Ь•--^；,ПТ

<ю-^У

6 Ь•--^；,ПТ

6

6

Холодныйвоздух

Холодныйвоздух

500 709продукт

500 709продукт

Рис. П-42. Ксмбинпровапная суш11лкадля высоковлажных термочувствитель-ных материалов:

Рис. П-42. Ксмбинпровапная суш11лкадля высоковлажных термочувствитель-ных материалов:

столкновении скорость гасится?1 —喑вор циклона； 2 — бункер; з — пнев-

"' мотруба; 4 — аэрофоптан; 5 — циклон; 6 —

II ПРОИСХОДИТ выпадение мате- вентилятор; 7 — топка; 5 — горелка; 9 — риала в фонтанирующий слой, зона сушки; 20 ~ зона ”小心叽 высоту которого с помощью ши

бера можно менять от 100 до 400 мм, регулируя, таким образом, в широких пределах время пребывания материала в аппарате.

Многоступенчатая аэровихревая сушилка ВАВАС (рис. 11-41) была разработана Бекером [55]. В нижнюю часть внутренней камеры подается поток агента сушки; сушка осуществляется в режиме пневмотранспорта.

Ударяясь о крышку, смесь первоначальной порции теплоносителя и материала меняет направление и попадает в наружную камеру куда подается вторая порция теплоносителя. Сушка идет в турбули- ••врованном потоке, и высушенный материал выносится из сушилки

Рис. 11-43. Комбинированная сушилка (кипящий слой ——аэ- рофонтанная) для нагрева и сушки твердого материала.Рис. 11-43. Комбинированная сушилка (кипящий слой ——аэ- рофонтанная) для нагрева и сушки твердого материала.Рис. П-44а. Комбинированная сушилка для сушки полиэфирной крошки (фирма Lurgi, ФРГ):Рис. П-44а. Комбинированная сушилка для сушки полиэфирной крошки (фирма Lurgi, ФРГ):Рис. 11-446. Комбиниро-1 ванная сушилка с циклонной подачей (фирма， Schielde, ФРГ):Рис. 11-446. Комбиниро-1 ванная сушилка с циклонной подачей (фирма， Schielde, ФРГ):1 —— корпус аппарата; 2 — кольцевая опора; з, 4, 5 — конусы; 6 — обратный конус; 7 — шаровая насадка；8 — решетка； 9 — сопло；10 — газоход с тангенциаль-； ным вводом газа в камеру.；1 —— корпус аппарата; 2 — кольцевая опора; з, 4, 5 — конусы; 6 — обратный конус; 7 — шаровая насадка；8 — решетка； 9 — сопло；10 — газоход с тангенциаль-； ным вводом газа в камеру.；

Рис. 11-43. Комбинированная сушилка (кипящий слой ——аэ- рофонтанная) для нагрева и сушки твердого материала.

Рис. 11-43. Комбинированная сушилка (кипящий слой ——аэ- рофонтанная) для нагрева и сушки твердого материала.

Рис. П-44а. Комбинированная сушилка для сушки полиэфирной крошки (фирма Lurgi, ФРГ):

Рис. П-44а. Комбинированная сушилка для сушки полиэфирной крошки (фирма Lurgi, ФРГ):

Рис. 11-446. Комбиниро-1 ванная сушилка с циклонной подачей (фирма， Schielde, ФРГ):

Рис. 11-446. Комбиниро-1 ванная сушилка с циклонной подачей (фирма， Schielde, ФРГ):

1 —— корпус аппарата; 2 — кольцевая опора; з, 4, 5 — конусы; 6 — обратный конус; 7 — шаровая насадка；

8 — решетка； 9 — сопло；

10 — газоход с тангенциаль-； ным вводом газа в камеру.；

1 —— корпус аппарата; 2 — кольцевая опора; з, 4, 5 — конусы; 6 — обратный конус; 7 — шаровая насадка；

8 — решетка； 9 — сопло；

10 — газоход с тангенциаль-； ным вводом газа в камеру.；

отработанным теплоносителем. Сушилка компактна и высокоэффективна, позволяет регулировать температурный режим и поэтому пригодна для высушивания термочувствительных материалов. Для сушки материалов, склонных к разложению во влажном состоянии, можно применять первоначальный поток агента с температурой ниже температуры дополнительного потока. Наоборот, для материалов, которые более чувствительны к высоким температурам в период досушки, дополнительный поток агента может иметь более низкую

1 ——вихревая камера； 2 — пы- леотделитель; з ——вентилятор первой ступени; 4,9 — калориферы; 5 — дозатор; 6 — бункер для материала； 7 ——досу- шиватель (с кипящим или движущимся слоями); 8 — вентп- лятор второй ступени; ю, 11 — переключающие клапаны;

12 — разгрузочный клапан.

температуру, и горячая поверхность внутренней камеры служи! подогревателем для дополнительного потока. (Сушилка может бытк установлена в одноэтажном здании с надстройкой в виде фонаря размером 8 X 4,5 м).

Некоторые типы комбинированных сушилок взвешенного слоя разработаны и освоены Лыковым с сотрудниками [20 J в Научно-J исследовательском институте удобрений и инсектофунгисидок (НИУИФ). Так, в сушилке для соевых бобов производительностью 1,5 т!ч (рис. П-42) с целью применения высокотемпературное (500——700° С) теплоносителя в качестве первой ступени установлена аэрофонтанная сушилка, затем материал поступает в промежуток ный бункер для «отлежки», после чего перетекает в двухзонньш кипящий слой (в первую ступень подается воздух при 150—200° CM во вторую ——холодный воздух). Площадь решетки 1,0 м%; скоросМ газов в кипящем слое — 2,6 м/сек.

НО

Предусматривается также прохождение твердого материала через аэрофонтанную сушилку и кипящий слой в варианте комбинированной сушилки (рис. П-43), однако в этом случае теплоноситель подается в кипящий слой, а аэрофонтанная сушилка работает как утилизатор тепла. На установке для сушки полиэфирной крошки производительностью 1,5 т/ч (рис. П-44а) [56] материал проходит последовательно вихревую камеру и шахтную сушилку; подвод теплоносителя раздельный. В вихревой камере удается за счет активного гидродинамического режима избежать слипания частиц при их размягчении и статической электризации. В фильтрующем слое происходит досушка (ранее применялся кипящий слой).

Комбинированная сушилка с циклонной подачей твердых частиц и многократной циркуляцией их при прохождении через систему внутренних конусов схематически изображена на рис. П-446.

СУШИЛКИ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

Цилиндрическая сушилка из органического стекла небольшой производительности представлена на рис. П-45 [57, 58]. Очищенный и нагретый воздух проходит снизу вверх через гранулированный материал. Дно аппарата сделано из листа перфорированной стали, и на него накла- дывается металлическая сетка с мелкими ячейками.

Над аппаратом расположены найлоновые фильтры, которые задерживают даже самые мелкие частицы продукта. Аппарат можно устанавливать на тележку.

При сушке неслипающихся материалов рекомендуют ис- пользование коническо-цилиндрических, а для слипающихся цилиндро-конических контейнеров (рис. П-46). Основные характеристики типового ряда сушилок «Аэроматик» приведены в табл. П-2.

Ц илиндрическая сушилка с водяной рубашкой была применена впервые для сушки по-

Рис. 11-45. Сушилка периодического действия (фирма Aeromatic AG, Швейцария):Рис. 11-45. Сушилка периодического действия (фирма Aeromatic AG, Швейцария):ливинилхлорида (ПВХ) в 1956 г. 【59] в Румынии.

Рис. 11-45. Сушилка периодического действия (фирма Aeromatic AG, Швейцария):

Рис. 11-45. Сушилка периодического действия (фирма Aeromatic AG, Швейцария):

】一фильтр; 2 — калорифер; з — камера; J —встр яхивающее устройство.】一фильтр; 2 — калорифер; з — камера; J —встр яхивающее устройство.Сушилка (рис. П-47) представляет собой цилиндрический аппарат 7 с нижним конусом небольшой высоты, снабженный водяной Рубашкой 2, с расширенной верхней частью, в которой расположены

】一фильтр; 2 — калорифер; з — камера; J —встр яхивающее устройство.

】一фильтр; 2 — калорифер; з — камера; J —встр яхивающее устройство.

Таблица II-2 j

Xарактеристика типового ряда сушилок фирмы Aeromatic AG

Показатели

Вариант I

Вариант IIJ

Максимальная температура

сушки, ℃

50—60

50—60

50

80

110

Загрузка, кг

60—100

60—100

200-400

200—400

200-400

Мощность двигателя, кет ..

9

9

—

—

Л, с. за 50 циклов

—

—

35

35

35<

Расход электроэнергии, кет

72

72

—

—

Л. с. за 60 циклов

~-

—

40

40

Расход тепла, ккал ч .....

36000

62 000

210000

320 000

420 000

Время сушки, мин

20-50

20—50

20—50

20—50

20—50

Вес сушилки, кг

900

920

2500

2580

2650

тканевые фильтры 3. Производительность установки для эмульсион-( ного ПВХ до 240 т!год и для суспензионного ПВХ 500—600 ml год.： Характеристика сушилки: диаметр 1 м, высота неподвижного； слоя 1 м, кипящего — 1,4 м общая высота аппарата 4,5 м, диаметр решетки 0,4 м, диаметр отверстий решетки 1 мм.

Рис. П-46. Схема контейнеров для неслипающихся (а) и слипающихся (б) материалов. J

Сушилка с импульсной подачей воздуха. Для сушки органических мелкозернистых материалов, получаемых после центрифугирования (содержание жидкой фазы до 25%), применяются сушилки периода ческого действия, работающие по методу «импульсного» кипящего слоя —— с пульсирующей подачей сушильного агента в слой материала [60].

Метод сушки заключается в следующем. В низ слоя влажногс зернистого материала, загруженного в слегка расширяющийся кверху аппарат, периодически вводится нагретый сушильный агенту вследствие этого материал приводится в кратковременное состояни< интенсивного псевдоожижения, которое постепенно затухает,】 материал переходит в неподвижное состояние после отсечки подав газа. После этого цикл повторяется. Процесс сушки сопровождаете! последовательным рядом таких импульсов.

Применение метода импульсного кипящего слоя позволяет обеспечить высокую однородность структуры высушенного продукта во всей массе независимо от начальной склонности его частиц к слипанию, комкованию или сбиванию игольчатых кристаллов в войлоко-

и§ 专書話и§ 专書話tzDns-EDSQH芟言tzDns-EDSQH芟言Сухой митериалСухой митериал(периодмски)(периодмски)Рис. П-48. Сушилка с импульсной подачей газа:Рис. П-48. Сушилка с импульсной подачей газа:Рис. П-47. Сушилка пе риод ическ огодействия с водяной рубашкой (Румы-ния):? — камера； 2 ——водяная рубашка； 3 —фильтры.Рис. П-47. Сушилка пе риод ическ огодействия с водяной рубашкой (Румы-ния):? — камера； 2 ——водяная рубашка； 3 —фильтры.I — камера； 2 — щель для ввода горячегоI — камера； 2 — щель для ввода горячеготеплоносителя; з ——кольцевой канал； 4 —— направляющий щиток; 5 — быстрозапорный клапан; 6 — калорифер; 7 — задвиж-теплоносителя; з ——кольцевой канал； 4 —— направляющий щиток; 5 — быстрозапорный клапан; 6 — калорифер; 7 — задвиж-ка; 8 — фильтр.ка; 8 — фильтр.

и§ 专書話

и§ 专書話

tzDns-EDSQH芟言

tzDns-EDSQH芟言

Сухой митериал

Сухой митериал

(периодмски)

(периодмски)

Рис. П-48. Сушилка с импульсной подачей газа:

Рис. П-48. Сушилка с импульсной подачей газа:

Рис. П-47. Сушилка пе риод ическ огодействия с водяной рубашкой (Румы-ния):

? — камера； 2 ——водяная рубашка； 3 —фильтры.

Рис. П-47. Сушилка пе риод ическ огодействия с водяной рубашкой (Румы-ния):

? — камера； 2 ——водяная рубашка； 3 —фильтры.

I — камера； 2 — щель для ввода горячего

I — камера； 2 — щель для ввода горячего

теплоносителя; з ——кольцевой канал； 4 —— направляющий щиток; 5 — быстрозапорный клапан; 6 — калорифер; 7 — задвиж-

теплоносителя; з ——кольцевой канал； 4 —— направляющий щиток; 5 — быстрозапорный клапан; 6 — калорифер; 7 — задвиж-

ка; 8 — фильтр.

ка; 8 — фильтр.

образные комья. Кроме того, поверхность кристаллических продуктов сохраняется, и они незначительно истираются при сушке. Это объясняется тем, что продолжительность взаимного трения и соударения частиц значительно меньше, чем в сушилках с непрерывным движением материала, а обновление точек контакта и перестройка междучастичных пространств и каналов протекают с большой частотой, а это интенсифицирует массо- и теплообмен в системе.

ИЗИЗАппарат показан на рис. 11-48. Внизу камеры 1 имеется несколь- ко вводов 2 для подогретого сушильного агента, расположенных по кольцу 3, круто наклоненных вниз и перекрытых вдоль

ИЗ

ИЗ

8 Заказ 1560.

образующей нижнего конуса (сверху) направляющими щитками 4. Подводы сушильного агента от коллектора перекрываются быстрозапорными клапанами 5, открывающимися и закрывающимися с определенной частотой и последовательностью, задаваемыми командным аппаратом.

Газ входит в слой в точке ввода периодически (толчком), вызы- вая неупругий удар, отжимающий материал, как показано схематически на рис. Н-49, 6・ Импульс быстро передается от частицы к частице. По мере прохождения газа состояние псевдоожижения,

Рис. П-49. Ввод газа в распределительную головку сушилки, изображенной на рис. П-48.Рис. П-49. Ввод газа в распределительную головку сушилки, изображенной на рис. П-48.в которое переходит материал под его воздействием, р ас простр аняется в толщу слоя и вверх. После быстрой отсечки газа явление псевдо- ожижения постепенно затухает в том же направлении, и материал возвращается в неподвижное состояние (рис. П-49, а).

Рис. П-49. Ввод газа в распределительную головку сушилки, изображенной на рис. П-48.

Рис. П-49. Ввод газа в распределительную головку сушилки, изображенной на рис. П-48.

Время открывания быстрозапорного клапана в зависимости от толщины слоя и свойств материала от 0,08 до 0,2 сек. Вентиль должен закрываться до того, как впущенная порция газа пройдет через всю толщину слоя.

Перед следующим толчком газа материал должен прийти в спокойное состояние для обеспечения плот- ного контакта между частицами и эффективного рас

пространения в слое следующего толчка. Необходимо также, чтобы каждый впуск газа производился через отверстие, возможно более удаленное от точки ввода газа при предыдущем толчке.

Целесообразно делать пять впусков газа, равномерно размещенных по окружности распределительной головки. При их последовательной нумерации наиболее рациональным является режим подачи толчков по вводам 1, 3, 5, 2, 4, 1 и т. д.

Различают два метода сушки в импульсном кипящем слое ―^ в собственно импульсном кипящем слое и в импульсном кипящем слое с поддувкой газа. Последний метод отличается от описанного выше наложением непрерывного тока газа снизу вверх через слой с такой скоростью, чтобы частицы от этого потока не приходил^ в движение.|

Необходимый режим сушки и подачи газа в каждом конкретном случае определяется опытным путем. Например, для одного npoi

цесса с длительностью сушки 3 ч применялось 30 толчков за весь цикл, т. е. толчки производились каждые 6 мин.

На производстве величина загрузки в аппарат — до 1000 кг. Высушивались влажные кристаллические продукты с частицами, достигавшими 4 мм, а также высокодисперсные порошки со сферическими частицами величиной 〜10 мк.

Рабочие температуры процесса сушки 30—60° С. В среднем время сушки в импульсном кипящем слое V3—Ve времени сушки в вакуум- сушильном шкафу. Расход электроэнергии по сравнению с вакуумной сушкой снижается в два раза.

СУШИЛКИ ПОЛУНЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

Рис. 11-50. П олунепрерывная сушилка с осциллирующим режимом:Рис. 11-50. П олунепрерывная сушилка с осциллирующим режимом:2 — камера； 2 — бункер загрузки; з — калорифер; 4 — вал； 5 — радиальные перегородки； 6 — вентилятор; 7 — редуктор; 8 ——слой; 9 — выгрузка. 一2 — камера； 2 — бункер загрузки; з — калорифер; 4 — вал； 5 — радиальные перегородки； 6 — вентилятор; 7 — редуктор; 8 ——слой; 9 — выгрузка. 一Примером сушилки полунепрерывного действия, обеспечивающей непрерывность процесса по транспорту твердой фазы при периодической сушке в осциллирующем режиме, является разработанная в Институте тепло- и массооб- мена (ИТМО) АН БССР под руководством Забродского сушилка [61J с вращающимися перегородками (рис. 11-50). При этом в разные зоны подается воздух с различной температурой.

Рис. 11-50. П олунепрерывная сушилка с осциллирующим режимом:

Рис. 11-50. П олунепрерывная сушилка с осциллирующим режимом:

2 — камера； 2 — бункер загрузки; з — калорифер; 4 — вал； 5 — радиальные перегородки； 6 — вентилятор; 7 — редуктор; 8 ——слой; 9 — выгрузка. 一

2 — камера； 2 — бункер загрузки; з — калорифер; 4 — вал； 5 — радиальные перегородки； 6 — вентилятор; 7 — редуктор; 8 ——слой; 9 — выгрузка. 一

Аналогичные схемы были предложены Московским технологическим институтом пищевой промышленности и ВНИИЖем (см. стр. 98), в ЧССР и разрабатываются в ФРГ.

Сушилка с радиальными перегородками. Аппарат с радиальными перегородками для осуществления различных процессов в кипящем слое, в том числе и процессов сушки, был предложен в ЧССР Кабатеком и Петрачеком [631 в Проектном институте химической пр омышл енности (Брно) и серийно изготовляется фирмой Haas, ФРГ [23J. Он представляет собой круглую камеру, разделенную ра- диальными перегородками на секторы (рис. 11-51).

При вращении вала, на котором укреплены эти перегородки, материал перемещается по решетке, под различные участки которой подается газ с разными параметрами. В момент остановки происходит разгрузка и загрузка одной из камер.

Сушка различных продуктов химической, фармацевтической и пищевой промышленности различного дисперсного состава может производиться с рециклом, что позволяет высушивать материалы с различной начальной влажностью. Имеется возможность работать при различных температурах поступающего теплоносителя, осуществляя также охлаждение продукта перед загрузкой.

Отработанный ①蜂Отработанный ①蜂§Bei. 专И无wg§Bei. 专И无wg

Отработанный ①蜂

Отработанный ①蜂

§Bei. 专И无wg

§Bei. 专И无wg

Рис. П-51. Сушилка полунепрерывного действия с радиальными перегородками:

2 — камера; 2 — перегородка; з — шнековый питатель;

4 — разгрузочный шнек; 5 — фильтр; 6 — вентилятор.

Сушилка с вращающимися камерами представляет собой импульс- но вращающийся горизонтальный стол с тремя гнездами, в которые устанавливаются цилиндрические емкости из прозрачного материала с ситчатым дном, заполненные высушиваемым материалом (рис. П-52) [23]. Эти емкости автоматически вводятся в сушильную камеру, продуваются в ней снизу вверх сушильным агентом и выставляются наружу по окончании цикла сушки. Общая длительность цикла 30 мин,

В одной емкости происходит предварительная подсушка материала отработанными газами, выходящими из второй емкости, куда 116

подается нагретый воздух или инертный газ. В сушилке высушиваются разнообразные зернистые материалы (от самых мелких до 3—4 мм), например, морская соль, пищевые продукты, химикофармацевтические препараты.

Улавливание пыли производится перлоновым фильтром. Сушилка полностью автоматизирована, управление осуществляется с помощью реле времени или контактных термометров. Производительность до 2000 кг/ч.

В рассмотренных выше конструкциях сушилок полунепрерывного действия перемещение материала осуществляется за счет вращательного движения перегородок (камер). Рядом авторов были предложены схемы с поступательным перемещением перегородок (камер), закрепленных на бесконечной ленте.

-7-7Рис. П-52. Сушилка полунепрерывного действия с тремя цилиндрическими камерами (фирма Werner Glatt, ФРГ):Рис. П-52. Сушилка полунепрерывного действия с тремя цилиндрическими камерами (фирма Werner Glatt, ФРГ):1 — камера для подсушки; 2 — досушка; в — загрузка и выгрузка. '1 — камера для подсушки; 2 — досушка; в — загрузка и выгрузка. 'Сушилка с движущимися перегородками (рис. 11-53) была предложена Греком [64]. Влажный материал шнековым питателем 1 подается в корытообразный аппарат, в слой кипящего материала. Перемещение слоя вдоль аппарата производится с помощью поперечных перегородок 2, которые подвешены шарнирно к транспортеру 3・ Находящийся в движущейся секции продукт по мере перемещения подсушивается. Каждая секция представляет собой как бы сушилку периодического действия, поэтому достигается равномерное высушивание продукта.

-7

-7

Рис. П-52. Сушилка полунепрерывного действия с тремя цилиндрическими камерами (фирма Werner Glatt, ФРГ):

Рис. П-52. Сушилка полунепрерывного действия с тремя цилиндрическими камерами (фирма Werner Glatt, ФРГ):

1 — камера для подсушки; 2 — досушка; в — загрузка и выгрузка. '

1 — камера для подсушки; 2 — досушка; в — загрузка и выгрузка. '

Сушилка с движущимися емкостями (рис. П-54) [65] по существу

не отличается от описанной выше конструкции. На бесконечной движущейся ситчатой ленте закреплены емкости. Влажный материал загружается питателем в пустые емкости и по мере продвижения вдоль аппарата высушивается горячим теплоносителем, подаваемым снизу ленты. Емкости разгружаются с противоположного конца камеры, при повороте ленты в бункер, откуда высушенный продукт забирается ковшовым элеватором. В сушилке этой конструкции сушка в каждой емкости происходит периодически, вследствие чего <^беспечивается равномерная влажность разгружаемого продукта.

Иной принцип организации полунепрерывного режима ——использование блока периодических сушилок, работающих со смещенными циклами загрузки ——сушки ——выгрузки, использован в многокамер-

Рис. 11-53. Схема сушилки с движущимися перегородками:1 — шнек загрузочный; 2 — перегородки; 3 — транспортер； 4 — шнек для сухого материала.Рис. 11-53. Схема сушилки с движущимися перегородками:1 — шнек загрузочный; 2 — перегородки; 3 — транспортер； 4 — шнек для сухого материала.—камера; 2 — задвижка； 3 — аэрожелоб.—камера; 2 — задвижка； 3 — аэрожелоб.Рис. П-55. Сушилка полунепрерывного действия без дви-> жущихся частей (ЛТИ):Рис. П-55. Сушилка полунепрерывного действия без дви-> жущихся частей (ЛТИ):иой сушилке ЛТИ им. Ленсовета [66], Она отличается тем, что не имеет движущихся частей и состоит из нескольких соединенных параллельно сушильных камер периодического действия, смонти-

Рис. 11-53. Схема сушилки с движущимися перегородками:

1 — шнек загрузочный; 2 — перегородки; 3 — транспортер； 4 — шнек для сухого материала.

Рис. 11-53. Схема сушилки с движущимися перегородками:

1 — шнек загрузочный; 2 — перегородки; 3 — транспортер； 4 — шнек для сухого материала.

—камера; 2 — задвижка； 3 — аэрожелоб.

—камера; 2 — задвижка； 3 — аэрожелоб.

Рис. П-55. Сушилка полунепрерывного действия без дви-> жущихся частей (ЛТИ):

Рис. П-55. Сушилка полунепрерывного действия без дви-> жущихся частей (ЛТИ):

Влажныйматериал

ттттРис. 11-54. Сушилка с перемещающимися емкостями (фирма Aeromatic AG, Швейцария).Рис. 11-54. Сушилка с перемещающимися емкостями (фирма Aeromatic AG, Швейцария).{маш*•§善{маш*•§善Рис. П-56. Сушилка с осциллирующим режимом (ИТМО АН БССР):Рис. П-56. Сушилка с осциллирующим режимом (ИТМО АН БССР):7 — загрузочная прорезь; 2 — сушильная камера; з — пеюего- родна; 4 -— вентилятор; 5 ——осциллирующий клапан; 6 ——топоч- пое устройство; 7 — газораспределительная решетка; А, Б — су- шильные зоны, В — зона охлаждения.*7 — загрузочная прорезь; 2 — сушильная камера; з — пеюего- родна; 4 -— вентилятор; 5 ——осциллирующий клапан; 6 ——топоч- пое устройство; 7 — газораспределительная решетка; А, Б — су- шильные зоны, В — зона охлаждения.*рованных на одной площадке (рис. Н-55). Одновременно происходит загрузка влажного материала в одну из камер, выгрузка из другой и сушка в остальных. Загрузка может осуществляться, например, с помощью ленточного транспортера, с которого материал снимается

тт

тт

Рис. 11-54. Сушилка с перемещающимися емкостями (фирма Aeromatic AG, Швейцария).

Рис. 11-54. Сушилка с перемещающимися емкостями (фирма Aeromatic AG, Швейцария).

{маш*

•§善

{маш*

•§善

Рис. П-56. Сушилка с осциллирующим режимом (ИТМО АН БССР):

Рис. П-56. Сушилка с осциллирующим режимом (ИТМО АН БССР):

7 — загрузочная прорезь; 2 — сушильная камера; з — пеюего- родна; 4 -— вентилятор; 5 ——осциллирующий клапан; 6 ——топоч- пое устройство; 7 — газораспределительная решетка; А, Б — су- шильные зоны, В — зона охлаждения.*

7 — загрузочная прорезь; 2 — сушильная камера; з — пеюего- родна; 4 -— вентилятор; 5 ——осциллирующий клапан; 6 ——топоч- пое устройство; 7 — газораспределительная решетка; А, Б — су- шильные зоны, В — зона охлаждения.*

ножом в соответствующую камеру. Последовательное изменение режима осуществляется автоматически соответствующим переключением на линии подачи более или менее нагретого газа.

Аналогичную схему предложили Любошиц с сотрудниками (рис. И-56) [67], рекомендовавшие и в этом случае при сушке зерна использовать осциллирующие режимы сушки.

АППАРАТЫ ДЛЯ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ И ГРАНУЛЯЦИИПАСТ, РАСТВОРОВ, СУСПЕНЗИЙ И РАСПЛАВОВ

Хотя в процессе сушки перечисленных веществ используют в качестве «подушки» слой сыпучего материала, консистенция влажного продукта и необходимость в ряде случаев получения гранул либо порошка обусловливают некоторую специфику применяемых конструкций и их отличие от рассмотренных выше.

Схема основных типов аппаратов, применяемых для обезвоживания различных жидких материалов в кипящем слое [68], приведена на рис. П-57. Так же как и для сыпучих материалов, применяются аппараты постоянного и расширяющегося по высоте сечения. Подача раствора производится сверху, снизу или сбоку при помощи питателей и форсунок различных типов; вывод готового продукта осуществляется в случае получения гранулированного материала либо через течки, установленные на уровне решетки, либо на уровне зеркала слоя, а при получении порошка —— через циклон.

Наибольшее применение в СССР при обезвоживании и грануляции термостойких растворов нашли аппараты ВНИИГа [7, 9, 69] (рис. 11-58). Конструкция аппарата мало отличается от используемой при сушке сыпучих продуктов — слегка расширяющийся кверху цилиндр с встроенной или боковой топкой. Главные отличительные особенности метода — подача раствора сверху форсункой грубого распыла, использование высокотемпературного теплоносителя и грануляция в безрецикловом режиме. В настоящее время работает несколько опытных и промышленных установок этого типа для обезвоживания растворов цинкового купороса, двойного суперфосфата и других минеральных солей.

На Усть-Каменогорском свинцово-цинковом комбинате были проведены некоторые видоизменения типовой конструкции ВНИИГа 170]. При больших размерах установки потребовалось применение нескольких форсунок для подачи раствора; в изображенном на рис. 11-59 промышленном аппарате с площадью подины 3 м2 использовали компановку форсунок по треугольнику. Ввиду трудностей с эксплуатацией решеток из-за их залипания Гинцветметом была разработана конструкция конической бесподовой печи (рис. П-60) с подачей воздуха через фурмы; по центру конусной камеры выше фурм размещен внутренний конус для равномерного распределения потока газов по сечению.

Опытно-промышленные установки для обезвоживания растворов радиоактивных сточных вод разработаны в США [71]. На рис. И-61 120

、 、 ・£0a0IBaBII8 SHHHaallAHH о iBdBnne I w 二dAied

我冶尸3sAma:§唱 HBUAOUWI и льх^ноак OJOHHanIA。圖 OJ3H SOOOHA。auaLHOOHOnllaJ WOHIdoHH eh «oftoofflft SX5& Gs詫зёзйЛ 抬ВХВВЙs遅 eL*5g.uls噂％Ш張這箔遥严1gок-— ewdoaEedso§nra sss^ss и邊 olrQs^msAaMHcebHO 叁 0 Jceaelmcc— 8лаонюва §нояга NZHOMOg и waouo WHaoiAaMHEIHJi 0 JEaEISB I 8 gao1ro «ЯЯeaoama —ийаюгая» Q-—ё S&RCSX о ЛЕШ1е 丨 g -10 口 л Ло вл a Sotto® я и £306 ийкк о й&икгс I е

фоко

SN^st/ ^OH^

TzHHDEO26d£0

dogEgd 一 芯648

"0赵0 wqHHa£o*gduJO

Tsf-qHxDUJO903o

^ZXSEO^

^55ъл§^

йоидфэфгами ora raorart^ss Й saoraHC«ft «йк^гак—ймф^о внЬ HohEdEnuB ноши хпнноноо Esaxuv'II ・OHd

23*.

•工UEOODdEO

^08^

на&9

Uuns-EDT

PQH6

H048/

M409 rzx,xoEOQSdwo

Q9Egd

9E8d

приведены конструкции четырех исследованных установок последовательно увеличивавшегося масштаба. Хотя в этих аппаратах также используется ввод раствора сверху над слоем, принцип подвода тепла иной: не с топочными газами, а через теплообменники с циркулирующим высокотемпературным теплоносителем. Эта особенность обусловлена необходимостью поддержания высокой температуры в слое и обеспечения независимости производительности от расхода псевдоожижающего газа.

t Отработанный теплоносительt Отработанный теплоносительРис. П-58. Аппарат для грануляции растворов солей в псевдоожиженном слое конструкции ВНИИГа:Рис. П-58. Аппарат для грануляции растворов солей в псевдоожиженном слое конструкции ВНИИГа:В ряде случаев, однако, не удается организовать эффективный безрецикловый процесс при выгрузке гранул всех размеров через течку на уровне слоя; часто требуется производить вание выгружаемого продукта, с возвратом мелких частиц в слой (либо даже дробление части выгружаемых частиц и их рецикл). Существуют различные варианты конструкций для осуществления сепарационной выгрузки. Так, Данов с сотрудниками [72] предложили выгружать гранулы через центральное отверстие в решетке (рис. П-62), отдувая встречным потоком воздуха мелкие фракции в слой.

t Отработанный теплоноситель

t Отработанный теплоноситель

Рис. П-58. Аппарат для грануляции растворов солей в псевдоожиженном слое конструкции ВНИИГа:

Рис. П-58. Аппарат для грануляции растворов солей в псевдоожиженном слое конструкции ВНИИГа:

1 — газовая горелка； 2 ——шнек разгрузки продукта； 3 ——течка； 4 — камера сушки;5 — форсунка; 6 — газораспределительная решетка； 7 — колосниковая решетка; 8 — газовая топка.1 — газовая горелка； 2 ——шнек разгрузки продукта； 3 ——течка； 4 — камера сушки;5 — форсунка; 6 — газораспределительная решетка； 7 — колосниковая решетка; 8 — газовая топка.Бабенко, Романковым и Раш- ковской [73—75] разработана и внедрена в опытно-промышленном масштабе конструкция сушилки фонтанирующего слоя для растворов с сепарацией мелких частиц (рис. 11-63). Указанная кон- струкция имеет некоторые преиму

1 — газовая горелка； 2 ——шнек разгрузки продукта； 3 ——течка； 4 — камера сушки;

5 — форсунка; 6 — газораспределительная решетка； 7 — колосниковая решетка; 8 — газовая топка.

1 — газовая горелка； 2 ——шнек разгрузки продукта； 3 ——течка； 4 — камера сушки;

5 — форсунка; 6 — газораспределительная решетка； 7 — колосниковая решетка; 8 — газовая топка.

щества, т. к. позволяет регулировать степень фракционирования не только расходом воздуха, но и количеством циркулирующего через сепаратор продукта. В США применялась [761 схема сепарации продукта путем резкого снижения сечения слоя в зоне выгрузки над решеткой: таким образом, там могли скапливаться в основном достаточно крупные частицы. Во всех этих аппаратах раствор подается при помощи форсунок, помещенных в слой.!

В разработанной Шаховой (МИХМ) конструкции аппарата для грануляции расплавов [77] предусмотрен рецикл мелких частиц, специально подаваемых в слой шнековым питателем (рис. 11-64). На этой полупромышленной установке (производительность 1 т1ч^ площадь решетки 1 ■) раствор подается форсункой сбоку аппарата (в слой).

Эффективная конструкция аппарата для обезвоживания терм。- чувствительных растворов (рис, П-65) была разработана ДановыМ 122

Ф2525

gПоА-А

Рис. 11-59. Печь кипящего слоя для выпарки растворов:

— топочная камера; 2 — люк; з — футеровка； 4 — канал для подачи вторичного воздуха； 5 — форсунка； 6 — донная разгрузочная течка; 7 — разгрузочная течка порога; 8 — затвор; 9 — футеровка; 10 — камера кипящего слоя; zz — фосунка топлива.

с сотрудниками [78]. Возможность обезвоживания термолабильных веществ при использовании высокотемпературного теплоносителя обусловливается раздельной подачей части газа с температурой ниже

псевдоожижение под решетку,.

точки плавления или разложения наточки плавления или разложения наРис. П-60. Бесподовая печь Гннцветмета для обезвоживания растворов.Рис. П-60. Бесподовая печь Гннцветмета для обезвоживания растворов.а другой части (до 50% общего расхода при 800— 850° С) методом локального фонтанирования через внешний кольцевой зазор форсунки. Схема решетки этого типа приведена отдельно на рис. 11-66. В сочетании с сепарационной выгрузкой такой аппарат позволил эффективно и экономично обезвоживать и гранулировать термолабильные растворы.

точки плавления или разложения на

точки плавления или разложения на

Рис. П-60. Бесподовая печь Гннцветмета для обезвоживания растворов.

Рис. П-60. Бесподовая печь Гннцветмета для обезвоживания растворов.

Комбинированные сушилки для обезвоживания растворов разрабатывались М. В. Лыковым (НИУИФ). Так, в аппарате (рис. П-67) раствор или суспензию минеральных солей подают в верхнюю часть, работающую как цилиндрическая распылительная сушилка: на рас^ пыление в форсунку подают до 15—20% общего расхода) воздуха, нагретого до 700—1 800° С при скорости истечения до 120 м/сек. Это позво-! ляет удалять до 60—70%j всей влаги в зоне распылам Досушка и грануляция осу-] ществляются в нижней части аппарата, где создается ки-J пящий слой на площади решетки 0,5 九2； при пронзво, дительности 400—500 叔/•« сухой нитрофоски объем-3 ное влагонапряжение была 35—40 кг/м3 • % а расход тепла 1380——1800 ккал/кг ис| паренной влаги [79]. 1

Аналогичная конструкт ция комбинированного распылительно кипящег4

72“72“丘丘

72“

72“

丘

丘

Рнс. П-61. Лабораторные, пилотные и промышленные установки для обезвоживания и прокалки растворов (Philipps Petroleum Со, США).

а — Установка 0 150 лш:

2 — решетка; 2 — электрообогрев; 5 ——форсунка; 4 — выход газа； 5 — выгрузка продукта!

6 — подача воздуха.”

6 — Установка 0 300 мм:

— решетка; 2 — электрообогрев; 5 — форсунки; 4 — теплообменник для воздуха; 5 — перегородка; 6 — выхлоп газа; 7 — разгрузка продукта.

в — Установка 0 600 мм;

'—вход газа; 2, 4 ——форсунки; з ——теплообменник для обогрева Na——К теплоносителем;

5 — перегородка; 6 — выхлоп газа; 7 — разгрузка продукта; 8 — решетка.

а — Установка 0 1200 мм:

— вход воздуха; 2 — распределительная решетка; 3 — теплообменник для обогрева Na—К теплоносителем; 4 — форсунки; 5 — перегородка; 6 ——люк; 7 — выхлоп газа； 8 — выгрузка ■ • продукта.

Рис. П-62. Аппарат для грануляции рас-творов солей в кипящем слое:

1 •— охладитель продукта; 2 — штуцер подачи воздуха на сепарацию; 3 — кольцевой объем; 4 — решетка； 5 — форсунка； 6 — выход газов; 7 — камера сушки; 8 — подача воздуха на распыление; 9 ——подача растворов; 10 — подача теплоносителя на псевдоожижение; 11 — выгрузка.

Отработанный теплоноситель

Рис. П-63. Сушилка фонтанирующего слоя для грануляции из растворов:

I ——сушилка； 2 — решетка； 3 — форсунка; 4 —■ циклон; 5 — выгрузной патрубок; 6 — сепаратор; 7 — выгрузка готовых гранул; 8 — возврат мелких гранул в сушилку; 9, 10 — секторные "затворы.

Рис. П-66. Газораспределительное устройство сушилки, конструкция которой изображена на рис. 11-65:

1 —— камера горячего воздуха; 2 — камера подогретого воздуха； 3 — га зор аспределите льна я решетка; 4—фракционирующее газораспределительное устройство； 5 ——теплообменные сопла; 6 ——теплоизоляция; 7 ——пневматический жидкостный питатель; 8—ввод воздуха в отборное устройство； 9——ввод топочных газов в камеру горячего воздуха； ю — ввод воздуха в камер у ” подогретого воздуха.

Рис. 11-64. Полупромышленный аппарат для грануляции плавов солей：

Рис. П-65. П олу промышленный аппа-рат для грануляции растворов солейво взвешенном слое:

1 — течка с секторным затвором; 2—камера сушки; з — сепарационная зона; 4 — форсунка; 5 — шнек Для подачи ретура; 6 — решетка;

7 — воздушная камера.

I — подача раствора; 2 — подача воздуха на распыление; 3 — теплоизоляция; 4 — подача теплоносителя на псевдоожижение;5 —

гильза форсунки; 6 — газораспределительная решетка; 7 — камера сушки; 8 — выход отработанных газов; 9 — подача высокотемпературного теплоносителя для теплообмена в факел； 10 — подача воздуха для сепарации выгрузки; 11 — выгрузка гранул.

Рис. П-67. Установка для грануляции растворов и пульп удобрений с распылением над кипящим слоем:

1 — подача теплоносителя; 2 — слой; 3 — сепарационное пространство; 4 — форсунка； 5 — распылите льна я камера； 6 — выгрузка продукта.

аппарата (рис. 11-68) для обезвоживания гигроскопичных растворов разработана Дановым [80]. Предварительный перегрев и испаре- ние раствора при распыле позволили достичь производительности 280—600 кг/м2 - ч сухого продукта.

Аналогичные конструкции сушилок могут быть применены для сушки пастообразных материалов.

Рис. П-68, а — Схема установки для обезвоживания гигроскопичных веществ:

z — емкость для раствора; 2, з, 4 — газовые калориферы; 5 — аппарат с псевдо-ожиженным слоем; 6 ——теплообменное сопло; 7 — циклоны.

6 — Схема форсунки:

— штуцер для ввода теплоносителя в теплообменное сопло； 2 — ввод раство-ра; 3 ——ввод воздуха для распыления раствора.

На рис. П-16 была дана схема установки, разработан- ?ой авторами, для высушивания пастообразных материалов 125}.

Паста специальным питателем непрерывно подается в виде боль- шого количества отрезков нитей или удлиненных капель в слой высу- шенного «фонтанирующего» материала, лежащего на опорной решетке, установленной в самом узком сечении конуса. Под решетку посту- пает псевдоожижающий теплоноситель. Попав в слой уже высушен- ног о материала, влажные комочки пасты, обр а зующиеся в резуль- тате частичного слипания нитей, как более тяжелые опускаются. В нижней части конуса они обдуваются горячим теплоносителем, поступающим со скоростью 15—40 м/сек. Процесс сушки идет очень 128

интенсивно, крупные комочки разбиваются на более мелкие и при своем движении в ядре потока на верх слоя приобретают форму гранул. Из ядра потока гранулы направляются к периферии и опускаются в плотном слое у стенок аппарата. Выгружается сухой материал в верхней части слоя.

Пыль, образующаяся в процессе сушки, улавливается в циклоне, а отработавшие газы отсасываются вытяжным вентилятором.

Такой аппарат успешно применяется, кроме того, для высушива- ния комкующихся (например, сульфат аммония) и волокнистых (асбестовое волокно, морская трава) материалов, а также растворов. /

〃4兄 сушки пастообразных органических красителей спроектиро

ваны опытно-промышленные сушильные аппараты (рис. И-69) [74, 75].

Подача влажного материала производится с помощью тангенциально расположенных в слое пневматических форсунок; выгрузка происходит через центральную трубу. Предусмотрено регулирование высоты слоя.

В металлургической промышленности для обезвоживания шламов также применяют конические сушилки [21] (рис. П-70).

При использовании для сушки паст цилиндрических аппаратов Гельперин и Айнштейн [81] применили, во избежание залипания, вращающуюся решетку (рис. П-71).

При сушке паст возможно применение комбинированных режимов. Так, Быкова и сотрудники [82] предложили двухступенчатую схему (рис. II-72), в которой происходит подсушка пасты высокотемпературным теплоносителем при распылении, а затем формуемая вальцами паста подается в фонтанирующий слой на

ВлажныйВлажныйСухой материалСухой материалРис. П-69. Схема опытно-промышленной сушилки (для растворов и паст).Рис. П-69. Схема опытно-промышленной сушилки (для растворов и паст).Досушку.

Влажный

Влажный

Сухой материал

Сухой материал

Рис. П-69. Схема опытно-промышленной сушилки (для растворов и паст).

Рис. П-69. Схема опытно-промышленной сушилки (для растворов и паст).

129129Сушильные камеры для обезвоживания суспензий, разработанные под руководством Лисая [83] (НИОПИК), внедренные на Рубе- жанском химкомбинате, предусматривают как одностадийное обезвоживание при впрыскивании суспензии сжатым воздухом в фонтанирующий слой (рис. П-73), так и двухстадийную комбинированную

129

129

Мотивы выбора сушилок взвешенного слоя для сыпучих материалов

Чувствительность материала к нагреву

Характеристика влаги в материале

Характеристика материала

Тип сушилки

Количество камер (секций)

Режим работы

Примечание

Нечувствителен к нагреву

Поверх

ностная

Узкий спектр дисперсности

Широкий спектр дисперсности

Волокнистый

Пневматическая

Аэрофонтанная

Циклонная

Кипящего слоя

Фонтанирующего слоя (расширяющиеся по высоте)

1

1

1

1

1

Непрерывный То же

» » » »

» »

Если скорость витания изменяется в процессе сушки

При высоких числах псевдоожижения

То же

1

Внутренняя

Узкий спектр дисперсности

Широкий спектр дисперсности, комку ющие, волокнистые

Кипящего слоя

Кипящего слоя противоточные

Фонтанирующего слоя (расширяющиеся по высоте):

круглого сечения

1

2-3

1 + 3

» »

» »

» »

При неглубокой сушке, работающая при низких числах псевдоожижения и высоте слоя 500—600 мм

При глубокой сушке (десорбция), работающая при низких числах псевдоожижения и слое 50—100 мм на камедой тарелке

При неглубокой сут- ке — однокамерные, при глубокой — многокамерные. Щелевые — прй Дульшой цшщяродртел<г-

1

и рямоугол ьного се

4 + 3

» »

пости

о

чения (щелевые)

Оба вида

К омбинированныес

»

»

влаги

использованием в качестве I ступени типа

сушилки, рекомендованной для поверхностной

влаги, в качестве II ступени — для внутренней влаги

»

Чувстви

Поверх

Узкий спектр

ДИС-

Пневматич еская

1

»

телен к нагреву

ностная

перепости

Аэрофонтанная

1

»

»

Если скорость витания изменяется в процессе сушки

Циклонная

1

»

》

При высоких числах

Кипящего слоя

1-2

»

»

псевдоожижения, невы

соких слоях, параллельной подаче теплоносителя. Последняя каме

ра —для охлаждения

Широкий спектр

Фонтанирующего слоя

То же

дисперсности,

ком-

(расширяющиеся по вы

кующиеся, волокнистые

соте):

круглого сечения

1-2

»

》

При малой производи

тельности

прямоугольного се

1—2

»

»

При большой лроиз-

чения (щелевые)

водител ьности

Внутренняя

Узкий спектр перенести

Дис-

Кипящего слоя

а) 2—3

»

»

При большой производительности параллельная подача теплоносителя, температуру снижают по зонам. Последняя камера — для охлаждения. Невысокие слои, низкие числа

псевдоожижения

(amlaxuoeodu) 0171 uaNygo』

口 ° § в

g昌 d

R оH

H巴H會8 龍甘髓

台口 w

^gljlll 1

< Ui

НИИ S и

$ ?о 公

Д aI

L М

СОСО

& 三 1

11«s§ лill^illt

3 и£ § S и 早 oHd^ 台 ь

/«il^iligf：

3

! Н д

1 w筈

К к

Рис. П-70. Схема аэрофонтанной су-шилки для шлама:

1 — топка; 2 — подача газа и воздуха; 3 —подача отработанных газов; 4 — боров к вы-тяжной трубе; 5 ——форсунка для впрыски-вания шлама (пульпы).

Рис. [1-71. Сушилка для паст с вра-щающейся решеткой:

J — кипящий слой; 2 — бункер загрузки влажного продукта； 3 ——головка с вращающейся распределительной решеткой;

4 — калорифер; 5 — циклон.

Рис. П-72. Комбинированная сушилкадля растворов, суспензии и паст:

I 一 корпус; 2 — распылительная камера; 3 — форсунка; 4 — коллектор для подачи теплоносителя; 5 — гранулятор； 6 — эксцентриковые валки; 7 — перфорированные ложки; 8 — сетка; 9 — газораспределительная решетка; 10 — патрубок для подачи вторичного теплоносителя; 11 — течка для разгрузки

-гранул.

Рис. [1-73. Модернизированная сушильная камера со взвешенным слоем инертного зернистого материала: 2 — камера; 2 — отбойная сетка; 3 —■ форсунка； 4 — вывод отработанного воздуха; 5 — частицы инертного материала;

6 — возду хопр овод.

Рис. П-75. Полупромышленный аппарат для сушки суспензий красителей в псевдоожиженном слое инертного зернистого материала:】 ——газораспределительная решетка; 2 —форсунка; 3 — кипящий слой; 4 — сепара-ционная зона; 5 — циклон.Рис. П-75. Полупромышленный аппарат для сушки суспензий красителей в псевдоожиженном слое инертного зернистого материала:】 ——газораспределительная решетка; 2 —форсунка; 3 — кипящий слой; 4 — сепара-ционная зона; 5 — циклон.Чувствительность материала к нагревуX арактеристика высушенного материалаКонструкция сушилкиСпособ подачи влажного материалаНсчувст-Преимущест-фонтанирующего слоя.Подача насосом (вин-вителенвенно гранулы d = 3 ♦ 5 м*Тонкодисперсный продукткруглого или прямоугольного сеченияКипящего слояФонтанирующего слояРаспылительныетовым,поршневым>внутрь слоя или на слой форсункамигрубогораспыла. Подача паст возможна также вибрационными или шнековыми питателямиСушка на слое инертных телС дисковым или форсуночным распылением (тонкий распыл). Пасты —специальными форсункамиЧу ветви-Преимущест-Фонтанир ующего слояПодача форсункамителейвенно гранулы d = 3 + 5 ммТонкодисперс^ ный продукт(расширяющиеся по высоте)РаспылительныепрямоточныеФонтанирующего слояв зону наиболее высоких температурПодача форсунками в слой инертного материала в зону наиболее высоких температурЧувствительность материала к нагревуX арактеристика высушенного материалаКонструкция сушилкиСпособ подачи влажного материалаНсчувст-Преимущест-фонтанирующего слоя.Подача насосом (вин-вителенвенно гранулы d = 3 ♦ 5 м*Тонкодисперсный продукткруглого или прямоугольного сеченияКипящего слояФонтанирующего слояРаспылительныетовым,поршневым>внутрь слоя или на слой форсункамигрубогораспыла. Подача паст возможна также вибрационными или шнековыми питателямиСушка на слое инертных телС дисковым или форсуночным распылением (тонкий распыл). Пасты —специальными форсункамиЧу ветви-Преимущест-Фонтанир ующего слояПодача форсункамителейвенно гранулы d = 3 + 5 ммТонкодисперс^ ный продукт(расширяющиеся по высоте)РаспылительныепрямоточныеФонтанирующего слояв зону наиболее высоких температурПодача форсунками в слой инертного материала в зону наиболее высоких температурМотивы выбора сушилок взвешенного слоя для сушки жидких и пастообразных материаловМотивы выбора сушилок взвешенного слоя для сушки жидких и пастообразных материаловПримечание. Особо чу ветвительные к нагреванию материалы следует высушивать только в распылительных сушилках.Примечание. Особо чу ветвительные к нагреванию материалы следует высушивать только в распылительных сушилках.

Рис. П-75. Полупромышленный аппарат для сушки суспензий красителей в псевдоожиженном слое инертного зернистого материала:

】 ——газораспределительная решетка; 2 —форсунка; 3 — кипящий слой; 4 — сепара-ционная зона; 5 — циклон.

Рис. П-75. Полупромышленный аппарат для сушки суспензий красителей в псевдоожиженном слое инертного зернистого материала:

】 ——газораспределительная решетка; 2 —форсунка; 3 — кипящий слой; 4 — сепара-ционная зона; 5 — циклон.

Чувствительность материала к нагреву

X арактеристика высушенного материала

Конструкция сушилки

Способ подачи влажного материала

Нсчувст-

Преимущест-

фонтанирующего слоя.

Подача насосом (вин-

вителен

венно гранулы d = 3 ♦ 5 м*

Тонкодисперсный продукт

круглого или прямоугольного сечения

Кипящего слоя

Фонтанирующего слоя

Распылительные

товым,поршневым>

внутрь слоя или на слой форсункамигрубого

распыла. Подача паст возможна также вибрационными или шнековыми питателями

Сушка на слое инертных тел

С дисковым или форсуночным распылением (тонкий распыл). Пасты —специальными форсунками

Чу ветви-

Преимущест-

Фонтанир ующего слоя

Подача форсунками

телей

венно гранулы d = 3 + 5 мм

Тонкодисперс^ ный продукт

(расширяющиеся по высоте)

Распылительные

прямоточные

Фонтанирующего слоя

в зону наиболее высоких температур

Подача форсунками в слой инертного материала в зону наиболее высоких температур

Чувствительность материала к нагреву

X арактеристика высушенного материала

Конструкция сушилки

Способ подачи влажного материала

Нсчувст-

Преимущест-

фонтанирующего слоя.

Подача насосом (вин-

вителен

венно гранулы d = 3 ♦ 5 м*

Тонкодисперсный продукт

круглого или прямоугольного сечения

Кипящего слоя

Фонтанирующего слоя

Распылительные

товым,поршневым>

внутрь слоя или на слой форсункамигрубого

распыла. Подача паст возможна также вибрационными или шнековыми питателями

Сушка на слое инертных тел

С дисковым или форсуночным распылением (тонкий распыл). Пасты —специальными форсунками

Чу ветви-

Преимущест-

Фонтанир ующего слоя

Подача форсунками

телей

венно гранулы d = 3 + 5 мм

Тонкодисперс^ ный продукт

(расширяющиеся по высоте)

Распылительные

прямоточные

Фонтанирующего слоя

в зону наиболее высоких температур

Подача форсунками в слой инертного материала в зону наиболее высоких температур

Мотивы выбора сушилок взвешенного слоя для сушки жидких и пастообразных материалов

Мотивы выбора сушилок взвешенного слоя для сушки жидких и пастообразных материалов

Примечание. Особо чу ветвительные к нагреванию материалы следует высушивать только в распылительных сушилках.

Примечание. Особо чу ветвительные к нагреванию материалы следует высушивать только в распылительных сушилках.

сушку (рис. П-74). В последнем аппарате применена оригинальная схема противоточного распыла суспензии высокотемпературным газовым теплоносителем с последующей досушкой влажного продукта на поверхности инертных частиц в кипящем слое.

На экспериментальном заводе красителей внедряется [72] разработанная в МИХМ Масловским [84] сушилка с инертным кипящим

Отработанный темоноситель

Рис. П-74. Сушилка с кипящим слоем инертного зернистого материала:

— пневматическая форсунка； 2 — слой инертного материала; з — подача первого потока горячего воздуха; 4 — вывод отработанного воздуха; 5, 6 — решетка;

— кольца Рашига; 8 — подача вторичного потока горячего воздуха.

слоем для суспензий красителей (рис. 11-75). Диаметр аппарата 600 мм9 а расширяющейся сепарационной зоны ——1000 мм. Суспензия подается двумя пневматическими форсунками в слой. В качестве инертного материала используется фторпластовая крошка цилиндрической формы 4x6 мм.

В течение последних лет разработано много различных конструкций сушилок, работающих со взвешенным слоем материала, что позволяет выбирать тот или иной тип сушилки с учетом специфических свойств высушиваемых материалов (табл. П-3 и И-4).

Таблица "-《

ЛИТЕРАТУРА

Романков П. Г., Рашковская Н. Б., Бабенко В. Е.^ Гольцикер А. Д.» Хим. пром., № 11, 822 (1962).

Федоров И.М., Теория и расчет процесса сушки, Госэнергоиздат, 1955-

Be ekenD. W., Ind.Chemist, 34,№ 400, 329 (1958).

Be ekenD. W-, Brit.Chem. Eng.,5, № 7, 484 (I960).

Wall C.J.s Ash W.I., Ind. Eng.Chem., 41, № 6, 1247(1949).

Priestly K. J., Chem. Eng., 69, № 14, 125 (1962).

Каганович Ю. Я., Злобинский А. Г., сб. «Применение кипящего слоя в народном хозяйстве СССР», ЦИИНЦМ, 1965, стр. 193.

Шипов В. Е., Сушка солей в аппаратах кипящего слоя, Информ, листок Станиславского СНХ, № 41 (102), 1962.

Каганович Ю. Я., .Злобинский А. Г., сб. «Техника сушки во взвешенном слое», вып. 2, ЦНИИТЭИХимнефтемаш, 1966.

Вейнберг К. Л. и др., Оборудование стекольных заводов, Госстрой- издат, 1961.

И. Бейлин М. И., Сушка угля в кипящем слое, ЦНИИТЭИУгля, 1965.

Бейлин М. И., сб. «Применение кипящего слоя в народном хозяйстве СССР», ЦИИНЦМ, 4965, стр. 283.

Орёл А. Д., Г етманец В. Ф., Авт. свид. СССР 139615, Бюлл. изобрет., № 13 (1961).

Новицкий П. Л., Автореф. канд. дисс., Одесский политехнический ин-т, 1960.

Кузнецов М. Д., Непомнящий И. Л., Новицкий П. Л., Л я н п а я 3. Г., Кокс и химия, № 8, 39 (1961).

Кузнецов М. Д. и др., сб. «Применение кипящего слоя в народном хозяйстве СССР», ЦИИНЦМ, 1965, стр. 229.

Wichert Н., Chem. Ind., 16, № 9, 581 (1964).

А 1 d г i d i R. J・，Fluid-Bed Dryers, в сб. «The Encyclopedia of Chemical Process Equipment», Reinhold Publ. Corp., N. Y, 1964.

Каталог фирмы «Линк-Белт», № 2017.

Лыков М. В., Основные направления развития сушильной техники в химической промышленности, НИИТЭХИМ, 1964.

Филиппов В. А., Сушильные установки на зарубежных обогатитель- ных и брикетных фабриках, Изд. «Недра», 1966.

Буровой И. А. и др., Цветная металлургия, Бюлл. ЦИИНЦМ, № 8 (277), 1965, стр. 31.

Schnell W., Chem.-Ing.-Techn., 33, № 12, 849 (1961).

Жидко В. И., «Кукуруза», № 11 (1964).

Романков П. Г., Рашковская Н. Б., Березовская 3. А., Поваров И. В., Авт. свид. СССР 139247, Бюлл. изобрет., № 12 (1961).

Митев Д. Т., П. Г. Романков, Н. Б. Рашковская, П. А. Яблонский, Авт. свид. СССР 208534 и 208539, Бюлл. изобрет. №3(1968).*

Chern. Eng., 63, № 2, 116 (1956).

Окунь Г. С., Птицын С. Д., Чижиков А. Г., Установки для сушки зерна за рубежом, Сельхозгиз, 1963.

Себ а л л о В. А., Рашковская Н. Б., Романков П. Г., сб. «Применение кипящего слоя в химической промышленности», ч. 1, ЛДНТП, 1965, стр. 46.

Сажин Б. С., Кочетов Л. М., сб. «Техника сушки во взвешенном слое», вып. 1, ЦИ НТ И Химнефтемаш, 1965.

Brit. Chem. Eng., 6, № 8, 514 (1961).

Ciborowski J., Mlodzinski B., R о szak L, Se 1 ecki A., Przegl. Zbozowo-mlykarski, 5 (1957); Przem. Spoz, 6 (1957).

Романков П. Г., Рашковская H. Б., Бабенко В. Е., Г ольцикер А. Д. и др., Авт. свид. СССР 150425, Бюлл. изобрет., № 18 (1962).

Романков П. Г., Рашковская Н. Б., Яблонский П. А., Березовская 3. А., Масл.-жир. пром., № 7, 10 (1962).

Лурье М. Ю・，Сушильное дело, Госэнергоиздат, 1948.

Гинзбург А. С., Сушка пищевых продуктов, Пищепромиздат, I960.

Попов К. П., Соколов В. Ф., Кокс и химия, № 8, 35 (1961).

Коровкин Е. В., сб. «Применение кипящего слоя в народном хозяйстве СССР», ЦИИНЦМ, 1965, стр. 186.

Данилевич И. В., Коровкин Е. В., сб. «Техника сушки во взвешенном слое», вып. 2, ЦИИНТИХимнефтемаш, 1966, стр. 51.

Данилевич И. В., Хрулев М. В., Б а л л о Н. Б., Лебедев Н. К., Авт. свид. СССР 136245, Бюлл. изобрет., № 4 (1961).

Jokes С., Chem. Eng., 61, № 1, 166 (1954).

Спинов Р. И., Василинец И. М., Кириевский Б. Н., Авт. свид. СССР 151249, Бюлл. изобрет., № 20 (1962).

Т у р л о Н. Г., Каспаров Г. Н., сб. «За технический прогресс», вып. 4, Изд. «Пшцевая пром.», 1964, стр. 35—36.

Choc М., Zdravotni techn. a vzduchotechn., 3, № 5, 218 (I960).

Quinn M. F., Ind. Eng. Chem., 55, № 7, 18—24 (1963).

Фролов В. Ф., Автореф. канд. дисс., ЛТИ им. Ленсовета, 1963.

О рочк о Д. И., Мелик-Ахназаров Т. X., Полубояринов Г. Н., Хим. технол. топл. масел, № 2, 22 (1958).

Рычков А. И., Шахова Н. А., Дмитриенко Е. В., Тезисы докладов XXII научно-технической конференции МИХМ, 1961.

Czarnota Т., W а 1 п у A., Ciborowski J., Przem. chem., 37,. 583 (1958).

Соколов П. В., Проектирование сушильных и нагревательных установок для древесины, Изд. «Лесная пром.», 1965.

Кисельников В. Н., Вялков В. В., Романов В. С.* сб. «Техника сушки во взвешенном слое», вып. 2, ЦИНТИXимнефтемашг 1966, стр. 80.

Сажин Б. С., Фокин И. Ф., Хим. нефт. маш., № 6 (1964).

Сажин Б. С., Фокин К.①.,Вести, техн.-экон. информ. НИЙТЭХИМ». № 3, 18 (1964).

Попов В. А., Автореф. канд. дисс., ЛТИ им. Ленсовета, 1968.

Бекер М.Е., Сушка термочувствительных материалов во взвешенном, состоянии, Изд. «Зинатне», Рига, 1966.

Романков П. Г., Рашковская Н. Б., Жури. ВХО, № 1 (1965).

Информационный бюллетень о зарубежной химической промышленности Госкомитета СМ СССР по химии, № 24/79/52-53, 1960.

Проспект выставки «Химия в промышленности, строительстве, сельское хозяйстве», М., 1965.

Е s а у a n L., Е s а у a n М., Fluidizarea, Bucuresti, 1959.

Belik L., Chem.-Ing.-Techn., 32, № 4, 253 (I960).

Забродский С. С., Люб ошиц И. Л., Пи к у с И. Ф., Авт. свид. 157277, Бюлл. изобрет., № 17, 1963.

Гинзбург А. С., Резчиков В. А., Сушка пшцевых продуктов： в кипящем слое, Изд. «Пищевая пром.», 1966.

К а б а т е к 3., Петрачек М., Чехосл. пат. 101974, 903159, 113159^ 114624, PV 271—64 и PV 2990—65.

Грек ①.3., Авт. свид. СССР 130495, Бюлл. изобрет., № 15 (I960).

Caius W. F., Chem. Eng. Progr., 58, № 1 (1962).

Романков П. Г., Рашковская Н. Е., Бабенко В. Е.,. Гольцикер А. Д., Пластмассы, № 12 (1963).

Л ю б о ш и ц И. Л., Слободкин Л. С., Авт. свид. СССР 158239力 Бюлл. изобрет., № 20 (1963).

Бабенко В. Е., Романков П. Г., Рашковская Н. Б.,_ сб. «Применение кипящего слоя в химической промышленности», ч. 1,. ЛДНТП, 1965, стр. 73.

Каганович Ю. Я., Злобинский А. Т., Налимов С. П.,_ Хим. пром., № 6, 47 (1967).

Бурдаков Ю- М., Полупанов Г. Г., Эксплуатация и устройства печей кипящего слоя для выпаривания растворов, прокалки и сушки материалов, ЦИИНЦМ, 1965.、

Cooper Е. S., Black D. Е., Anderson С. В., Chem. Eng. Progr.,.

61, № 7, 89—96 (1965).

Соколовский А. А., Плотникова Н. М., Безруков А. С.& сб. «Техника сушки во взвешенном слое», вьш. 1, ЦИ НТ И X имнефтемаш, 1965, стр. 21.

Бабенко В. Е., Рашковская Н. Б., Романков П. Г., сб. «Применение кипящего слоя в химической промышленности», Изд. «Химия», 1965, стр. 86.

Романков П. Г., Рашковская Н. Б., Фролов В.①.， С и н ю к Л. А., Бабенко В. Е., сб. «Техника сушки во взвешенном- слое», вып. 2, ЦИНТИXимнефтемаш, 1965, стр. 31.

Романков П. Г., Рашковская Н. Б., Фролов В. Ф.,. ТОХТ, 1, № 3, 283 (1967).

Metheny D. Е., Vance S. W., Chem. Eng. Progr., 58, № 6, 45 (1962)., 77. Шахова H. А., Автореф. докт. дисс., МИХМ, 1966.

Грошев Г. Л., Д ано в С. М.,КручининаН. Д.эРыбин Г. В., Хим. пром., № 6, 56 (1967).

Лыков М. В., Л е о н ч и к Б. И., Распылительные сушилки, Изд. «Машиностроение», 1967. -

. Грошев Г. Л., Д ан о в С. М・，Кручинина Н. Д., Рыбин Г. В., сб. «Техника сушки во взвешенном слое», вьш. 4, ЦИНТИXимнефтемаш, 1966, стр. 5.

. Гельперин Н. И., Кваша В. Б., Серегин Ю. М., Хим. пром., № 7, 68 (1964).

Быкова М. И., Малый Н. И., Степанян А. А., Авт. свид< СССР 171797, Бюлл. изобрет., № И (1965).

Л и с а й В. 3., сб. «Процессы химической технологии», Изд. «Наука», 1965.

34. Масловский М. Ф., В арыг ин Н. Н., Авт. свид. СССР 124366, Бюлл. изобрет., № 22 (1959).

ГЛАВА ТРЕТЬЯ

СУШКА СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВВО ВЗВЕШЕННОМ СЛОЕ

Как уже отмечалось, во взвешенном слое высушиваются самые* разнообразные продукты: сыпучие и пастообра зные, растворы и суспензии. Эти материалы, в свою очередь, могут быть самыми различными по своей химической природе, что сказывается на выборе т ех но л огического режима процесса сушки.

В гл. II рассмотрены конструкции сушилок, выбор которых в некоторой степени уже обусловливает технологию процесса. Однако специфика высушиваемого материала определяет не только аппаратурное оформление процесса сушки, но и допустимые температуры газа на входе и выходе, способ подвода тепла, гидродинамический режим, выбор вспомогательных устройств (питателей, пылеулавливающей аппаратуры и др.)- В связи с этим в настоящей главе каждая группа материалов рассмотрена отдельно.

МИНЕРАЛЬНЫЕ ПРОДУКТЫ И ТОПЛИВО

Так как эти материалы многотоннажные, экономичность процесса является определяющим фактором; допускается некоторая неравномерность во влажности высушенного материала, удаление влаги происходит главным образом в первом периоде сушки. По этим причинам для сушки таких материалов большей частью применяют одно- камерные сушильные аппараты непрерывного действия.

Известковые и рудные материалы и песок

Эти материалы могут высушиваться при высоких температурах поступающих газов. Они не комкуются в процессе сушки, поэтому качество псевдоожижения слоя обычно хорошее. В некоторых случаях (особенно при больших скоростях газа) наблюдается сильное истирание, что приводит к повышенному пылеуносу. Пылеулавливание производится обычно в циклонах, одновременно осуществляется классификация материала по крупности.

Высушивание этих материалов производится главным образом в цилиндрических аппаратах *. Особенно высокие требования

Например, в сушилках системы Fluo-Solids.

предъявляются к этим аппаратам в отношении простоты и дешевизны конструкции (с целью снижения капитальных затрат на оборудование) и таких экономических показателей, как расход топлива, электроэнергии и теплоносителя (с целью снижения эксплуатационных затрат). Требования в отношении равномерности сушки для этих материалов не очень высокие, поэтому применение однокамерных цилиндрических аппаратов наиболее целесообразно.

Доломит、известняк, ракушечный лом. цементный мергель. Промышленные установки описанного типа (диаметром 1,7 м, высотой 4,7 м) высушивают 45 т/ч доломита, доводя влажность от 2 до 0,02%, при температуре поступающих газов 400° С, уходящих 75° С и средней скорости газов 1,2 м/сек [1]. Расход сушильных газов 200 л3 на 1 кг влажного материала или 〜10 м3 на 1 кг испаренной влаги. Установка служит также классификатором. При загрузке в сушилку частиц доломита не крупнее 4,7 мм выгруженный из сушилки продукт имеет частицы крупностью 4,7 + 0,16 мм, из циклона — менее 0,21 мм и из фильтра — менее 0,044 мм.

Установка полностью автоматизирована и обслуживается одним человеком в смену.

Ряд установок, оборудованных такими сушилками, служит для высушивания и классификации известняка перед кальцинацией [2]. Материал подается на сушку с помощью вибро лотка, днище которого обогревается. На одной из установок в Южном Уэльсе (Англия) высушивается 25 т!ч известняка крупностью менее 19 九型[3]. Сушильная установка в Северном Уэльсе производительностью 40 т/ч предназначена для сушки известняка крупностью менее 3 ^lm> •

Известен еще ряд установок для сушки известняка, доломита, ракушечного лома, цементного мергеля [4]. Все установки крупные, производительностью до 150 т1ч. Влажность поступающих материалов 2—5%, за исключением доменного шлака (10—22%).

Данные по сушке некоторых материалов в цилиндрических сушилках приведены в табл. Ш-1.

Глина. Глинистые материалы также могут быть высушены в кипящем слое. Для примера приводим данные по сушке глины в цилиндрической сушилке (системы Fluo-Solids) [4] производительностью 10 т/ч. Сырая глина, содержащая 3,5—5% поверхностной влаги и имеющая до 97% частиц размером 0,2—2,8 мм^ поступает в верхнюю сушильную камеру, где подогревается и освобождается от поверхностной влаги, а затем досушивается во второй, расположенной ниже, камере, куда из камеры смешения подается теплоноситель с температурой 450° С. Нефтяная топка вынесена и соединена горизонтальным трубопроводом с камерой смешения. Генератор газа, камера смешения и обе сушильные секции выложены огнеупорным кирпичом. Так как глина во избежание окисления должна сушиться при ограниченном содержании кислорода в теплоносителе, то для снижения температуры продуктов сгорания с 1200 до 450° С в камеру смешения впрыскивается вода. Сначала при этом происхо- 140

дила конденсация паров в циклоне, но после покрытия его изоляцией это явление было устранено.

Таблица Ц1-1

Данные по сушке некоторых материалов в сушилках системы Fluo-Solids

Место установки 《в США)

Высушиваемый материал

鼠

g h p if

К

н«

Температура газов, ℃

re

Коннектикут

ДОЛОМИТ

1948

1,7

4,7—0,2

2

400

75

Массачусетс

Известняк

1951

2,75

125

—

2 + 3

—

100

—

150

6,5

5

150—200

—

Рокмарт

Цементный

1955

9,5

2,5

—

52

мергель

Расход топлива оказался на 30% ниже, чем при высушивании глины в барабанной сушилке. Это привело к замене барабанных сушилок сушилками кипящего слоя. Установка полностью автоматизирована и обслуживается (включая вспомогательное оборудование) одним человеком в смену.

Шлаки, Сушка доменных и вулканических шлаков освоена в промышленном масштабе. Применяются как цилиндрические однокамерные аппараты системы Fluo-Solids, так и многокамерные системы Turbo-Flo.

В цилиндрической сушилке диаметром 2,4 зц производительностью 35 т1ч влагосодержание доменного шлака уменьшается от 10—22 до 0,1—0,4% при температуре в слое 〜100° С.

В многокамерной сушилке (системы Turbo-Flo) производительностью 10 т1ч [5] влагосодержание вулканического шлака, применяемого для изготовления бетонных блоков (размер частиц 〜5 мм), уменьшается от 5 до 0,05%. Сушилка состоит из шести горизонтальных камер: трех для сушки и трех для охлаждения. Материал поступает в сушилку, проходит все три сушильные камеры (температура поступающих газов соответственно понижается), затем проходит в обратном направлении три охладительные камеры. Решетка каждой последующей камеры опущена на 50 мм для увеличения скорости движения материала. Размеры установки 4,6 X 2,44 X 3,4 м. Внутри имеются классификатор и пневматическое устройство для распределения питания.

Песок. Всесоюзным научно-исследовательским институтом галургии (ВНИИГ) проведено исследование сушки песка на цилиндрической сушильной установке диаметром 0,36 л, высотой 1,2 м [6]. Ленинградским филиалом Государственного проектного института

(ГПИ-3) по заказу Константиновского бутылочного завода была запроектирована установка для сушки песка производительностью ' 5 т!ч [7]. Размеры аппарата кипящего слоя 3,2 X 2,2 X 4,5 м,； причем сечение рабочей камеры 3 X 1,2 м (см. рис. II-6). Песок (влажность 6,5%) из бункера через загрузочное устройство подается в сушильную камеру; под решетку поступают отходящие от стекловаренной печи газы при температуре 300° С. Высушенный песок (влажность 0,1%) выгружается сверху слоя. Очистад газов производится в циклоне. Для герметизации аппарата имеется загрузочный клапан, который через каждые 5 сек открывается на 1 сек, в течение которой в аппарат высыпается очередная порция песка. Высота слоя 300 мм. Пылеунос при высоте сепарационного пространства 1,5 м составляет 3——4%. Установка имеет вытяжной вентилятор ВВД-9 с электродвигателем мощностью 20 кет.

Установка для сушки песка производительностью 30 м3/сутки с камерой круглого сечения, несколько расширенной кверху, запроектирована Куйбышевским институтом Гипронефтестрой [8]. Сырой песок подается в сушилку тарельчатым питателем. Песок высушивается в течение 10—12 мин при температуре поступающих газов 300° С.

Высушенный песок поступает по наклонной переточной трубе в обжиговую печь. Количество выгружаемого материала регулируется игольчатым клапаном с подачей через иглу небольшого количества воздуха, что способствует лучшему движению материала.

На одном из предприятий работает установка для сушки песка производительностью 3 т/ч [9]. Установка состоит из камеры сжигания газа и камеры смешения, футерованных шамотным кирпичом^ и рабочей камеры сушилки (из листового железа). Верхняя часть рабочей камеры выполнена расширяющейся — для снижения пыле- уноса. Установка имеет чугунную решетку провального типа площадью 0,6 誤2, © живым сечением 3,5%.

В рабочую камеру загружаются мерзлые куски, которые в течение 2——3 мин превращаются в сухой песок, подаваемый пневмотранс-" портом в землеприготовительное отделение. Установка обслужи-1 вается одним рабочим.

Топливо сжигается методом беспламенного горения: оно влит' вается на раскаленную насадку и, испаряясь на ее поверхности, сгорает. Процесс горения стабильный и легко поддается регулиро-^ ванию.

К. п. д. установки кипящего слоя 80—85% в зависимости от< начальной и конечной температуры дымовых газов. Промышленныа испытания показали, что лучшее псевдоожижение слоя песка дести-* гается при работе на беспровальной решетке. Рекомендуемый теплой вой режим установки: температура газов под решеткой должна^ поддерживаться в пределах 700—800° С, а соответствующим расход дом сырого песка (при влажности 5—6%) температура уходящий газов должна быть доведена до 100——110° С. При этом песок пол-4

ностыо обезвоживается. Количество смерзшихся кусков не должно превышать 20%.

В Англии работает установка для сушки песка производитель' ностыо 9—10 т/ч. Песок, размер частиц которого менее 1,2 мм9 высушивается от 5——7% до 0,1% влаги при высоте слоя 300 мм. Одновременно производится классификация песка по крупности [3J.

На рис. III-1 показана действующая печь для сушки песка. Топка и сушильная камера выполнены в одном агрегате.

Рис. ИЫ. Печь кипящего слоя для сушки песка.Рис. ИЫ. Печь кипящего слоя для сушки песка.

Рис. ИЫ. Печь кипящего слоя для сушки песка.

Рис. ИЫ. Печь кипящего слоя для сушки песка.

Характеристика установки [63]

Производительность, т/ч ю

Влажность песка, % на сухое вещество начальная ю

конечная 0,5

Площадь решетки,於2 2,42

ПитательШлюзовый

Высота порога, мм 220—400

Съем влаги, кг/м^. ч 435

Расход топлива (мазута), кг/ч 122

Топочный объем, %з 2,4

Температура, ℃ в топке 1000—1100

под решеткой 900

отходящих газов 120

Скорость газов при выходе из слоя, м/сек 0,806

Количество отходящих газов, м^/ч . , .4810

Установленная мощность,кет 39,6

В системе пылеулавливания установлены два циклона НИИОГаза ЦН-15 диаметром 600 мм и два вентилятора ВВД-9, работающих последовательно.

Схема установки для сушки и охлаждения песка [60] дана на рис. Ш-2.

Сырой песок грейферным краном поступает из закромов в бункер I, из которого тарельчатым питателем 2 направляется на пластинчатый транспортер 4, подающий песок в сушильную печь 5・ Коли~ чество песка регулируется шибером 3. Высушенный песок ссыпается в ковши элеватора 6 и поднимается в охладительную камеру 7, где он охлаждается воздухом, нагнетаемым вентилятором 8. Затем песок

Рпс. III-2. Схема установки для сушки и охлаждения песка:

Z 一 бункер; 2 ——тарельчатый питатель; 3 ——шибер; 4 ——пластинчатый транспортер; 5 — печь; 6,9 — элеваторы; 7 — охладительная камера; 8 — вентилятор； 10 — камерный насос.

элеватором 9 подается в бегуны, приготовляющие формовочные смеси, или камерным насосом 10 пневмотранспортируется в цех для приготовления стержневых смесей.

На рис. III-3 показана сушильная печь. Сырой кварцевый песок загружается в вертикальную рабочую камеру 4 из бункера через плунжерный дозатор. Топочная камера 5 расположена в нижней боковой части установки. Топливом служит соляровое масло. На дно топочной камеры насыпан фарфоровый бой. Соляровое масло подается через капельное устройство 6. Воздух вентилятором нагнетается в топочную камеру по трубопроводу 9, а в камеру 2 — по трубопроводу 7 и каналам 22, футерованными огнеупорным материалом. В камере 2 воздух смешивается с нагретыми топочными газами.

Решетка провальная, с живым сечением 6% и диаметром отверстий 3 мм вверху и 5 мм внизу. j

Шихта. В 1957 г. на Среднеуральском медеплавильном завода в сотрудничестве с Гинцветметом была смонтирована полупромыш-1 144 j

ленная установка для сушки гранулированной шихты (смесь медных концентратов с флюсами) [10]. Она представляет собой прямоугольную печь высотой 1 м с площадью пода 0,5 м2, вытянутую в направлении движения материала.

На основании опытных данных Гинцветмета, ВНИИЦветмета и Усть-Каменогорского свинцово-цинкового комбината Кавгилпро- цветмет запроектировал ряд печей и установок для сушки в кипящем

Рис. Ш-З. Печь для сушки песка на заводе им. К. Маркса:

1 — решетка； 2 — камера смешения; 3 — штуцер для отвода газов; 4 ——сушильная камера; 5 ——топка； 6 ——капельное устройство для подачи топлива; 7,9 — трубопроводы; 8 — течка; Ю — шибер； 11 — каналы.

слое [11]. Сушилка для гранулированной медной шихты на Алаверд- ском меднохимическом комбинате имеет прямоугольную форму, ее размеры: длина 4895 мм, ширина 2800 мм, площадь пода 12 炉.

Топливные материалы

При сушке этих материалов в кипящем слое из соображений пожарной безопасности температура поступающих газов обычно не превышает 400° С при температуре на выходе 60—70° С. Применяются автоматически включающиеся форсунки для впрыскивания воды 口 слой при возгорании топлива. Из этих же соображений высота слоя в аппаратах принимается минимально допустимой, что позволяет быстро выгрузить топливо из сушилки. При сушке с рециркуляцией отработанных газов возможно значительное повышение температуры поступающего теплоносителя и увеличение высоты слоя, чем достигается более глубокое высушивание.

Уголь. При сушке угля в кипящем слое размер частиц может быть довольно большим — до 38 мм.

Для пылеулавливания применяют циклоны и мокрые скрубберы, причем пыль из циклона используют для сжигания в топке (в США). Применяют топки, работающие на жидком или газовом топливе (в СССР).

Сушка угля в кипящем слое получила большое распространение в промышленности [4, 12—18]. Например, цилиндрическая сушилка (системы Fluo-Solids) диаметром 4,2 •恥,высотой 6,1 м, производительностью до 230 т/ч угля (25 т/ч по испаренной влаге) работает в США с 1957 г. Влажный уголь кусками размером до 16 мм подается ленточным транспортером в загрузочный бункер емкостью 50 m и из него двойным шнековым питателем направляется в сушилку. Крупный уголь из сушилки поступает в герметически закрытый бункер, а отработавшие газы с частицами угля менее 0,6 мм направляются в батарею циклонов. Из циклонов пыль попадает в закрытый бункер и частично в бункер для топлива. Очищенные газы из циклонов поступают для окончательной очистки в мокрый скруббер. Скруббер представляет собой горизонтальный цилиндр диаметром 3,75 м, длиной 6,5 л, изготовленный из нержавеющей стали. Из скруббера очищенные газы (содержание 0,14 a/炉 тонкой пыли) удаляются в атмосферу. Нагнетательный вентилятор сушилки подает 150 000 м3/ч воздуха. Температура газов в зоне сжигания достигает 1350° С, но теплоноситель разбавляется воздухом и его температура доводится до 410° С. Крупные частицы угля выходят из сушилки, нагретые до 70° С, с влажностью 3.75%. Пыль из циклона имеет температуру 63° С, влажность — 5,5%. Отходящие газы, почти полностью насыщенные, поступают в скруббер.

Рабочие поверхности циклонов, воздухопроводов и сушилки облицованы огнеупорными плитками или покрыты слоем цемента.

Решетка сушилки изготовлена из прокатанной Т-образной нержавеющей стали и имеет толщину 40 мм. Зазоры для прохода горячих газов между стержнями проката 3,2 мм. Установка расположена в здании размером 27 X 10,5 X 18 м.

Сушилка работает в две смены, обслуживается одним человеком. Общая установочная мощность электродвигателей сушилки 920 кет, в том числе нагнетательного вентилятора 735 кет. Установка снабжена предохранительными устройствами, обеспечивающими безопасность технологического процесса; они предотвращают пересушку угольной мелочи и выключают питание в случае перегрузки сушилки.

Высокая эффективность процесса сушки достигается благодаря автоматическому контролю и регулированию постоянства высоты, температуры слоя и горячих газов. Постоянства температуры слоя достигают, изменяя количество поступающего в сушилку угля путем автоматического регулирования числа оборотов питающих шнеков, а постоянства температуры горячих газов — изменяя количество подаваемого в топку пылевидного топлива.

В последнее время в конструкцию установки были введены некоторые изменения, позволившие повысить к. п. д. сушилки: давление нагнетания напорного вентилятора снижено с 26 400 до 10 000 н/м2 (Рнзб с 2700 до 1020 мм вод. стп); решетка из проката заменена штампованным листом из нержавеющей стали; высота слоя регулируется высотой порога.

Сушка угля в кипящем слое, благодаря своим большим преимуществам, начинает широко применяться и вытеснять другие способы. Вначале в кипящем слое высушивали уголь, раздробленный на частицы менее 7 мм, но впоследствии, после введения ряда усовершенствований стало возможным сушить уголь, куски которого достигали 38 мм. В 1958 г. в США действовали десятки сушилок, перерабатывающих 〜25 млн. m угля в год.

В табл. Ш-2 приведены основные технологические показатели некоторых сушилок кипящего слоя угля (в США) [13, 14].

Таблица Ш-2

Основные показатели работы сушилок США (Dorr Oliver Со)

Показатели

Штат

Индиана

Западная Виргиния

Кентукки

Пенсильвания

Юта

Диаметр, мм

2100

4200 И 3600*

4200 и

2100*

1800

4200

Площадь решетки, м2,

3,46

13,9 и 10,0

13,9 и

3,46

2,54

13,9

Производительность, т/冤..

Производительность ио вла-

100

700 и 230

230 и 100

140

800

ге, т[ч

10

70 и 17

25 и 11

6,5

25,0

Съем влаги, т/м^

2,9

2,5 и 1,7

1,8 и 1,6

2,56

1,8

Крупность материала, мм ..

Влажность, %

0—6

0—40

0—15 и 0—10

0-10

0—38

начальная

18-22

14,5

—

конечная

Температура теплоносителя, ℃ *

2

4,8

—

—

—

на входе

650

410

—

—

—

на выходе

80

70

—

——

—

* По-видимому, установлено по два аппарата указанных размеров; исходя из этого и был рассчитан съем влаги.

Пущен в эксплуатацию агрегат, состоящий из двух сушилок Fluid-Flo [12]. Сечение каждой из них 8,36 儿纟 В первой высушивается 165 т/ч угля класса 7,9——1,65 мм (влажность снижается от 20 до 10—11%), а на второй — 165 т1ч класса 25—7,9 мм или 100 т!ч класса 4,8—0 мм при снижении влажности от 15 до

10—11%. Сушилки находятся в отдельном здании. Между топками и рабочими камерами имеются заслонки с пневматическими приводами, отключающие подачу газов в случае аварии. Влажный уголь подается шнековым питателем, разгрузка высушенного материала производится с помощью секторного затвора. Полностью автоматизированная установка обслуживается одним человеком в смену.

Сушилки работают обычно с невысокими слоями материала и имеют плоские решетки, что позволяет быстро пустить и остановить аппарат. Имеются впрыскиватели воды, автоматически включа

ющиеся при появлении пламени в сушилке, газоходе или циклоне.

ПоказателиСушилкабарабаннаяс вибро- ожижен- ным слоемДлительность сушки, мин204Расход электроэнергии, квт-ч/in ...2,211,77Съем влаги с 4 炉， кг/ч0,662,66Удельныйрасходтепла, ккал/кг влаги1500850ПоказателиСушилкабарабаннаяс вибро- ожижен- ным слоемДлительность сушки, мин204Расход электроэнергии, квт-ч/in ...2,211,77Съем влаги с 4 炉， кг/ч0,662,66Удельныйрасходтепла, ккал/кг влаги1500850Таблица II1-3~ Технологические показатели вертикальных вибросушилок (ЧССР)Таблица II1-3~ Технологические показатели вертикальных вибросушилок (ЧССР)Благодаря низким температурам отходящих газов (〜65° С) и их высокой влажности воспламенение пыли почти исключается.

Показатели

Сушилка

барабанная

с вибро- ожижен- ным слоем

Длительность сушки, мин

20

4

Расход электроэнергии, квт-ч/in ...

2,21

1,77

Съем влаги с 4 炉， кг/ч

0,66

2,66

Удельныйрасход

тепла, ккал/кг влаги

1500

850

Показатели

Сушилка

барабанная

с вибро- ожижен- ным слоем

Длительность сушки, мин

20

4

Расход электроэнергии, квт-ч/in ...

2,21

1,77

Съем влаги с 4 炉， кг/ч

0,66

2,66

Удельныйрасход

тепла, ккал/кг влаги

1500

850

Таблица II1-3

~ Технологические показатели вертикальных вибросушилок (ЧССР)

Таблица II1-3

~ Технологические показатели вертикальных вибросушилок (ЧССР)

За последние 10 лет сушка мелкого угля в кипящем слое получила широкое распространение. Объясняется это тем, что сушильные установки большой производительности занимают сравнительно небольшой объем: так, при производительности 250 m/ч барабанная сушилка занимает 260 м3, тогда как сушилка кипящего слоя всего 86 謳3 [14].

В США в 1960 г. было более 200 установок различных типов для сушки углей, из них для сушки углей во взвешенном состоянии (в кипящем слое) — 34 установки и грохотов-сушилок — 50. Из общего количества высушиваемого угля 28 747 тыс. т на указанных 84 установках высушивалось 14 420 тп, или 50%. Из общего числа

сушильных установок только пять оборудованы барабанными сушилками, в которых высушивается 245 тыс. m угля, или 8,5% от общего количества. Таким образом, предпочтение отдается сушилкам кипящего слоя и грохотам-сушилкам. Последние отличаются тем, что теплоноситель проходит через слой либо сверху вниз, либо снизу вверх со скоростью, часто меньшей критической скорости [15].

Сушка угля крупностью более 3 мм осуществляется в сушилке с виброожиженным слоем (рис. III-4). Кипящий слой создается путем ускорения движения частиц до 9—18 м/сек. В табл. Ш-З приведены показатели работы вибрационной (при частоте до 2 тыс.1мин, амплитуде колебаний до 0,8 мм и ускорении 10 м/сек2) и барабанной сушилок [14].

В результате полупромышленных испытаний по обезвоживанию лигнита с начальной влажностью 23% [16] при температуре в слое 150° С было получено напряжение сушилки по влаге 650 кг/м2^ч.

；5寛

「尹蜜

I-e 弓

II飞能

7 Оо О S ° 7с EG 之 о 30 о S^ 1 ° S° 2^5 ^ s S ^

1II

J飞

w一鼠

у 3 к u iiJS &

仁e

I C| 1

不絶盲a

7 合塗

То?言о77,2gо 弔.2g与

^^^^^^^1^2

о о

8 §

爵

刍尊9 ^ 罰 ^38 $： £ ， Z

.5§g 蟒 箕1憑

S кьч И

о«

К о g* со

昆We

H虱户为

h I Н 03

W占X 發用

«aj

.1証。旨^8 Z日

I 千9оООG9Z7igт—

丄丨丄m11 1 1 1 1 !^

О 08 g О ОО 9Е Осо О

ед 取 *° J2 M 3I 訂 m

* *

芻 瞄 強;

! . g - О 體“J°l 益番

d A

言

T

E . &

S h 散引 割

4

.к

л

s

gg

s = aS «||и

嚼/

-ЙОИГОГО OSKOC&SS^COSCK

Г三 ~二3产L

【8一 凶】oouuwmKUHM н BKJAQJMnL-ou OIq==en

По этим данным была спроектирована и построена сушилка диаметром 1,5 м, производительностью 10 т/ч.

Мелкий уголь высушивался в аппарате с наклонной вибрирующей решеткой, что обеспечивало направленное движение материала [17]. Сушильным агентом служила смесь топочных газов (получаемых при сжигании угля) с воздухом, подаваемая под решетку. Некоторая часть высушиваемого материала просыпалась через отверстия решетки и досушивалась в нижней конусной части су

шилки при соприкосновении с восходящим потоком газов.

Производительность сушилки, имеющей площадь решетки 6,4 м2, составляет 50—75 т/ч влажного угля. При температуре поступающих газов 235—620° С и уходящих 60-

Рис. Ш-4. Вибрационная сушилка:Рис. Ш-4. Вибрационная сушилка:1 — бункер влажного угля; 2 — жалюзийная решетка; з ——выход отработанного газа; 4 — выход сухого угля;5 — вход горячего газа.1 — бункер влажного угля; 2 — жалюзийная решетка; з ——выход отработанного газа; 4 — выход сухого угля;5 — вход горячего газа.120° С в сушилке удаляется влаги 3,0—5,7 т/ч. Таким образом, удельный влагосъем——470——890 кг с 1 м2 решетки в час. Температура высушен- ного угля не превышает 37° С.

Рис. Ш-4. Вибрационная сушилка:

Рис. Ш-4. Вибрационная сушилка:

1 — бункер влажного угля; 2 — жалюзийная решетка; з ——выход отработанного газа; 4 — выход сухого угля;

5 — вход горячего газа.

1 — бункер влажного угля; 2 — жалюзийная решетка; з ——выход отработанного газа; 4 — выход сухого угля;

5 — вход горячего газа.

Сушка угольных шламов и фло- токонцентрата в кипящем слое [18] требует равномерного распределения по поверхности слоя влажного материала, так как при точечной загрузке нарушается гидродинамика процесса.

вместно с заводом (рис. Ш-5;вместно с заводом (рис. Ш-5;На Ясиновском коксохимическом заводе (КХЗ) построена сушилка, спроектированная бывшим Харьковским горным институтом (ХГИ) со- конструкция сушилки приведена на

вместно с заводом (рис. Ш-5;

вместно с заводом (рис. Ш-5;

рис. П-7) [18].

Подача шлама на зеркало слоя осуществляется цепным забрасывателем, выгрузка производится через центральную трубу. При

больших размерах аппарата предусматривается несколько переливных труб.

Сушка производится преимущественно в вертикальном потоке,

продолжительность сушки невелика; окисления угля почти не происходит (см. табл. III-4).

Влажный шлам конвейером подается в приемную воронку 1 и затем цепным забрасывателем направляется в сушилку 2. Высушенный продукт через переливную трубу и мигалку попадает на шнеки 4 и 5 и далее на конвейер. Теплоноситель поступает из печи 6, в нижней части которой сжигается обратный коксовый газ, подаваемый газодувкой РМК-3. Продукты горения поступают в смесительную камеру, разбавляются отработанными газами или воздухом до нужной температуры и поступают под газораспределительную решетку сушилки.

Отработанные газы дымососом просасываются через циклон 7, где отделяется основная масса пыли и окончательно освобождаются

от пыли в скруббере 8. Большая часть газа после скруббера подается в смесительную камеру для разбавления топочных газов, а избыток выбрасывается в атмосферу. Применение такой схемы позволяет производить сушку горячими газами, содержащими минимальное количество кислорода, что устраняет опасность возгорания угля в слое и в газоходе, а также опасность взрыва пыли в циклоне. Кроме того, значительно снижается выброс запыленных газов в атмосферу.

6 атмосферу

FnHaJmodo*cdQogFnHaJmodo*cdQog/ — приемная воронка; 2 — сушилка; 3 — мигалка; 4,5 — шнеки; 6 — печь; 7 ——циклон; 8 — скруббер./ — приемная воронка; 2 — сушилка; 3 — мигалка; 4,5 — шнеки; 6 — печь; 7 ——циклон; 8 — скруббер.

FnHaJmodo

*cdQog

FnHaJmodo

*cdQog

/ — приемная воронка; 2 — сушилка; 3 — мигалка; 4,5 — шнеки; 6 — печь; 7 ——циклон; 8 — скруббер.

/ — приемная воронка; 2 — сушилка; 3 — мигалка; 4,5 — шнеки; 6 — печь; 7 ——циклон; 8 — скруббер.

Наличие в схеме двух вентиляторов — нагнетательного и дымососа —позволяет обеспечить в верхней части сушилки давление, близкое к атмосферному, что упрощает конструкцию загрузочных и разгрузочных устройств.

Испытания установки подтвердили надежность ее работы, высолю производительность, а также эффективность работы цепных забрасывателей, которые хорошо разрыхляют шлам и флотоконцен- трат, равномерно загружают их по поверхности слоя, экранируя унос, и весьма надежны в работе.

При высоте кипящего слоя 1000 мм была достигнута устойчивая удельная производительность 7——8 m/臬2 ・ч; съем влаги составлял 1500——1600 knIm? *ч.

Коксуемость углей, высушенных в кипящем слое, не ухудшилась.

На Днепродзержинском КХЗ установка отличается от описанной выше горизонтальным расположением топки и несколько измененной конструкцией сушильной камеры. Камера имеет цилиндриче- скую форму. Площадь решетки (беспровальной) 7 №. Для подачи коксового газа имеется газодувка РМК-4. Улавливание пыли производится в двух батарейных циклонах БП-50. Для пред отв р ащения конденсации водяных паров имеется обводная линия для подачи

КомпенсаторКомпенсаторСхема установки для сушки угля на Днепродзержинском КХЗ:Схема установки для сушки угля на Днепродзержинском КХЗ:7 ——вентилятор; 2 ——первичный воздух; 3 — воздуховод; 4 — горелка; 5 — топка; 6 —— камера сгорания; 7 — камера смешения; 6 — распределительная решетка; 9 —сушилка;Ю — разбрасыватель; 11 — редуктор; 12 — циклоны; 13 — дымосос.7 ——вентилятор; 2 ——первичный воздух; 3 — воздуховод; 4 — горелка; 5 — топка; 6 —— камера сгорания; 7 — камера смешения; 6 — распределительная решетка; 9 —сушилка;Ю — разбрасыватель; 11 — редуктор; 12 — циклоны; 13 — дымосос.Рис. III-6.Рис. III-6.

Компенсатор

Компенсатор

Схема установки для сушки угля на Днепродзержинском КХЗ:

Схема установки для сушки угля на Днепродзержинском КХЗ:

7 ——вентилятор; 2 ——первичный воздух; 3 — воздуховод; 4 — горелка; 5 — топка; 6 —— камера сгорания; 7 — камера смешения; 6 — распределительная решетка; 9 —сушилка;

Ю — разбрасыватель; 11 — редуктор; 12 — циклоны; 13 — дымосос.

7 ——вентилятор; 2 ——первичный воздух; 3 — воздуховод; 4 — горелка; 5 — топка; 6 —— камера сгорания; 7 — камера смешения; 6 — распределительная решетка; 9 —сушилка;

Ю — разбрасыватель; 11 — редуктор; 12 — циклоны; 13 — дымосос.

Рис. III-6.

Рис. III-6.

некоторого количества горячего теплоносителя в отходящие газы. Флотоконцентрат подается в сушилку скребковым конвейером непосредственно после вакуум-фильтров и, несмотря на неравномерную загрузку, сушилка работает устойчиво. На этой установке с 1964 г. сушится флотоконцентрат с добавкой 10——12% крупнозернистого шлама (см. рис. Ш-6). Характеристика установки и ситовой состав материала даны в табл. II1-4 и III-5.

Из данных табл. II1-5 видно, что в процессе сушки происходит агрегация материала. Укрупнение можно уменьшить при подаче влажного материала забрасывателем в виде сплошной завесы [18].

Среднее время пребывания материала в слое 72 и 48 сек при высоте слоя соответственно 600 и 400 мм. 吊

На Макеевском коксохимическом заводе по совместному проекту Дпи и завода была построена опытно-промышленная установку с направленным перемещением материала. J

Теплотехнический режим работы установки приведен в табл. III-4.J Вследствие слабого кипения в слое наблюдается сегрегация мате^ риала, возможно образование полностью застойных зон. Соприкос-1 152

Данные ситового анализа

Таблица III-5

Влажный материал

Высушенный материал

из сушилки

из циклона

класс, мм

07 /0

класс, мм

%

класс, мм

%

〉1

>12

1,4

>1

0,9

0,5—1

6-12

10,4

0,5—1

15,8

0,25—0,5

3-6

13,9

0,25—0,5

28,8

0,16—0,25

1-3

21,8

0,16—0,25

14,7

<0,16

0-1

52,5

<0,16

39,6

Всего:

100

—

100

—

100

новение горячих газов с высушенным материалом (вблизи места разгрузки) вызывает перегрев угля и возможность его воспламенения, вследствие этого установка работает по замкнутому циклу, т. е. в токе инертного газа. Во избежание перегрева угля он охлаждается, для чего под решетку на площади 1,4 м2 подается холодный воздух. Из-за наличия высокотемпературных и застойных зон решетки из стали пришлось заменить чугунными.

Сушильная установка для Донецкого КХЗ разработана совместно с заводом Донецким филиалом Института теплоэнергетики АН УССР. Сушильная камера прямоугольная, с расширяющимся сепарационным пространством, наклон ее можно изменять в пределах 2—12° при помощи гидравлического домкрата.

Укрэнергочерметом разработан проект сушилки с кипящим слоем с поверхностью 12 м2 (3 X 4) и производительностью 18— 24 т/ч по испаренной влаге. Сушилка представляет собой прямоугольную камеру в виде желоба. Сепарационное пространство увеличено до 20 м2. Загрузка влажного материала ——торцевая, с помощью цепных забрасывателей. Разгрузка высушенного материала производится через порог и окна, размещенные по два на длинных сторонах аппарата, что позволяет сократить продолжительность контакта материала с газами.

Решетка — беспровальная, состоит из двух сит: шпальтового и перфорированного — пространство между которыми заполнено фарфоровыми или металлическими шариками диаметром 10 мм.

Результаты исследования изменений технологических свойств углей, высушенных на установках, характеристики которых представлены в табл. III-4, показывают, что зольность высушенного продукта остается в большинстве случаев неизменной, различия в выходах летучих продуктов незначительны, содержание общей серы и толщина пластического слоя угля не изменяются [15].

Все рассмотренные выше установки работают на газообразном топливе. Широкое внедрение сушки в кипящем слое при углеобогащении возможно только при использовании твердого низкосортного топлива. Установка со слоевой топкой, с шурующей планкой, производительностью 16 т/ч по испаренной влаге спроектирована Для Карагандинского завода. Площадь решетки 8 м2, установка будет работать с рециркуляцией отработанных газов [18].

Повышение интенсивности процесса сушки угля можно достичь увеличением скорости теплоносителя и его температуры. Опытные

2 — сушильная камера; 2 — питатель; 3 — решетка; 4 — топка;

5 ——циклон; 6 — вытяжной вентилятор; 7 ——выгрузка сухого материала.'

работы были проведены при температуре теплоносителя до 740° С и при большом его расходе. При этом влагосъем увеличивается до 3,5 т/м2-ч, и сушилка с поверхностью 10 м2 может заменить шесть барабанных сушилок [18].

Испытания сушилок кипящего слоя для сушки обогащенной каменноугольной мелочи (0—12 мм и 0—6 мм флотоконцентрата), работающих на указанных в табл. III-4 коксохимических заводах, показали, что процесс является эффективным, отличается простотой контроля и регулирования и сравнительно невысокими эксплуатационными расходами. Показатели работы установок (см. табл. III-4) могут быть улучшены путем дальнейшего усовершенствования техники и технологии процесса.

Для сушки угля крупностью 0——13 мм, флотационных концентратов и шламов без смешения сырого угля с сухим Институтом горючих ископаемых была разработана в 1963 г. конструкция аэро- фонтанной сушилки [15].

В настоящее время проектируется промышленная аэрофонтанная сушилка производительностью 150 т!ч мелкого влажного угля [15].

Торф. Схема установки для сушки фрезерного торфа в кипящем слое низкотемпературными дымовыми газами, предложенная Заброд- ским [19], дана на рис. III-7. Влажный торф из бункера самотеком поступает в сушильную камеру 1 в отсек над загрузочным питателем 2, подающим торф под слой над газораспределительной решеткой 3. Теплоносителем служат дымовые газы с температурой 130— 170° С, получаемые в выносной топке 4 от сжигания солярового масла. Эти газы затем разбавляются воздухом. Для улавливания унесенной мелочи служит циклон 5. Установка автоматизирована. Высота слоя регулируется периодическим включением и выключением загрузочного питателя, который автоматически включается, когда гидравлическое сопротивление слоя падает ниже заданной минимальной величины, и выключается после того, как гидравлическое сопротивление достигает верхнего предела.

При температуре поступающих газов 135—165° С влагосъем с 1 訳2 сечения слоя составляет 100—170 кг!ч (сечение слоя 0,34 м2). Влажность торфа снижается с 32—43 до 13—28%. Сопротивление слоя 40—50 мм вод. стп・，решетки — 5 мм вод. ст.

Преимуществом работы с тонким слоем является снижение пожароопасности сушилки (из-за малой емкости слоя) и среднего времени пребывания частиц в слое.

Взрывоопасность такой сушилки, по-видимому, невелика, так как пыль имеет достаточно большую влажность и быстро выносится из сушилки.

Недавно в СССР для торфа внедрена сушилка с фонтанирующим слоем, где с сушкой совмещен также процесс дробления торфа [20].

Минеральные соли

Большинство минеральных солей при сушке в кипящем слое образуют комки. Это обстоятельство ухудшает процесс псевдоожижения. Для уменьшения комкообразования влажную соль, подаваемую в сушилку, рекомендуете я разбрасывать по поверхности слоя.

В ряде случаев, когда высушенную соль выгружают из сушилки, не охладив, она слипается. Для устранения этого явления следует соль охлаждать также в кипящем слое в дополнительной камере этого же аппарата.

Выбор температуры поступающего теплоносителя определяется термической стойкостью продукта.

В СССР впервые процесс сушки солей в кипящем слое был изучен в 1955 г. Лабутиным на полу заводской установке ВАМИ [21]. В процессе получения глинозема из алунитов при упарке щелочных растворов выпадают слои, состоящие в основном из сульфатов натрия и калия. Так как ранее обработке в кипящем слое подвергались главным образом различные минеральные породы, то ввиду

специфических свойств солей необходимо было убедиться в том, что они могут быть высушены этим методом.

Полузаводская установка, на которой проводилось исследование, имела цилиндрический аппарат кипящего слоя высотой 1500 мм, футерованный шамотным кирпичом. Внутренний диаметр аппарата 720 мм. Беспровальная газораспределительная решетка состояла из двух перфорированных листов нержавеющей стали с отверстиями диаметром 3 мм при шаге 25 мм. Между решетками был зажат слой шамотной крупки (размер зерен 8—10 мл). При такой конструкции в момент остановки соль не высыпалась через решетку. Для уменьшения пылеуноса в аппарат был вмонтирован циклон. Влажный материал загружался сверху, сухая соль разгружалась через наклонную боковую трубу, проходящую непосредственно над решеткой- Установка имела выносную герметическую топку, работающую на керосине. Разрежение в аппарате создавалось эксгаустером.

Сушку производили газами, нагретыми до 600—650° С, при высоте слоя 400——500 мм. Температура в слое 150——250° С, при этом высушенная соль выгружалась с влажностью 0,07—0,19%. Влаго- съем с 1 м2 решетки 〜500 «г/ч; его можно было увеличить, повышая температуру поступающих в сушилку газов.

В процессе работы было установлено, что хорошее «кипение» материала происходит при температуре слоя не ниже 130—150° С, при температуре слоя выше 300° С загруженный сырой материал часто образует комки.

В дальнейшем работы по сушке солей в кипящем слое продолжили во ВНИИГе Каганович и сотрудники [22]. Вначале была создана небольшая опытная установка диаметром 360 мм и высотой 1200 мм. В отличие от описанного ранее аппарата ВАМИ применена провальная газораспределительная решетка, представляющая собой перфорированный лист нержавеющей стали с отверстиями диаметром ^мм. Эта конструкция решетки оказалась лучше, так как при длительной работе беспровальные решетки постепенно заплавляются солями.

Установка имела выносную керосиновую герметическую топку беспламенного горения. На этой установке изучался процесс сушки хлористого калия и сульфата калия, увлажненных маточным раствором (начальная влажность соответственно 8,5 и 19%).

Испытания показали, что при скорости газов в аппарате 0,5— 0,8 м/сек съем сухой соли с 1 м? решетки составляет до 1 т/ч, влаго- съем в сушильной зоне аппарата 300—400 кг/мя-ч при температуре поступающих газов до 800° С, уходящих 150—200° С.

Измерения по высоте слоя показали практическую однородность его температуры. Было обнаружено некоторое укрупнение основной фракции материала вследствие агломерации частиц, а также образование отдельных комочков размером 5—7 мм\ весовая доля такой фракции 3—5%. Во избежание накапливания этих комочков на решетке необходимо выгрузку соли производить у решетки.

Оптимальная высота слоя зависит от соотношения количеств загружаемой соли и соли, находящейся в аппарате.

Проведенные исследования позволили спроектировать и построить опытно-промышленные, а затем и промышленные установки кипящего слоя для сушки хлористого калия [23] на Калушском и Березниковском калийных комбинатах.

Хлористый калий. В 1961 г. на Калушском калийном комбинате (Ивано-Франковской области) впервые в мировой практике была осуществлена в промышленных масштабах сушка калийных солей в кипящем слое. Схема установки [23] дана на рис. П-4. Основные показатели работы этой установки следующие [24]:

Площадь решетки, м2 1,8

Температура топорных газов (получаемых при сжигании природного газа), ℃ 700——750

Температура слоя, ℃120—130

Сопротивление слоя и решетки, мм ео8. ст 450——500

Производительность установки т/ч готового продукта 13—15 (при средней влажности хлористого калия 16% и высушенного

0,15—0,2% или 800—900 кг/м^ - ч по испаренной влаге)

Начальная влажность, % 10-ь 12

Конечная влажность, % 0,2 т 0,1

Удельный расход

топлива (газа), нм^/т И—13

электроэнергии, квт-ч/т2,7——3,0

Вынос из слоя, % 2,5

Недостаток установки на Калушском калийном комбинате —— малая производительность по газу вентилятора (ВВД-8), позволяющая работать при скорости, не превышающей 1,4——1,5 м：сек, тогда как для эффективной работы установки требуется скорость газа в слое не ниже 1,6——1,7 м/сек. Аппарат имеет круглое сечение с расширением в слое и в сепарационной зоне. Решетка сделана из обычной стали с отверстиями, раззенкованными до скрещивания (рекомендованы институтом Гинцветмет). Подача соли идет через механический лопастной забрасыватель. Топка газовая, выносная.

В 1965 г. на Березниковском калийном комбинате была введена в эксплуатацию крупнотоннажная установка кипящего слоя производительностью 140—150 т!ч [25] (см. рис. П-5).

Установка имеет встроенную топку, работающую на мазуте. Площадь газораспределительной решетки, выполненной в виде перфорированной плиты, 8 川2； живое сечение круглых отверстий (диаметр 5 мм) 6,5%. Решетка лежит на опорных балках, охлаждаемых воздухом, который затем направляется в щелевидное отверстие под забрасывателем. Забрасыватель служит для рассредоточения загрузки сырой соли над фронтом слоя. Специальная конструкция этого узла обеспечивает подачу больших количеств сырой соли в аппарат и исключает комкование и слипание материала в слое.

Ниже приводится оптимальный режим работы установки.

Температура поступающего теплоносителя, С 650—700

Температура слоя, ℃ НО—120

Сопротивление работающего аппарата, мм еод. ст. . . . 400—450

Скорость теплоноснтеля в слое, м/сек 1,5——1,6

Удельная производительность по сухой соли, т/л^2 • ч 12——15Удельная производительность по сухой соли, т/л^2 • ч 12——15

Удельная производительность по сухой соли, т/л^2 • ч 12——15

Удельная производительность по сухой соли, т/л^2 • ч 12——15

Удельная металлоемкость аппарата, т/т 0,3

Удельный расход мазута, кг/т-5——6

Рудные концентраты. В 1963 г. ВНИИГом [25] проведены испытания опытно-промышленной установки кипящего слоя для сушки нефелинового концентрата на комбинате «Апатит» производительностью 15——16 т/ч. Площадь решетки 6 м2. Показатели работы установки следующие:

Температура, ℃ теплоносителя . . .， 850

слоя 95—100

Скорость газов в слое, м/сек 0,45—0,5

Влажность, % начальная 15—16

конечная 04—0,6

Производительность по концентрату, т]ч 15——16

Вынос из слоя, % 5—7

Результаты испытаний показали, что при правильном выборе аэродинамического режима процесса можно установить оптимальные условия, при которых достигается высокая удельная производительность (до 4 т/м2-ч) при выносе, значительно меньшем, чем в барабанных сушилках.

Сульфат аммония является сравнительно трудным материалом для высушивания в кипящем слое из-за склонности к образованию комков и недопустимости применения высоких температур. Поэтому исследованием процесса сушки этой соли занимается ряд научно- исследовательских лабораторий.

В промышленности уже имеются установки для сушки сульфата аммония в кипящем слое.

Например, на Ново-Лялинском целлюлозно-бумажном комбинате сульфат аммония высушивается в аппарате круглого сечения, слегка расширяющемся кверху [26]. Куски сульфата размером 10——15 мм с влажностью 12——30% питателем равномерно распределяются по поверхности слоя. Высушивание до влажности 0,5% производится отходящими газами с температурой 400——450° С при высоте слоя 300 мм с разгрузкой на уровне решетки.

Сушилка имеет следующие размеры: площадь решетки 1 м2 (живое сечение 9%), высота камеры (от решетки до свода) 3,5 м. Для улавливания пыли применен циклон-сепаратор ЦС-1-750. Установка автоматизирована.

Для сушки сульфата аммония Запорожский коксохимический завод использовал трехъярусную сушилку НИИХиммаша. Эта сушилка (рис. III-8) состоит из трех прямоугольных камер размером 1,0 X 1,0 X 1,0 м. При испытании обнаружилось, что через каждые 4—5 ч работы сульфат в верхнем слое комков алея и《кипение» прекращалось. Это происходило потому, что при малой производительности сушилки (1,2 m/ч) воздух уносил сухой сульфат с первого слоя

на второй, высота верхнего слоя уменьшалась и влажная соль попадала не в слой, а непосредственно на горячую решетку. После реконструкции аппарата (был выключен нижний слой, продукт отводился из второй камеры) производительность удалось повысить до 5 т'ч. В результате сушилка стала работать нормально: верх

няя камера являлась сушильной, средняя служила для охлаждения соли [27].

Донецким политехническим институтом (ДПИ) была разработана сушилка с направленным движением материала. Газораспределительная решетка была наклонена под углом 4—6° и вибрировала с частотой 50 2ц.

На коксохимических предприятиях Донбасса сооружено шесть таких установок.

Сушилка, работающая на Макеевском коксохимическом заводе, производительностью 3,5 小/% имеет длину решетки 2400 мм, ширину в начале 280 мм и в конце 220 мм. В качестве теплоносителя использовались продукты сгорания коксового газа, разбавленные воздухом. Для охлаждения сухой соли в концевую часть камеры подавался холодный воздух.

Опыт работы сушилки показал, что она надежно обеспечивает высушивание всего сульфата аммония, вырабатываемого сульфатным отделением завода (40—50 m в сутки), до любого конечного содержания

Рис. III-8. Сушилка конструкции НИИХиммаша:Рис. III-8. Сушилка конструкции НИИХиммаша:1,2 — питатели; з — камера； 4 — порог; 5 — канал для отходящего воздуха.1,2 — питатели; з — камера； 4 — порог; 5 — канал для отходящего воздуха.влаги. Работа этой установки характеризуется казателями [28]:

Рис. III-8. Сушилка конструкции НИИХиммаша:

Рис. III-8. Сушилка конструкции НИИХиммаша:

1,2 — питатели; з — камера； 4 — порог; 5 — канал для отходящего воздуха.

1,2 — питатели; з — камера； 4 — порог; 5 — канал для отходящего воздуха.

следующими по-следующими по-Производительность, т/ч 2,5—3,5

следующими по-

следующими по-

Влажность поступающей соли, % ....2,5—3

Конечная влажность соли, % 0,1—0,7

Расход,於3/4 коксового газа 30—32

теплоносителя 1800—2000

Температура, ℃二

теплоносителя под решеткой . . . .130——150

высушенной соли .... 50—60

Давление под решеткой, мм вод. ст,60—100

Разрежение над слоем, мм вод. ет. . . .0,5—1,5

Унос соли из аппарата в виде пыли, %до 1%

300-500y~^8100300-500y~^8100Удельный влагосъем (считая па поверхность решетки в зоне сушки), кеJм? • ч

300-500

y~^8

100

300-500

y~^8

100

Число псевдоожижения К =——....

"кр

Экономический эффект, тыс. руб； год

Результаты лабораторных исследований, проведенных в Институте неорганической химии (Чехословакия) [29], приведены в табл. III-6.

Из этих данных видно, что исследование велось при сравнительно небольших числах псевдоожижения (Kw ^3). При относительно высоких температурах поступающего сушильного агента (-^400° С) и небольших его температурах на выходе. Установка работала достаточно эффективно (удельный расход тепла 1200 ккал!кг влаги, газов 9,35 кг/кг влаги).

Из сказанного следует, что при сушке минеральных продуктов и топлив метод кипящего слоя в большинстве случаев обеспечивает простые, эффективные технологические и конструктивные решения, что и обусловило его широкое применение.

ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

И НЕКОТОРЫЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ ПРОДУКТЫ

Эти материалы в большинстве случаев являются полидисперсными и содержат частицы малых размеров. Их плотность сравнительно невелика (〜1000 кг/л3). Большей частью эти продукты отличаются низкой теплостойкостью, и в то же время именно к ним предъявляются повышенные требования в отношении равномерности сушки. При высушивании полимерных материалов в кипящем слое наблюдается слипание частиц, вызываемое, возможно, образованием электростатических зарядов.

В связи со специфическими свойствами этих материалов необходимо применять аппараты периодического и полунепрерывного действия (часто конической формы), в ряде случаев снабженные теплообменными элементами (рубашками, змеевиками). Введение последних объясняется тем, что с газом нельзя подвести достаточное количество тепла (из-за низкой допустимой температуры и небольшой скорости), вследствие чего производительность сушилок оказывается чрезвычайно низкой. Необходимость вводить добавочное количество тепла с помощью теплообменных поверхностей приводит к значитель-^ ному усложнению конструкции.

При организации непрерывного процесса сушки используют мно十 гокамерные аппараты с различными температурными зонами, снабженные рыхлителями (для разбивания комков и устранения канало^ образования).

Применение кипящего слоя для сушки этих материалов, по-види-| мому, далеко не всегда оправдано, и в ряде случаев лучшие резуль^ таты достигаются в аэрофонтанных сушилках [30]. j 160 I

BHHECIOJOS^K&e&lbffio^ra USIqsl 日宀。**

•XAncoou—bHaJe mqHqLTHHIA。*

161

今

37§

自謹ё

恋息

о

f b。7

777 1

^1

о

7二籥

5О I 1

^^7 О

z 605 co Illi O g q z

TT

CD CO

1薰

2禹

0 1*8 и 9 О

t00 г1Е9

藝

礬

关

O Z К CC

寸

9 00 COO О J ：O 9

о g m

04 S

S2

加寸

1 000

兴 co

1令1

7 О

О

1 s

1 00

О g

=и н g 目

飞！处

IP's

彥u в $ -в в 金 m g § g ^ ^

g

eg

次乐

2 篇

с к

只旨

：s c

11 Заказ 1560.

Предприятие (фирма), тип установки

Высушиваемый материал

Форма аппарата

Институт ICHECHIM (Румыния), несколько промышленных установок

Поливинилхлорид эмульсионный суспензионный

Цилиндро-коническая

Завод «Хемко» (Чехословакия), опытпо-промышлен- ная

Сополимер винилхлорви- нилацетата

Цилиндр

Институт ITS (Польша), опытно-промышленная **

Мочевинно-форма л ьдегид- ный пресс-порошок

Цилиндр

Фирма Samesreuther (ФРГ), серийнач промышленная

Различные кристаллические продукты

Конус усеченный

фирма Aeromatic AG (Швейцария) , серийная промышленная

* Впоследствии сообщалось ♦* Аппарат с мешалкой фир

Различные продукты

о температуре в слое 45—48° С. мы Keller.

Коническая и цилиндрическая

3* При температуре на входе 120° С время сушки 15 лшн. После сутки материал в т<

Улавливание вынесенного из сушилки прцдукта производится обычно в циклонах и рукавных фильтрах (в качестве фильтровальной ткани используется найлон).

Периодическая сушка полимерных материалов, например суспензионного и эмульсионного поливинилхлорида (ПВХ), в кипящем слое была впервые начата в Румынии [31 ] в 1956 г. на опытном заводе в г. Дудешти. Сушка ПВХ производится в цилиндро-коническом аппарате периодического действия (см. рис. 11-47) с водяной рубашкой. Пыль улавливается найлоновыми фильтрами. Производительность установок (диаметр 1 м, высота 4,5 л) составляет 240 т/год эмульсионного и 500—600 ml год суспензионного ПВХ (при температурах поступающего воздуха 100° С, уходящего 40° С).

Скорость воздуха в начале процесса 0,3 м/сек и в процессе сушки снижается до 0,15 м/сек.

В этом же аппарате успешно высушиваются полиэтилен, сульфотиазол, ацетали.

В сушилках кипящего слоя периодического действия высушивается мочевинно-формальдегидный пресс-порошок с целлюлозным наполнителем [32], имеющий влажность 40—46% и размер частиц в среднем 0,1——30 мм. При этом достигается конечная влажность 1,7— 2,5% при температуре поступающего воздуха 120—180° С. Загрузка 162

•i ок периодического действия

Влажность, %

Температура, ℃

В S ап В W

размеры аппарата

Производительность

н н

0 = ( м

Н = 4,5 м

220 кг за цикл

50—55

20—28

0,2

100

33—34*

150—180 70-90

1

31

一

200 кг!ч

10—15

<1,0

70

—

—

——

37

О = 1,5 ле н=з誕

V = 0,2 +

■4- 2,5 禺3

4—5 m 1 сутки (60—80 芹2 /цикл)

40—50

1,7—2,5

180

До 115—120 (в конце) 30—60

40—50

7 з*

30

32

34

38

чение 3—4 мин охлаждают воздухом до 40—50° С.

в аппарат —— 60—80 кг. К концу процесса сушки температура уходя- щего воздуха доходит до 115—120° С. При 120° С продолжительность процесса 15 лшн, при 180° С — 7 лшн. По окончании сушки отключается подача горячего воздуха и в течение 3—4 мин подается холодный. Материал выгружается из аппарата с температурой 40—— 50° С.

Частицы размером не более 10 мм сохнут равномерно, но большие частицы не успевают высохнуть и их приходится досушивать.

Производительность опытной сушилки периодического действия диаметром 1,5 м составляет 4—5 ш сухого продукта в сутки. Предварительные подсчеты показали, что эта сушилка является наиболее рентабельной по сравнению с применяемыми для сушки мочевины (вакуум-сушилками, барабанными, турбинными, ленточными). Осуществить сушку этого материала непрерывным способом (в сушилке с мешалкой типа Keller) с разгрузкой всего материала через циклон не удалось, так как вследствие его большой полидисперсности получался очень неравномерный по влажности продукт.

Исследование процесса сушки винифлекса было проведено Желонкиным [33] в аппарате периодического действия при скоростях воздуха 0,6—0,8 м/сек и температуре 100—140° С. Загружался в сушилку материал с влажностью 65—70 %, причем было установлено,

что винифлекс переходит в псевдоожиженное состояние при Ч максимальной влажности 54%. Критическое влагосодержание вини-' флекса 〜0,32 кг!кг. Продолжительность процесса сушки до влажности 0,1 кг/кг составляла 25—30 мин.

Исследование показало, что во втором периоде сушки скорость процесса определяется температурой и влагосодержанием высушиваемого материала. Время сушки винифлекса в кипящем слое (25— 30 мин) в десятки раз меньше времени сушки этого материала в камерных сушилках (18 и). Унос винифлекса из аппарата при скоростях воздуха до 0,8 м/сек практически отсутствует.

В табл. III-7 приведены данные, характеризующие работу сушилок периодического действия, применяемых для сушки полимерных материалов.

Основные выводы, которые можно сделать из этой таблицы, следующие:

наблюдается тенденция к применению конических и цилиндроконических аппаратов;

температура в слое 30—60° С.

Следует отметить, что применение конических аппаратов не случайно. При сушке склонных к комкованию полимерных материалов в аппаратах с вертикальными стенками наблюдаются значительное комкование, вызванное малыми скоростями газа у решетки, и большой пылеунос [32].

В конических аппаратах вследствие больших скоростей газа у решетки комкообразования почти не происходит.

Разрушению комков способствуют импульсная подача газа [34], применение мешалки [31, 32], а также использование тангенциального подвода воздуха. В Венгерской Народной Республике предложен сушильный аппарат со скошенными решетками, принцип действия которого сходен с тангенциальным подводом воздуха 135]. 、

Часть тепла к высушиваемому материалу может быть подведена с помощью греющих элементов (рубашек или змеевиков), что позволяет значительно повысить производительность аппарата [31, 36]. Таким образом, задача сушки полимерных материалов в сушилках пер иодического действия удов летв орите льно решена в промышленном масштабе.

Непрерывная сушка. В многотоннажных производ-# ствах более выгодным является непрерывный процесс, и не случайно усилия советских исследователей и проектировщиков направлены на отработку непрерывных процессов. ,

Для получения равномерного по влажности продукта при высу4 шивании полимерных материалов используются секционирований аппаратов и создание организованного движения материала в одном аппарате. *

Секционированные (многокамерные) аппараты для сушки поли4 мерных материалов в кипящем слое и в комбинированных установка^ в СССР разрабатывает НИИХиммаш. | 164 I

В 1958 г. ЛенН И И Химмашем разработана и внедрена в промышленность двухкамерная сушилка для полимеров [391 (см. рис. П-29).

При невысоком слое комки влажного материала попадали на решетку, что приводило к ее заплявлению. Для устранения этого был принят ряд мер [40]: увеличили высоту слоя, подачу влажного материала стали производить пневматическим питателем, разбивающим комки. Непосредственно над решеткой установили рыхлитель (решетка из стальных прутьев), способствующий продвижению материала в сушилке. Для увеличения скорости газа у решетки были

Рис. Ш-9. Схема сушильной установки для сушки органических продуктов в токе инертного газа:

2 ——сушилка; 2 — циклон; з ——теплообменник; (а — водяной, б ——рас- сольный); 4 — сепаратор; 5 — вентилятор; 6 ——подогреватель.

предложены конические насадки [41]. Эти меры значительно усложнили конструкцию сушилки, но все же позволили применить ее в промышленности для непрерывной сушки поливинилхлорида, поли- этилена, диацетатцеллюлозы и других продуктов.

Сушка производилась воздухом при 120—130° С. В первой камере полихлорвиниловая смола подсушивалась от 18——25 до 10——13% влажности в слое высотой 600——700 мм, пересыпалась через порог в нижнюю камеру где досушивалась до 0,3%. Высота слоя в нижней камере поддерживалась также с помощью порога определенной высоты. Все элементы сушилки, контактирующие с полихлорвини- •ювой смолой, были выполнены из стали 1Х18Н9Т, остальные — из обычной углеродистой стали. При высушивании диацетатцеллюлозы подачу ее в сушилку производили вибрационным питателем.

В 1960 г. НИИХиммашем были проведены исследования по сушке ацеталей [42] и разработана конструкция опытно-промышленной

Тип сушилки

Расположение камеры в аппарате

Назначение камер

Форма камер

Размеры аппарата, м

Промышленная сушилка

ЛенНИИХим-

маша

2

Верхнее

Нижнее

Сушка

Сушка

Прямоугольные, расширяющиеся кверху

5,67

1,79

4,39

П ромышл енная сушилка ЛенНИИХим- маша

2

Верхнее

Нижнее

Сушка

Сушка

П рямоугольные, расширяющиеся кверху

4,0

1,8

3,2；

Опытпо- промышл енная сушилка НИИХиммаша *

3

Верхнее

Сушка

Квадратные, постоянного по высоте сечения

1,0

1,0

4,0

Среднее Нижнее

Сушка Охлаждение

* Все данные по материалу приводятся на основании лабораторных исследований [42]. ।

Многокамерные сушилк

непрерывного действия

Продукт

Полихлорвиниловая смола

Диацетат- целлюлоза

Поливинил- бутираль, иоливинил- бутираль— фурфураль, винифлекс

w*aBSOO «Бё

♦ahHdllawoIrAHBdJ

0,25—0,351-21-3

% cqbooH

•JKEITHBBHtioxos

10

35

60

76

% -qsoH

—кйе.0 Наои

0,3

Температура,

3ИОХ0 вн ЙВ0Я

100—120

90

130

exA口mog о』 —0H2re§raK.X0

48

48

70

ww -ttoe-0 ojoh ，史 MntlOIIOH B-LOOIqa

200—230

Аьнкпоаи &ои^о он qsoH ■qlraxsrforamsodu

1040 ка/м

500 кг/ч

30 кг/л€2 ■ ч

20 кг/м2 . ч

50 К2/м2 . ч

ffisffi&^bwaobst.

40,42

42

42

трехъярусной сушилки (см. рис. III-8). Имеющиеся данные по сушилкам НИИХиммаша приведены в табл. Ш-8.

Для сушки полихлорвинила и полиолефинов в США применяется цилиндрическая сушилка системы Fluo-Solids. Воздух подогревается в калорифере, после циклона окончательная очистка воздуха производится в скруббере. Недосушенный мелкий продукт из циклона возвращается в сушилку.

Для высушивания в кипящем слое полистирола МСН и других чувствительных к нагреванию полимерных материалов, особенно тонкодисперсных, целесообразно частичный подвод тепла осуществлять непосредственно в слое [36]. Это позволяет в 2——3 раза повысить удельную производительность и снизить удельный расход тепла и газа по сравнению с обычными аппаратами кипящего слоя, сохраняя низкую температуру сушки.

Удельный влагосъем 105 кг с 1 м2 сушилки, удельный расход 166

тепла 3700 кд ж 1кг влаги (880 ккал/кг влаги), воздуха 13 кг/кг влаги, Аминоэнантовая кислота. Производство новых химических волокон типа энант, пел аргон и ряда других выдвинуло новые задачи по сушке материалов с низкой температурой вспышки во влажном состоянии, низким пределом взрываемости сухой пыли и легковоспламеняющимся растворителем.

НИИХиммашем создана опытно-промышленная установка непрерывного действия для сушки взрывоопасных материалов (амино- энантовой кислоты) с последующим улавливанием пыли и органического растворителя [43].

Установка (рис. III-9) состоит из сушилки кипящего слоя, мультициклона, двух кожухотрубных теплообменников для конденсации п охлаждения спирта, сепаратора для снижения уноса капель ■ слива спирта, калорифера и газодувки. Вся установка работает под защитой азота с содержанием в системе не более 10% (по объему) свободного кислорода.

Техническая характеристика установки:

Производительность по сухому продукту, кг/ч 180

Влажность материала, % начальная 16

конечная 0,5

Количество испаренного спирта,кгч33

Расход электроэнергии, квт-ч на циркуляцию азота 4,5

на вращение питателя ивыгружного шнека 1,6

Установка предназначена для Волгоградского нефтеперерабатывающего завода.

Рис. II1-1U. Сушилка для себациновой кислоты:

1 — камера; 2 — бункер; з — вибратор; 4 — трехвинтовой шнек; 5 — рыхлитель; 6 — кривошипно-шатунный механизм; 7 — запорная арматура； 8 — * порог.

Сушка себщиновой кислоты в кипящем слое осуществлена на Нижне-Тагильском заводе пластмасс. Установка спроектирована Гипроиластом по лабораторным данным, полученным Гельпериным, Подгаецкой и Дубининым [44].1

Сушилка прямоугольного сечения (рис. III-10) размером 0,6 X X 2,5 X 1,4 ле имеет рабочий объем 2,1 九з. Рабочий воздух подводится в камеру через четыре прямоугольных диффузора, берущих начало от общего воздуховода. Диффузоры снабжены запорной арматурой, позволяющей регулировать расход воздуха по длине камеры.*

Влажный материал подается трехвинтовым шнековым питателем (диаметр винтов 100 мм} по всей ширине камеры. Для предотвращен ния зависания влажного материала в бункере нижняя часть егц свободно подвешена на резиновых амортизаторах и снабжена вибра-т

тором. Сухой продукт выгружается через сливной порог, высота которого устанавливается в зависимости от требуемой высоты кипящего слоя.

Внутри сушильной камеры, на расстоянии 30—40 мм от плоскости воздухораспределительной решетки, установлен рыхлитель, представляющий собой прямоугольную раму с поперечными планками из полосовой стали, совершающую возвратно-поступательное движение вдоль решетки (~30 двойных ходов за 1 мин). Шаг поперечных планок 100 мм при величине хода рабочего органа 〜120 мм.

Рыхлитель предупреждает образование каналов в слое, что существенно уменьшает пылеунос.

Xарактеристика работы этой сушилки дана в табл. Ш-9. Там же приведены данные работы вакуум-гребковых сушилок, применяемых для сушки себациновой кислоты.

Таблица Ш~9 Данные работы сушилок для себациновой кислоты

X а рактеристика

Сушилка кипящего слоя непрерывного действия

Вакуум-греб- новая сушилка периодического действия

Производительность по сухому продукту, кг/ч Влажность материала, % *

400

90

начальная

12

20

конечная

ОД

1,0

Температура поступающего воздуха, ℃ ....

120

40

Расход воздуха, кг/ч

Скорость воздуха в свободпом сечении камеры,

2700

м сек

0,6

Расход тепла на 1 кг влаги, кдж (ккал) Напряжение по влаге кг^ • ч ......

5030 (12С0)

26

7

Средняе продолжительность сушки, ч

0,5

7

Сушка полимерных материалов перегретыми парами растворителя осуществляется в цилиндрическом аппарате системы Fluo-Solids [45].

Зтот метод экономичнее других способов сушки полимерных материалов. Высокая эффективность процесса по сравнению с сушкой воздухом или азотом объясняется, с одной стороны, тем, что уменьшается продолжительность сушки, поскольку отсутствует термине- ское сопротгтвление пленки газа; с другой стороны, растворители обладают большим объемным теплосодержанием и имеют большую плотность и меньшую вязкость, следовательно, увеличиваются коэффициенты тепло- и массоотдачи.

В лабораторных условиях было проведено [45] обстоятельное исследование по сушке органического полимера и двухосновной ор- ганической кислоты перегретыми парами органических растворителей

(во втором случае высококипящих). Результаты исследования следующие:

Органи- Органическая ческий двухосновная полимер кислота

Температура, ℃ газа на входе 155344

слоя 130200

Плотность слоя, кг/м^ ....239398

Содержание удаляемого растворителя в материале, %: во влажном 5225

в высушенном (из сушил

ки) 0,3Следы

в высушенном (из циклона)1,52,0

На этой же установке были высушены полипропилен, полиэтилен, поливиниловый спирт, полистирол, полиформальдегид, а также многочисленные другие органические соединения, причем качество высушенных продуктов лучше, чем при применении других способов сушки.

При получении полипропилена применение сушки перегретыми парами растворителя позволяет исключить из технологической схемы водную промывку и стадию фракционированной разгонки. Экономичность процесса значительно повышается, так как теплота испарения растворителя значительно ниже, чем воды.

На рис. III-11 приведена схема проектируемой промышленной установки на 22 700 m полипропилена в год.

Ниже приведены основные данные, использованные при проектировании:

Производительность по сухому продукту, т 120d22 700

Содержание влаги (растворителя), %

во влажном материале 40,0

в высушенном продукте 0,2

Состав растворителя, вес. % 80 гексана,

го спиртаго спирта20 изопропилово

го спирта

го спирта

Температура, ℃

поступающего влажного материала ....38

слоя 71

высушенного материала 71

перегретого пара растворителя 126,5

в конденсаторе 61,5

Температуры слоя и поступающих паров выбирались с таким расчетом, чтобы качество продукта не ухудшалось при сушке. Смесь из 80% гексана и 20% изопропанола является азеотропной с температурой кипения 61,5° С. Температура слоя в 71° С достаточна для того, чтобы обеспечить быстрое высушивание.

В качестве сушильного аппарата использован стандартный аппарат системы Fluo-Solids.

Сырой продукт шнековым питателем подается на слой высушенного полимера. Газы из сушилки проходят через циклон и поступают 170

，H *厶 Wо3S»S

mhEо

§ gsSO § gg g g g g g 2 g S

d 夂公公AОPj Л^л公 SSfOD

?税 目合•I

冃 公 公公公 二^ A A A3uи片

SIO SЯ

ЯE S Яs Я e » Я

1 иg ав： We 群：伞 §

m二＜耳二s XgSs^^sSo5

H g ф с ©к回 g н 慕 wQ н 一g

冃HUDiNUD冃 0 1CO

BbCBdBUIIe и

льоок^а^кку винзанзнв osasboou

CDMkBHdIIngdu HIEroMHBJdo

2K&0& gHHemolosHBH

nW 『~

Ko-3 OJ^mKUMH S»^S5& н Hodawmrou XIqHbslrEed BHIn^

Рис. 111-11. Схема установки для сушки полимерных материалов перегретышт парами растворителя:Рис. 111-11. Схема установки для сушки полимерных материалов перегретышт парами растворителя:Z — сушилка; 2 — циклон; з — скруберр; 4 — компрессор; 5——пароперегреватель; 6 ——насос;7 — холодильник.Z — сушилка; 2 — циклон; з — скруберр; 4 — компрессор; 5——пароперегреватель; 6 ——насос;7 — холодильник.

Рис. 111-11. Схема установки для сушки полимерных материалов перегретышт парами растворителя:

Рис. 111-11. Схема установки для сушки полимерных материалов перегретышт парами растворителя:

Z — сушилка; 2 — циклон; з — скруберр; 4 — компрессор; 5——пароперегреватель; 6 ——насос;

7 — холодильник.

Z — сушилка; 2 — циклон; з — скруберр; 4 — компрессор; 5——пароперегреватель; 6 ——насос;

7 — холодильник.

и m о ° S sК АМSсо со9c5co Vо爲 о吊 оg1о едо1о ооL^о sоg 爲к §йу3 соWgо s寻ОВ с акооMs1§§g00 〜g co氏3 Носо о1Л1ЛNоSйsОcoЕ農вq公IMS 寸о z8 6后9 co9 Е«s 言鏡 龚导。且M 3 я。 иЙО Ни.倉Vg,в В H в x H AUsСЧ卜/ нV LD Н В I о ВI Н Ни m о ° S sК АМSсо со9c5co Vо爲 о吊 оg1о едо1о ооL^о sоg 爲к §йу3 соWgо s寻ОВ с акооMs1§§g00 〜g co氏3 Носо о1Л1ЛNоSйsОcoЕ農вq公IMS 寸о z8 6后9 co9 Е«s 言鏡 龚导。且M 3 я。 иЙО Ни.倉Vg,в В H в x H AUsСЧ卜/ нV LD Н В I о ВI Н Нв конденсатор скрубберного типа для удаления унесенной из циклона пыли и частичной конденсации паров. Растворитель, введенный с высушиваемым материалом, выводится из скруббера.

и m о ° S s

К АМ

S

со со

9

c5

co V

о

爲 о

吊 о

g

1

о ед

о

1

о о

о

L^

о s

о

g 爲

к §

й

у

3 со

W

g

о s

寻

О

В с ак

о

о

M

s

1

§

§

g

00 〜

g co

氏

3 Н

о

со о

1Л

1Л

N

о

S

й

s

О

co

Е

農

в

q

公

IM

S 寸

о z

8 6

后

9 co

9 Е

«s 言鏡 龚导

。且

M 3 я。 и

Й

О Н

и.

倉

V

g,

в В H в x H A

U

s

СЧ

卜

/ н

V L

D Н В I о В

I Н Н

и m о ° S s

К АМ

S

со со

9

c5

co V

о

爲 о

吊 о

g

1

о ед

о

1

о о

о

L^

о s

о

g 爲

к §

й

у

3 со

W

g

о s

寻

О

В с ак

о

о

M

s

1

§

§

g

00 〜

g co

氏

3 Н

о

со о

1Л

1Л

N

о

S

й

s

О

co

Е

農

в

q

公

IM

S 寸

о z

8 6

后

9 co

9 Е

«s 言鏡 龚导

。且

M 3 я。 и

Й

О Н

и.

倉

V

g,

в В H в x H A

U

s

СЧ

卜

/ н

V L

D Н В I о В

I Н Н

Пары растворителя, выходящие из скруббера, на- греваются до 126,5° С и возвращаются в сушилку. Сухой продукт выводится

через азотный . очиститель, в котором остатки растворителя удаляются нагретым азотом.

Расход электроэнергии 35 кеш, пара 520 К2：ч. Установка занимает площадь 5 X Х6附.

В 1960 г. была пущена в эксплуатацию полностью автоматизированная сушильная установка.

В табл. III-10 приводятся некоторые данные по сушке полимерных материалов в сушилках кипящего слоя [46], а в табл. III-11 характеристика некоторых непрерывнодействующих сушилок для полимеров ЛенНИИХим- чаша.

Из данных табл. Ш-11

следует, что сушилки кон

струкции ЛенНИИХиммаша не всегда являются достаточно эффективными и, по-видимому, для сушки таких материалов как ударопрочные полистиролы надо применять более эффективные комбинированные сушилки.

ЛАБОРАТОРНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА

Сушка некоторых полимерных материалов в ЛТИ им. Ленсовета осуществлялась в аэрофонтанной сушилке в фонтанирующем слое и в комбинированной установке (см. рис. 11-40), состоящей из аэрофонтанной сушилки (I ступень) и из сушилки фонтанирующего слоя (И ступень).

Использовались две модели аэрофонтанных сушилок следующих размеров:

Цилиндр, ммКонус, мм

диаметр высота диаметр высота

30035043 п 76500 и 400

27030089600

Сушка некоторых

полимерпы^

материалов

^данные ЛТ1

DТаблица 111-12

Влатьность

МЯТРПИЯЛЯ- °，с

Аппарат

Теплоноситель (воздух)

Удельный расход

Съем влаги, т/ч

СЛОЙ

температура, С

скорость, м/сек

тепла

Тепловой к. п. д.»

воздуха, кг

Продукт

I

e 1战3

e 1紹

характеристика

1

в н

кг влаги

кдж

ккал

объема

сечения

§

岂暮 S 2 Ь ^

кг влаги

кг влаги

Сополимер стирола с а-метил стиролом (САМ)

32,2

36,7

0.2

0,98

Фонта гшрующп ii слон аэрофонтанпый режим

225

45 i

6

132

200

48

76

4,14

24,0

0,068

0,367

97,5

86,5

—

1315

1730

5.0

28,1

2,78

15,3

44

33,4

200

200

190

71

9U

98

0,09

0,326

0,334

—

—

ГТолпметпл метакрил ат (ПММА)

21

10.3

10,3

0,9

0,64

0,57

фонтаннруюпщ!! слой аэрофоитанный режим

895

210 1

55 1

25；

5,9

20,2

19,5

39,2

34

31,4

—

1150

1230

1370

15

59,7

65

82

32,5

35-4

5U

46,5

41,7

—

Поливпнплбути рал ь (ПВБ)

494

59,1

1,88

32,2

фонтанирующий слой аэрофонтаннып режпм

430

65 1

10 I

80

148

31

70

3,27

11,3

0,058

0,195

55

37,5

——

896

1470

8,05

34,4

4,4

18,75

65

39

174

64

12,8

0,217

39,2

1510

—

Полпвпнплформаль (ПВФ)

56,5

6,2

Фонтаннрующпи слой

350

35

19,1

38

212

225

68

75

39

25

Этплцеллюлоза

36

51

13

1,5

Аэрофонтаннып режпм

—

—

—

—

—

104

162

56

90

—

180

225

71

74

29,9

24,2

0,38

0,28

30,6

14,45

985

826

—

Сополимер СГ-1

38,5

38,5

—

фонтанирующий слой

—

135 1

135

—

72,3

112

41,5 «5

58

69

180

95

96

60

58

62

9,57

7,8

0,84 1,02

1,02

0,17 0.14 U,1 0,11 0,117

80.6

252

—

Полпхлорвпниловая смола рованная)

(хлорн-

81

70,5

72,5

9,3

26,6

24,5 8,0 0,467 0,99

0.91

Фонтан 1 фующпп слои Аэрофонтаь ныи режим

—

160

97

110

111

г:—

6 300

23 «00

9320

1600

2860

1500

5670

2220

25,2

10,8

一 1

13,8

5,9

3,54

1,33

3,47

36

20,2

38,4

10,3

27,3

Полистирол ^ударопрочный (ПС)

37,7

0,44

Фонтанирующий слой

410

125

1 13/

' Т

48

8,96

0,151

16,8

840

62

33,8

53

Полпстпрол ударопрочный

(СПП-К)

71,8

66,5

20,2

20,2

4,05

6,07

5,6

2.0 0,425

0,3

Аэрофонтаннып режпм (。=3"0 л.m) Фонтаннр^ютп ii слои (0 = 300 мм)

260

280

3/

40

9 2

67 1

68 j

152

140

152

150

108

75

66

100

70

67

8,39 8,23 8,39

3,8

3,38

0,337 0,33 0,337

0,152

0,135

32,3

44,1

34,2 1

—

695 1300 1700

2240

1060

103

68.4

42,1

19,4

2,65

66,5

44,2

27,4

12,5

1,72

78

41,5

25,8

19,6

4,15

Влажностьматериала,、

Аппарат

С.1ОЙ

ПродуктПродуктKSSK-яуйгKSSK-яуйгH&-0工H&-0工характеристикахарактеристикаww«boolqnww«boolqn£■・N wweItomk工S1I00 ээхоloh 三_«us-、sl"'£■・N wweItomk工S1I00 ээхоloh 三_«us-、sl"'Полистирол ударопрочны!! А П-ГКПолистирол ударопрочны!! А П-ГК65,426,575,265,426,575,256,42,862,3556,42,862,35Аэрофонтаниьг11—режим——D= 270 л-w,250фонтапир5тющппслойD:一300元♦丸一К омбпнироваинаясушилка0 = 270 .мае100Аэрофонтаниьг11—режим——D= 270 л-w,250фонтапир5тющппслойD:一300元♦丸一К омбпнироваинаясушилка0 = 270 .мае1002525105252510524246060

Продукт

Продукт

KSSK-яуйг

KSSK-яуйг

H&-0工

H&-0工

характеристика

характеристика

ww«boolqn

ww«boolqn

£■・N wweItomk工S1I00 ээхоloh 三_«us-、sl"'

£■・N wweItomk工S1I00 ээхоloh 三_«us-、sl"'

Полистирол ударопрочны!! А П-ГК

Полистирол ударопрочны!! А П-ГК

65,4

26,5

75,2

65,4

26,5

75,2

56,4

2,86

2,35

56,4

2,86

2,35

Аэрофонтаниьг11—

режим——

D= 270 л-w,250

фонтапир5тющппслой

D:一300元♦丸一

К омбпнироваинаясушилка

0 = 270 .мае100

Аэрофонтаниьг11—

режим——

D= 270 л-w,250

фонтапир5тющппслой

D:一300元♦丸一

К омбпнироваинаясушилка

0 = 270 .мае100

25

25

105

25

25

105

24

24

60

60

После установки сетки первая модель использовалась в качестве сушилки фонтанирующего слоя. Вторая модель использовалась в качестве первой ступени комбинированной сушилки.

На рис. III-12 приведены кривые сушки ряда материалов, полученные при периодическом процессе сушки в фонтанирующем слое

/OJnHDMdaQsONUg/OJnHDMdaQsONUgири температуре поступающего воздуха 100 С. Сушка САМ к

/OJnHDMdaQsONUg

/OJnHDMdaQsONUg

ПММА идет с различной интенсивностью: по-вндимому, вначале испаряется влага в объеме между частицами и после ее удаления идет процесс сушки в первом периоде. Обе эти продукта являются тонкодисперснымп и целесообразно вести их сушку аэрофонтанным способом.

Сушка ПВБ протекает в двух периодах и может быть осуще-

Рис. Ш-12. Зависимость влагосодержа- ния материала (% на абс. сухое вещество) от продолжительности процесса сушки (при температуре поступающего воздуха 166’ С):

1 — САМ; 2 — ПВФ j 3 — СГ-1 j 4 — nClJ 5 — ПВБ} 6 — ПММА.

Теплоноситель (воздух)

Удельный расход

Съем влаги, кз/ч

Тепловой к. п; д..

температура, ℃

скорость, м/сек

воздуха, кг

тепла

e 1說3 объема

с 1 № сечения

S

хЭж

кг влаги

кг влаги

кг влаги

180

70

11,0

0,92

30,5

4820

1150

212,2

127,5

49,8

180

127

9,47

0,825

54,6

8760

2097

79,4

47,5

27,8

154

87

8,39

0,337

41,7

81G0

1950

53,9

34,9

27,6

180

95

9,22

0,786

28,2

455n

1085

146

87,6

52,6

150

77

3,88

0,242

33

4260

1020

12,4

9.44

56

ствлена либо в фонтанирующем слое, либо комбинированным способом. Остальные полимеры (ПВФ, СГ-1 и ПС), сушка которых проте- кает в основном в периоде падающей скорости, следует высушивать в фонтанирующем слое.

Результаты некоторых опытов по сушке этих и других материалов, а также данные, полученные при сушке ударопрочных полистиролов в аэрофонтанных сушилках, в фонтанирующем слое и комбинированным способом, приведены в табл. III-12. При аэрофонтанном режиме процесса не удается досушить продукт до кондиционной влажности, а при сушке только в фонтанирующем слое приходится снижать температуру поступающего воздуха. Целесообразно высушивать этот материал комбинированным способом, снимая значительную часть поверхностной влаги в аэрофонтанной сушилке при температуре воздуха до 180° С, а досушку при более низких температурах проводить в фонтанирующем слое при достаточно большой высоте слоя и небольших расходах воздуха с целью увеличения времени пребывания материала в слое. Расход воздуха при использовании комбинированной схемы снижается приблизительно в 1,5 раза по сравнению с фонтанирующим слоем.

Полиэтилен сулъфохлорированный является довольно термочувствительным материалом, с температурой размягчения 〜70° С. Будучи влажным, он слеживается, образуя резпноподобную массу. В ЛТИ им. Ленсовета исследовали процесс непрерывной и периодической сушки его в фонтанирующем слое и в аэрофонтанной сушилке.

При сушке в аэрофонтанной сушилке подачу влажного материала, предварительно протертого через крупную терку (так как материал при хранении в мешке образовал монолитную массу), производили

17717712 Заказ 1560.

177

177

в нижнюю часть сушилки; обработанный в сушилке продукт отде-, лялся от воздуха в циклоне.

После четырехкратного пропускания материала через сушилку удалось снизить его влажность с 78 до 39% (за первый проход с 78 до 58%, за второй — с 58 до 50%, за третий — с 50 до 44% и за четвертый — с 44 до 39%). По заданию, высушенный полиэтилен должен содержать не более 0,5% влаги. Дальнейшее исследование было проведено в фонтанирующем слое, в цилиндро-конической сушилке, имеющей диаметр цилиндрической части 300 мм, диаметр

Рис. Ш-13. Зависимость влажности сульфохло- рированного полиэтилена (Z, 2, 5) и температуры уходящего из сушилки воздуха (4, 5, 6) от продолжительности сушки:

3 4 — 62е с； 2, 5 — 72° С； 3, 6 — 90° С.

меньшего сечения усеченного конуса 43 мм. Организовать непрерывный процесс не удалось, так как даже при небольших скоростях воздуха влажный материал выносился в циклон. При периодическом процессе материал из циклона непрерывно возвращался в сушилку для досушки. Результаты опытов приведены на рис. III-13, на котором дана зависимость влажности материала и температуры уходящего воздуха от времени сушки.

Из рисунка видно, что с увеличением температуры поступающего в сушилку воздуха сокращается продолжительность первого периода сушки, который оказывается достаточно большим. Ввиду того, что полиэтилен не выдерживает высокой температуры и имеет небольшую плотность, то в аэрофонтанную сушилку не удалось подвести с воздухом достаточного количества тепла и вследствие малого временя пребывания в сушилке влажность снизилась незначительно.

Полихлорвиниловая смола (хлорированная) является высоковлаж-; ным термочувствительным продуктом и должна быть почти полностый обезвожена в процессе сушки.

е® XILSW gHHOHeasAas》HdolI 而 d одви вн 000。кгаткимн н НО1ГВИ&|1Р£ XIqMdmm.n 2.ТТГ ;

弓三三三V9; sa&ss H3„£®SS4CB фиэ^ =я HO.uquoIq.lBJ.q3ad

X кяуит —AeOS OOHA

2 SS^^g g

3* J ”1Q^«K-« OU©ина更■BduEH

h、爱士 工 jsrnad

中 Z 9 Go g Z Й⑤續忘啞因S

WOMQWft ,ЙЙН„А

нйоист «Екд§э^о

че«к

ву口 31

#2s48 圏

虫 919M8Z 9

Й i2S2§S W

1翡N

sags

O g g о e 9 099970 W I、86 8 8

寸I—II 0hny9Dh

6 О бо О об 9 z 艺 o co、z

П26У8 ak 百津00

У Z 600

8 &3^$虐 й

ww-§чоО^С^ЁККстьоойи

оЮО LO1Л ©О

66 8G4O 8S

f F F иF

0。cud”Bd3n£z

ёои§ен

u sa^^gg s

ёокя BH

s eggs?? s

К0О/用-^«§иqboodoKg

不 22807 to

66g~m z о о о с5с5о о

^ -«§sa|оь§ дноонжвит

BBHh9H0«

ВЕН

•ЙК-ГС5И

全 9 co 6 Z

7恥 CO CJ О 9о

оооос5оГ

9r；o oo ooо

gо об co cS соо

F СОz

lure одльоодtqlfals 口♦OHmModu

у/受-&g&18IIBSASOH

W 聖践Z6g о 二 W轟内内一 》

*3

9gzz-1 寵w总能网

Г1

需乏霓變

P SSSSSS

s； 2дюкоддд1

8 ttioo шю tnюI

3 qjffjjfI

h

tOJ ■^ ^н ^н 1

薪

鶉露龍篦

賜

坦冗巨起

Ю Ю F F J F

У У9 9 9 9 j f m th —工

CO q 吟

M j 9 7 — об 6 M 6 6 8

bK&oftu

quedM-Ag•RSHSSSKRO&SSROfl□sHHHOSOqMNeBIOITOMHНваонипв9в。IsdJMdeBJHaurtbosswwrt«ows«sw<

紀 aj'w«ХА 口moQqsodoND

IKAnode

imdiiiHou •K&rtsROK ^.5 dawHuono。

Результаты опытов по сушке термочувствительных матер次

з(данные КиселькиЛ

Тип сушилки

Продукт

Производительность, кг/х

Влажность, %

Скорость' воздуха в сушилке кипящего' слоя,； м/сек ；

начальная

конечная

Циклон—аэрофонтан- ная——кипящий слой

Полиметилметакрилат

29,7

33

37,6

6,2

6.15

6,08

0,92

0,96

0,98

0,64 :

0,64

0,64 ；

Циклон—аэрофонтан- ная—кипящий слой

Смола АС

4,65 5,08

6,0

32

31

29,6

3.5

5,3 4,03

0,87

0,87 二

0,87

Циклон—циклонная сушилка ——кипящий слой

Смола БМК-5

0,3

0,4

76,5

77,6

1,89

2.6

1,51

1,51

Циклон—циклонная сушилка —кипящий слой

Гидрохинон

23,2

34,2

4,1

3,3

0,09

0,1

0,39

0,39

Исследование было начато снятием кинетической кривой в про-' цессе периодической сушки при фонтанирующем режиме, из которой отчетливо видно наличие двух периодов процесса, причем критическая влажность равна 〜22%. Поэтому дальнейшее исследование велось при аэрофонтанном режиме с целью удаления поверхностной влаги и в фонтанирующем слое, использованном как для досушки (в качестве второй ступени) материала после аэрофонтанной сушилки, так и в качестве одной ступени при высушивании от исходной и до заданной влажности. Из некоторых данных опытов, приведенных в табл. III-12, очевидно, что сушка в аэрофонтанной сушилке возможна (без образования комков) при температуре поступающего воздуха до 180° С (если скорость его в нижней части сушилки не менее 9,5 м/сек). Досушить материал до влажности ниже 8% не уда-' лось и из данных таблицы можно судить, насколько при дальнейшем* снижении конечной влажности увеличиваются расходные коэффициенты.

В табл. Ш-13 приводятся данные МИТХТа [47] по сушке неко-. торых полимерных материалов в кипящем слое в лабораторных； условиях.

Полиакрилонитрил и его сополимер СП-2 были высушены в кипя二 щем слое в аппарате с вращающейся газораспределительной решеткой

лов комбинированными методами на лабораторных установках ва с сотрудниками)"

Температура воздуха. ℃

Удельный расход

Влаго- съем на объем сушилки, кг/м9* ч

на входе в нипящий слой

перед вторым пневмопита- .телем

кипящего слоя

уходящего воздуха

воздуха, кг

тепла

кдж

ккал

кг влаги

кг влаги

кг влаги

130

160

72

48

37,0

3870

925

112

130

160

72

47

31,5

3320

790

131.9

130

160

70

46

30,0

3140

750

138.3

90

130

45

42,5

31

3060

732

130

90

130

56

38,5

32,2

3180

760

125

90

130

57

45

27,9

2740

655

145

115

158

56

52

45,25

3560

850

149

115

158

52

49

32,75

3680

880

119

100

130

69

37

53,1

4220

1009

73,8

100

130

53

37

45,5

3620

865

86,1

(см. рис. П-71). Технологические показатели сушки в аппарате диаметром 500 мм приведены в табл. III-14.

Полупромышленные испытания показали, что аппарат кипящего слоя с вращающейся решеткой соответствует технологическим и экономическим требованиям и может быть применен в промышленности.

При увеличении скорости вращения решетки с 50 до 100 об/мин гранулометрический состав продукта становится более равномерным, но увеличивающееся действие центробежной силы приводит к уплотнению слоя по периферии, нарушая однородность псевдоожижения. Поэтому следует неравномерно распределять отверстия от центра к периферии.

Сушка некоторых полимерных и других термочувствительных материалов проводилась в ИХТИ Кисельниковым с сотрудниками 149] (табл. Ш-15).

Как видно из таблицы, расходные коэффициенты невелики, производительность установок достаточно высока, сушильный агент выходит из установки с низкой температурой.

В дальнейшем приводится (см. табл. II1-20) сравнение работы сушилок различных типов для сушки полиметилакрилата.

Опыты ИХТИ показали, что в комбинированных сушилках можно высушивать и другие термочувствительные материалы, сушка

которых в однокамерных аппаратах кипящего и фонтанирующего слоя сопровождается каналообразованием, комкованием и значительным уносом.

Исследования ЛТИ им. Ленсовета показали также, что при комбинированном методе сушки термочувствительных материалов можно значительно повысить температуру поступающего в первую ступень теплоносителя.

Исследование процесса глубокой сушки увлажненных полимерных материалов и сырья древопластика [50] проведено в аппарате с конической нижней частью (D = 400 мм, 厶 = 200 九儿)，с газораспределительной решеткой (с живым сечением 〜90%) имеющей

Рис. Ш-14. Кривые сушки влажных опилок при различных начальных температурах теплоносителя:

2 — 40。С; 2 — 50° С; 3, 5 — 80° С; 4 — 102° С; 6 — 120° С.

высокочастотное пульсационное устройство. Высокочастотные пульсации (V = 0,5 ч- 1,5 2必 обеспечивали однородность пульсирующего псевдоожиженного слоя материала при отношении высоты слоя к диаметру камеры h : D w 1,5. Для обеспечения достаточно однородного переметивания слипающихся полидисперсных материалов частота пульсаций должна быть соизмерима со скоростью канало- образования в слое. Например, для древесных опилок (d = 1,38 мм} при средней скорости газа в камере 1,5——2,0 м/сек необходимое время открытия клапана 0,7 сек, а время закрытия его 0,3 сек, что соответствует схеме пульсации 2 : 1. В период закрытия клапана образовался однородный налипающий слой, а при внезапном вводе теплоносителя ——псевдоожиженный, без каналообразования.

Сушка высоковлажных опилок при изменении влажности от 65 до 5% происходит в периоде постоянной скорости при температуре мокрого термометра, приблизительно соответствующей параметрам газа на входе в аппарат (рис. III-14).

Сушка опилок, пропитанных бакелитовым лаком, от влажности 30 до 10%, протекает в первом периоде, а затем температура материала и отходящих газов повышается. Наблюдалась определенная зависимость между влажностью материала и температурой отходя-

щих газов, которая может быть использована для контроля процесса.

Для обеспечения безопасного удаления легковоспламеняющихся растворителей из пропитанных опилок используется воздух с температурой до 150° С. Продолжительность сушки высоковлажных опилок 20 лшн, а пропитанных бакелитовым лаком 7—10 мин.

При разработке рационального метода сушки крошкообразных полимерных материалов, используемых в дальнейшем для переработки в изделия, были предварительно построены изотермы сорбции, показавшие, что максимальная сорбционная влажность у капроновой крошки составляет 9%, для полиамидной смолы ~1,5% и полистироловой крошки 0,5%. При ср = 70% (обычной влажности складского помещения) сорбционные влажности соответственно 3,1; 1 и 0,2%. Поэтому до этих значений влажности следует высушивать перечисленные материалы. Температура поступающего в сушилку теплоносителя, равная 100° С, оказалась оптимальной. Полученные данные позволили выполнить проекты установок для Московского фанерно-деревообрабатывающего комбината и Минского завода «Радиодеталь».

Другие материалы. Сушка каучуков в фонтанирующем слое проводилась в лабораторных условиях в цилиндро-конической (£)цил = =250 мм, d()= 100 мм, а = 30°) и конической (а = 25°, % = =100 мм, Н = 500 мм) сушилках [51].

Сушке подвергалась полидисперсная масса каучука марок СКН-18, СКМС-30, АРКМ-15, СКМС-30, АРКМ-15 (лигнинонаполненные) со средним эквив а лентным диаметром 0,8 ч- 6 мм. Для устойчивого фонтанирования и предотвращения слипания каучуков марок С КН-18, СКМС-30, АРКМ-15 число псевдоожижения 〜3. Исследование показало, что при температуре поступающего воздуха до 120° С лигнинонаполненный каучук не оплавляется и не слипается. При изменении влагосодержания от 68 до 1% удельный расход воздуха составлял 84—100 кг/кг елаги, удельный расход тепла 6900— 9200 кдж/кг влаги. Напряжение аппарата по испаряемой влаге 69 кг влаги/м3-ч.

Физико-механические испытания показали, что свойства высушенных каучуков соответствуют ТУ. При повышении температуры поступающего воздуха необходимо, во избежание слипания, увеличить число псевдоожижения. Интенсивность сушки возрастает с увеличением содержания лигнина.

Сушка сульфохлорида и порофоров проводилась в ЛТИ им. Ленсовета в аэрофонтанной сушилке (DH = 300 九м),勾=150 мм, Лкон = =500 мм. Данные некоторых опытов приведены в табл. III-16.

При сушке сульфохлорида было обнаружено плавление материала в нижней части сушилки. Это явление было устранено при охлаждении горловины сушилки. Качество сульфохлорида, высушенного при температуре поступающего воздуха 120° С, не ухудшилось. Ни в одном из опытов не был получен продукт с влажностью 0,2%. Тем не менее полученные данные были положены в основу проекта сушилки производительностью 500 кг!ч (по сухому продукту).

.龍患

9gm О СО О I Ю о о

г*

Z 86

о о о о ОО о о О

9 Z у у

飢

*

。gg7

—99g

co

，5

> X h

4 A、

陸

О ООо

ООоо

7 g(МG

^ч

mAh

比。2 g о к

ю ооо

<М ШСМ9

1需D

1 8

О ооо

0 9Ю

^4 ^-4^^^Ч

5 в о Н

丫 9gю

1 IН、

ео

q g ifi g z Z см CM

..*尹

свиньOJOHbHIrmccd ^S&SH^ н BHsJq 冃 Ao вшпАз on BlqHHBH 814m.MHttBds

ZZ-W DMyguI

М

О О0 ООО о

Ю 6 8 9 9 7mzeо ——— e — — — j f ^4

2

М

O CM to СО in

см сч со со

9 9Gz 9 G 9 ^■ч

8、

О с

g

ejoq q q F q g irS 6 об — & 3 工 Z Z J — J I

英 凜

7*8 久 y/q оCD

f 9 8 co 9 G CO

a £d a I0

6 8 寸 9 8coz co 7 q q q q q

zoqeooo о 9 w9 9 9 9

О О Z go so z^geoFFZ •^4 ^^ ^м ^-ч ^ц ^4 ^H

о Н

8 gzs

U 股 Q OQ q * 9

F Ю co W 7 *^H ^h

7S q

电 P P Q、7、

。j у ^ч 6 6

CM Z CM Z *чН f *^M

ФН1ГНП1АОЭБоннеьно今odmcctt ваофоаоп н еннаоихофаз «Ka^w

9 二II-к

Напряжение сушилки по влаге принято 30 кг/м3-ч, температура воздуха на входе 120° С, на выходе 70° С. Диаметр нижней части сушилки 0,425 му диаметр верхней части сушилки 1,65 м, высота цилиндрической части 0,825 м, конической ——2,75 ле.

Сушилка была спроектирована и построена на одном из химических заводов. Испытания показали, что сушилка дает проектную производительность, продукт имеет меньшую влажность, чем в лабораторных условиях (по-видимому, из-за большего времени пребывания).

Сушка порофора ЧХЗ-5 в аэрофонтанной сушилке идет успешно. Недостатком является склонность сухого материала к «зависанию» в циклоне, поэтому следует установить вибраторы. Ввиду того, что сульфохлорид и порофоры могут давать с воздухом взрывчатую смесь, необходимо при проектировании предусмотреть соответствующие мероприятия по технике безопасности.

Сушку сульгина иа химико-фармацевтическом заводе им. Семашко [52] проводили в сушилках различных типов (табл. Ш-17).

Из таблицы следует, что более эффективно по сравнению с однокамерной сушилкой кипящего слоя работает комбинированная сушилка. Но если учесть большую сложность комбинированной сушилки (два аппарата, два нагревателя, высокооборотную мешалку), то, несмотря на меньший объем самих аппаратов, общая площадь, занимаемая комбинированной установкой, больше, ее обслуживание сложнее и здесь в данном случае предпочтение следует отдать сушилке кипящего слоя.

В табл. III-18 приведены некоторые данные по сушке других продуктов в комбинированной сушилке (кипящего слоя — циклонная) [52].

Таблица III-18

Показатели процесса сутки некоторых продуктов в комбинированной установке (кипящий слой — циклонная)

Продукт и завод

Температура воздуха, °C

Удельный расход

Влажность, %

支0

飢

袋

Хлорбензоил бензойная кислота (Кемеровский АКЗ)

170

160

38

1220

32

1』

209

100

Нигрозин спиртораство- римый (Пермский химзавод)

140

140

30

1000

40—50

5

80

30

Родамин Ж (Березниковский АКЗ) . •..

120

120

26

1200

30

2-3

208

1,0

На Пермском химзаводе установлено, что процесс сушки можно значительно интенсифицировать при увеличении количества подаваемого воздуха в циклонную камеру.

Крахмал успешно высушивается в сушилке многоступенчатой азровихревой ВАВАС (см. рис. П-41) [53]. Схема установки дана на рис. III-15. Она состоит из фильтра 1 для очистки воздуха, представляющего собой емкость, наполненную кольцами Рашига в масле; воздухоподогревателей 2 и 3; двух пластинчатых калориферов С-5 для внутренней и трех для наружной камер; сушилки 4 с бункером

Рис. Ш-15. Схема сушилки ВАВАС для сушки крахмала:

1 — фильтр; 2,3 — подогреватели; 4 ——сушилка; 5 ——бункер; 6 — циклон; 7 ——вентилятор; 8 — скруббер.

для выгрузки крупки. Корпус сварен из 2,5 мм листовой стали. Высота 8600 мм, диаметр канала смешения 280 мм, диаметр наружной камеры 1950 мм. Бункер влажного крахмала 5 представляет собой сварную емкость из 2-миллиметровой листовой стали. Внутри смонтирована лопастная мешалка и шнековый питатель. Приводной механизм одновременно обслуживает мешалку и питательный шнек. Разные диаметры шкивов дают возможность менять обороты питательного шнека, т. е. регулировать подачу влажного материала на сушку. Циклон 6 НИИОГаза (ЦН-15) снабжен бункером и шлюзовым затвором. Вентилятор 7 — ВВД-11 (1100 об!мин}. Более надежную работу обеспечивают два вентилятора ВВД-8: один для первоначального и второй для дополнительного потоков воздуха.

Сырой крахмал с влажностью 40% непрерывно подается в сушилку. Температура первоначального потока воздуха 95° С и скорость 20 м/сек. При выходе из внутренней камеры скорость 3 м/сек. Дополнительный поток воздуха подается с температурой 110° С, скорость — 10 м/сек. Температура выходящего из сушилки воздуха 40° С.

Производительность такой опытной сушилки, уставов ленной на Яунпагастском спирто-крахмальном комбинате, 12—15 т!сутки. Сушилка работала при пониженных температурах.

На основании опытных данных Центральным проектно-конструкторским бюро пищевой промышленности был разработан проект крахмалосушилки производительностью 500 кг/ч. В настоящее время такими сушилками оборудованы предприятия Латвийской ССР, а также некоторые заводы РСФСР и Украинской ССР [53].

Технико-экономические данные сушилки ВАВАС производительностью 500 кг!ч следующие:

Расход

Воздуха, кг

Тепла, ккал

Пара, кг

Условного топлива, кг

Электроэнергии, квт-ч

За 20 ч

•♦••・••6•・

..• 16 600

3 552 000

7320

916

446

За 1 м .

...8 300

177 600

366

2,22

0.73

На 1 кг

влаги

...46,6

1050

2,22

0,274

0,134

На 1 кг

крахмала ....

….16,6

355

0,73

0,0915

0,045

Из рассмотрения приведенных выше данных по сушке полимерных материалов и некоторых других органических продуктов следует, что аппаратурное оформление процесса значительно сложнее,

чем в случае сушки минеральных и топливных материалов. Поэтому в каждом отдельном случае при выборе метода сушки необходимо считаться с экономичностью процесса.

Дегидратация гипса впервые была осуществлена в щелевых аппаратах непрерывного действия расширяющегося по высоте сечения [54].

Предварительно Мите- вым [55], Рашковской и Романковым с сотрудниками было проведено исследование на пилотной

Рис. Ш-16. Схема пилотной установки для дегидратации гипса:

1 — аппарат; 2 — газопровод； з — питатель; 4 — бункер; 5 — редуктор; 6 — электродвигатель; 7 — циклон; 8 — вентилятор; 9 — диффузор; 10 — манометр; 厶一подача сырого гипса； Б — выгрузка готового продукта.

Сводка опытных да

№ опыта

Содержание гидратной влаги, %

Количество воды для нормальной густоты, %

Срони схватывания, мин

Предел прочности при ' сжатии, кгс/см2,

начало (по ГОСТу не менее 4 лшн)

конец (по

ГОСТу не менее 6 мин)

через 1,5 ч

высушенных до постоянного веса

5,75

55

5,25

9,45

58,4

149

5,3

55

4,45

8,36

149

5,18

60

4,20

9,05

140

5,1

60

410

8,10

146

4,76

57

4,20

7,25

133

5,0

58

4,10

7,25

142

5,45

57

4,40

7,35

66,8

157

6,2

60

3,00

5,20

137

9

6,4

60

4,15

7,55

63,5

147

10

6,5

60

4,30

8,20

153

11

5,7

57

4,40

9,10

70.3

144

12

5,83

60

4,05

8,20

59,6

124

13

5,9

63

3,10

6,10

56,6

116

伍

3,62

65

3,30

6,45

55,5

120

15

5,9

63

3,55

7.25

122

установке с описанным ранее аппаратом (см. рис. П-27 и рис. Ш-16).

Питание аппарата сырой гипсовой мукой производилось непрерывно из бункера при помощи шнекового питателя. Шнек приводился во вращение от электродвигателя через редуктор. Продукты горения, разбавленные воздухом до нужной температуры, просасывались вентилятором через слой гипса, обеспечивая его фонтанирование. Поступающий в первую камеру сырой гипс перетекал из камеры в камеру, подвергаясь действию сначала высокой температуры, затем более низкой, и из третьей камеры обожженный гипс непрерывно отводился в приемник. Отработанные топочные газы, пройдя циклон, выбрасывались вентилятором в атмосферу. Пыль, увлеченная потоком газа, отделялась в циклоне и возвращалась в аппарат для доработки. Отработанные газы из аппарата отводились из зоны первой камеры во избежание попадания мелких частиц необожженного гипса в последующие камеры.

Гидравлическое сопротивление аппарата замерялось U-образным манометром 20, а расход газов с помощью диффузора 9 с дифманометром, установленным на газоходе после циклона. Измерение температуры на входе в первую и вторую камеры производилось хромель-копелевыми термопарами, а температура слоя первой и третьей камеры ——ртутными термометрами.

Пробы для определения гидратной воды в процессе обжига отбирались из каждой камеры через патрубки, расположенные на высоте 100 мм от места ввода горячих газов.

пых по обжигу гипса

Таблица 111-19

к***

Температу рный режим, ℃

Среднее время пребыва* НИЯ гипса в слое, мин

Производитель* ность, кг/ч

камеры I на входе

камеры П на входе

СЛОЯ в

камере I

слоя в камере III

на выходе

790

380

140

140

115

8,0

790

385

140

139

120

6,8

790

390

141

140

120

8,9

790

380

140

140

120

7,7

790

780

144

150

122

15,6

793

780

138

149

117

12.8

795

780

139

149

117

46,5

11,8

700

700

132

139

НО

26,8

20,5

670

670

124

130

100

10,2

670

670

127

131

100

44,2

12,5

720

720

128

136

108

130

4,3

730

730

133

140

НО

46,3

11,6

590

590

127

135

112

13,0

800

800

145

147

136

21,0

800

800

135

143

125

11,5

31,2

Из данных опытов (табл. III-19) можно видеть, что при длительном среднем времени пребывания гипса в аппарате (до 130 лшн в опыте 11), несмотря на довольно низкую температуру материала в слое (128—136° С), гипс получается равномерно обожженный, стандартного качества. Нормальная густота гипсового теста 55— 57%. Сроки схватывания отвечают требованиям ГОСТа на строительный гипс.

С уменьшением среднего времени пребывания материала в аппарате до 11—27 лшн даже при увеличении температуры слоя материала до 143——147° С и увеличении температуры газа на входе до 800° С (опыты 14, 15) качество гипса по срокам схватывания оказалось нестандартным. Таким образом, среднее время пребывания гипса в аппарате является величиной, от которой главным образом зависит качество получаемого продукта.

Большое влияние на качество продукта оказывает также температура теплоносителя на входе в аппарат. При достаточном среднем времени пребывания гипса в аппарате (42 мин, опыт 13) и температуре газа на входе 590° С качество гипса по срокам схватываштя оказалось нестандартным. При повышении температуры газа на входе до 730° С (опыт 12) и до 780° С (опыты 6 и 7) гипс получился соответствующим стандарту.

Активность гипса во всех случаях оказалась хорошей: через 1,5 ч образцы из гипса достигали прочности на сжатие от 55 до 71 кгасм2 (по стандарту прочность должна быть не менее 45 кгс/см2 для первого сорта). Кубики, сделанные из полученного гипса, 189

0WOYHnjnnu0WOYHnjnnuРис. III-17. Схема опытно-промышленной уо тановки для дегидратации гипса:Рис. III-17. Схема опытно-промышленной уо тановки для дегидратации гипса:А — подача сьфого гипса; Б — выгрузка обработанного гипса; В — подача топлива.А — подача сьфого гипса; Б — выгрузка обработанного гипса; В — подача топлива.

0WOYHnjnnu

0WOYHnjnnu

Рис. III-17. Схема опытно-промышленной уо тановки для дегидратации гипса:

Рис. III-17. Схема опытно-промышленной уо тановки для дегидратации гипса:

А — подача сьфого гипса; Б — выгрузка обработанного гипса; В — подача топлива.

А — подача сьфого гипса; Б — выгрузка обработанного гипса; В — подача топлива.

высушенные до постоянного веса, имели прочность на сжатие от 116 до 157 кгс/см2 (по стандарту не ниже 100 кгс/см2 для первого сорта).

Ввиду того, чтобы опыты, проведенные на пилотной установке, дали положительные результаты, целесообразно было проверить tполученные данныена

—《7опытно-промышленнойус-

Jтановке.

На Ленинградском за-

воде гипсовых и мраморных изделий была спроектирована, изготовлена, смонтирована и пущена в опытно-промышленную эксплуатацию установка для непрерывной дегидратации гипса в аппарате переменного сечения, в котором процесс осуществляется в фонтанирующем слое (рис. III-17).

Сырая гипсовая мука, полученная в шахтных мельницах из батарейных циклонов, направляется в бункер, из которого шнеком-питателем, снабженным вариатором, подается в дегидратор. Готовый обожженный гипс выводится через порог в бункер готового продукта и из него поступает на склад.

Теплоносителем являются топочные газы, получающиеся при сгорании бытового газа в топочной

камере, находящейся под беспровальной решеткой, образованной путем соединения ряда аппаратов типа пилотного. Полученные продукты сгорания разбавляются до нужной температуры вторичным воздухом и поступают в слой, обеспечивая режим фонтанирования и одновременно дегидратируя гипс. Часть необходимого тепла подводится через наклонные стенки секций аппарата.

Отработанные газы отсасываются вентилятором и направляются на очистку в злектрофильтры. Предусмотрена в последующем установка батарейных циклонов непосредственно после дегидрататора.

Ввиду того, что дегидрататор находится под некоторым разрежением и поэтому отсутствует пыление, это привело к улучшению

санитарно-гигиенических условий труда. Подача сырой гипсовой муки автоматизирована: поддерживается постоянной температура в слое и при отклонениях от нормальной импульс передается вариатору питающего шнека. Температура и расход поступающих газов стабилизированы.

Ниже приводится техническая характеристика установки:

Размеры дегидрататора, м3,5X 3,0 X 2,0

Поверхность слоя, м2 3,0X 13 = 3,9

Производительность аппарата, m/u . .6,0

Съем продукта с 1 №, т ч 1»5

Расход теплоносителя, н%з ч2000

Температура, ℃ поступающих газов 650—950

слоя 155—160

выходящих газов 150

По данным заводских лабораторных исследований, строительный гипс, полученный за время испытания установки, полностью удовлетворяет требованиям ГОСТ 125-57 на гипс строительный I сорта. Предел прочности гипса с опытной установки через 1,5^48—55 mdc^fi (по ГОСТу — не ниже 45 кес/см，время начала схватывания 5— 8 лшн с момента затворения (по ГОСТу не ранее 4 *〃н); время конца схватываш1я от 8 до 18 мин (по ГОСТу не ранее 6 лшн и не позднее 30 лшн).

НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ экономики

Пока не имеется достаточного количества данных для суждения об экономичности того или иного типа сушилок. Часто низкая экономичность аппарата объясняется лишь неправильным его выбором для сушки данного материала. Так, например, сушилки кипящего и фонтанирующего слоя оказываются иногда малоэкономичными при сушке полимерных материалов, но при этом нет оснований считать эти сушилки неэкономичными при сушке других материалов. Наибольшее количество данных имеется по сравнению сушилок кипящего слоя как между собой, так и с барабанными и другими типами сушилок.

Сушилки кипящего слоя принадлежат к наименее металлоемким, наиболее простым, а следовательно, дешевым аппаратам и отличаются от остальных сушилок высокой эффективностью процесса. Несомненно, на рентабельности сушилок кипящего слоя сказывается значительная стоимость изготовления решетки, а также необходимость периодической ее' чистки. Поскольку расход тепла в газовых сушилках колеблется в небольших пределах и тем меньше, чем меньше удельный расход газов (так как црй этом уменьшаются потери тепла с отработанными газами), то в однокамерных сушилках кипящего слоя при удельном расходе сушильного агента 5— 20 кг/кг влаги расход тепла меньше, чем в барабанных сушилках. Только расход энергии на дутье иногда превышает эту же статью расхода в сушилках других типов.

Как уже было отмечено, экономичность сушилки тем выше, чем меньше удельный расход газов. Поэтому особенно выгодны однокамерные сушилки, и, по возможности, именно эти аппараты и следует применять. Более сложные и дорогие многокамерные аппараты возможно рекомендовать лишь в тех случаях, когда зто оправдано, т. е. при необходимости снижения температуры теплоносителя по зонам, для получения равномерно высушенного продукта и т. д.

Поскольку во всех газовых сушилках применяются более или менее однотипные пылеулавливающие аппараты и установки для получения теплоносителя, то увеличение расхода энергии в сушилках кипящего слоя происходит только из-за гидравлического сопротивления слоя.

В громадном большинстве случаев гидравлическое сопротивление сушилки не превышает 300—400 мм вод. ст. (при высоте слоя до 400——500 мм). Иногда приходится прибегать к более высоким слоям, например в некоторых случаях при сушке пастообразных материалов и растворов, при сушке сыпучих материалов с большим сопротивлением внутренней диффузии влаги. И. М. Федоров показал, что в этом случае более высокие слои выгоднее, так как уменьшается расход газов на 1 кг материала, а следовательно, и потеря тепла с отходящими газами; расход энергии будет увеличиваться из-за повышения гидравлического сопротивления слоя и умень- шаться из-за понижения удельного расхода газов. Однако в конечном счете с увеличением высоты слоя расход энергии будет умень- шаться.

Если полное сопротивление системы выражается суммой

△р + к&л

[где Ар — сопротивление, не зависящее от высоты слоя (сопротивление воздуховодов, нагревателя, сепарационных устройств и т. д.); КН ©к — сопротивление слоя, пропорциональное его высоте], то удельный расход энергии будет пропорционален произведению полного сопротивления системы на удельный расход газов. Но удельный расход газов обратно пропорционален высоте слоя, следовательно, удельный расход энергии будет уменьшаться с увеличением высоты слоя

^p + кнcs — △「

〃СА 〃СЛ

Кроме того, при увеличении высоты слоя (при данной продолжительности сушки) будет увеличиваться производительность на единицу сечения аппарата. Следует иметь в виду, что при большой высоте слоя наступает поршневой режим «кипения», поэтому оптимальная высота находится, по-видимому, в пределах соответствующих нагрузок слоя 250—400 ^。/也纟.В аппаратах с распшряющимся сечением эта высота может быть увеличена.

К аналогичным выводам пришли Ванечек с сотрудниками [57], которые собрали данные для 12 сушильных установок (лабораторных 192

и пилотных) кипящего слоя различных конструкций и размеров. Они установили, что при переходе от стоимости пилотной установки к промышленной следует р у ков одствов аться соотношением:

°пнл ( Рцнл )пGrp\ Рггр /

где Слнл и Спр ——стоимость пилотного и промышленного оборудовав ния; Рпил и Ар — величины характерного параметра соответственно для пилотного и промышленного оборудования.

Для химического оборудования величина показателя и обычно 0,6.

Для сушилок кипящего слоя она оказалась 0,59.

Ниже приведены некоторые данные, характеризующие экономичность сушилок кипящего слоя по сравнению с другими типами сушилок (табл. Ш-20):

Габлица 1П-20

Сравнительная характеристика сушилок некоторых типов для сушкиполимерных материалов [56]

Тип сушилки

Начальная влажность продук- та, %

Температура сушильного агента, ℃

Продолжительность нахождения материала в зоне сушки

Напряжение сушилки по испаренной влаге* к?

Удельный расход

воздуха на 1 кг

испаренной вла

ги, кг

тепла на 1 кг испаренной влаги, ккал

《Венулет»

25—35

Контактная сушка

Часы, десятки часов

2,2

—

4300—

5900

«Гордон»'

15—70

80—110

От нескольких часов до нескольких суток

0,1—0,5

30)—320

7000—

10 000

Двухступенчатая труба-

18—23

140—150

Несколько секунд

30-70

100—170

900-

2000

сушилка

Двухкамерная сушилка с

18—20

100—120

До одного часа

20—30

35—50

юоэ—

1200

кипящим слоем

Комбинированная двухступенчатая аэрофонтанная

До 55

90—135

(1 канал) 220—240 (2 канал)

Десятки секунд

70—120

30-50

1206—

1300

сушилка

Комбинированная двухступенчатая циклонная

До 70

100—120 (1 канал) 120—140 (2 канал)

Десятки секунд

200—250

30-35

1000-

1200

сушилка

В настоящее время при производстве сульфата натрия из мирабилита обезвоживание осуществляется чаще всего выпариванием, главным образом в выпарных аппаратах или во вращающихся печах.

13 Заказ 1560.

Сравнение основных технико-экономических показателей метода обезвоживания в кипящем слое было произведено Каганович [58].

Наиболее показательными для сравнения различных методов обезвоживания являются энергозатраты, удельные к апиталов ложе- ния и затраты рабочей силы. Для сравнительных расчетов условно было принято следующее: стоимость пара 3,5 руб/т, электроэнергии 1,5 котквт-ч^ жидкого топлива 25 руб/т *. В табл. III-21 приведены расходные коэффициенты по пару, электроэнергии и топливу, а также стоимость энергозатрат в расчете на 1 ?п сульфата. Преимуществ о обезвоживаш1я в кипящем слое по стоимости энергозатрат оче-

видно.

Стоимость энергозатрат при обезвоживании

Таблица /〃-27

кристаллогидрата мирабилита [59]

Метод обезвоживания

Пар

Электроэнергия

Мазут

CIO 只А 0a

m/m

о ею 還

квти-ч/тп

т/т

£ ею 遊

Выпарка с трехкратным использованием тепла •...

0,96

336

32

0,48

0,012

0,30

4,14

Выпарка с двукратным использованием тепла (Lurgi)

1,25

4,38

55

0,82

0,012

0,30

5,5

Вращающиеся печи безретурной кальцинации с внешним обогревом

100

1,5

0,175

4,37

5,87

Кипящий слой

—

—

35

0,53

0,135

3,38

3,91

Аналогичная картина получается при сравнении удельных капиталовложений. Удельные капиталовложения для крупного цеха выпарки, регенерационных установок системы Lurgi, содовых печей безретурной кальцинации и аппаратов кипящего слоя относятся как 2,2 : 4,7 : 14 : 1.

Так как при обезвоживании в кипящем слое обеспечивается самая высокая степень механизации и автоматизации производства, очевидно, что и затраты рабочей силы в этом случае минимальные.

Сравнительные данные по обезвоживанию песка в установках различных типов производительностью до 7 т!ч приведены в табл. III-22 [60].

Из таблицы очевидно, что наименьшие затраты имеют место при использовании сушилок кипящего слоя.

При сушке хлористого калия в сушилке кипящего слоя, установленной вместо барабанной, были выявлены следующие ее преимущества: расход топлива снизился на 40—50%, уменьшился удельный расход электроэнергии, пылеунос сократился в 3——4 раза, улучшились товарные качества продукта (вследствие глубокой сушки

* Цены даны по состояншо на 1959 г.

Таблица UI-22

Сравнительные данные по обезвоживанию песка

Затраты

Установки

барабанная

пневматиче- с кая

кипящего слоя

Стоимость изготовления, тыс. руб...

18,0

6,0

1,5

Производственная площадь, м^ ....

250

100

15

Вес установки, т .

48

10

7

Расход электроэнергии, квт-ч

15

10

3—5

Удельный расход топлива, кг;кг влаги

0,006

0,007

0,0036

и укрупнения материала), потери хлористого калия сократились до 0,15——0,2% по сравнению с 0,6——0,8% для барабанной сушилки (из-за сокращения уноса в оросительную башню). Весьма существенно также то, что удалось полностью механизировать и автоматизировать процесс 123].

Для сушки кварцевых песков в чугунолитейном цехе завода им. К. Маркса была установлена вначале одноходовая барабанная сушилка производительностью 5—6 т[ч песка с влажностью 5—7%. При трехсменной работе на сушке и транспортировке песка было занято 10 чел. Песок в печь загружался вручную. После установки сушилки кипящего слоя значительно улучшились условия труда и сократилось количество занятых на сушке рабочих [60].

При сушке сульфата аммония [26] затраты электроэнергии на 1 ?п сульфата составляют 31 квт-ч, тогда как для барабанных сушилок — 100 的机-％ При замене барабанных сушилок сушилками кипящего слоя (конструкции ДПИ) повысилась сортность сульфата [28].

В табл. III-23 приведены сравнительные технико-экономические показатели существующих сушилок, применяемых для сушки семян. Преимущества сушилки кипящего слоя несомненны.

Из зарубежной литературы можно видеть, что сушилки кипящего слоя вытесняют барабанные сушилки. Так, например, установка для сушки цементного мергеля производительностью 60 т/ч заменила две барабанные сушилки. Эта установка занимает 1/8 площади, занятой ранее барабанными сушилками, и расходует вдвое меньше топлива.

На основании исследований работы опытно-промышленных установок сушки углей в кипящем слое на Днепродзержинском и Макеевском КХЗ Укрэнергочерметом проведены сравнительные техникоэкономические расчеты стоимости строительства и расходов по эксплуатации сушильных установок с кипящим слоем. Для сравнения были приняты два варианта установок производительностью 100 и 200 т/ч. Результаты сравнений приведены в табл. II1-24, в которой за 100% приняты расходы по барабанным сушилкам 115].

Таблица I 11-23

С pa внительп ые техник© -экономические показатели сушилок для семян

Тип сушилки

Показатели

шахтная

пневматическая

барабанная

с кипящим слоем

Производительность, т/сутки

Снижение влажности, %

Температура газов, ℃ на входе на выходе

Расход условного топлива, кг/кг влаги

Расходэлектроэнергии,

квт-ч/кг влаги

Масса сушилки на £ m производительности,т

150

5—6

160—180 40-60

0,3

0,104

150

3-5

600—900

150—200

0,6

0,15

150 5-6

250—350 50—80

0,25

0,08

1,41

2401

11-12 1

160—180 ]

0,16

0,062；

1,0

Таблица 111-24

Технико-экономические показатели установок для сушки угля [15]

Статьи расхода

Произ водительность сушилок

200 т/ч

100 т/ч

барабанная

кипящего слоя

барабанная

кипящего

слоя

Капитальные затраты, %

Эксплуатационные расхо-

66,0

57,5

72,5

64,5*

Ды, %

34,0

34,0

27,5

26,8：

И того

100,0

91,5

100,0

91,3

Из таблицы видно, что стоимость установок с кипящим слоем почти на 9% ниже барабанных.;

В табл. IV-25 приведены показатели расходов по элементам затрат.

Эксплуатационные расходы при сушке в кипящем слое могут быть снижены при интенсификации процесса, что, как показали исследования на Донецком КХЗ, вполне осуществимо.,

Сушка углей перед их коксованием вызывает изменение в технот логии коксования и в качестве получаемых кокса и химических продуктов.i

Эти изменешш в основном положительно сказываются на экономике процесса коксования.

Применение сушки рудных концентратов обеспечивает по сравни нию с барабанными сушилками снижение расхода мазута на 2： и электроэнергии на 10—15%; значительное сокращение затрат н; оборудование, ремонтные работы и эксплуатацию, снижение ныл。

выноса (на 30—40%), полную механизацию и автоматизацию процесса с регулированием степени сушки в пределах ±0,3—0,5% по конечной влажности [62].

Использование аэровихревой сушилки В ABAC на Яунпагастском спирто-крахмальном комбинате, где она заменила ленточную сушилку, дает заводу экономию в размере 6,5 руб. на тонну продукта. Эта экономия обусловливается главным образом устранением обра- зования «крупки», уменьшением потерь и механизацией всех основных операций. За первый год работы сушилки В ABAC завод сэкономил свыше 10 000 руб. [53].

Таблица Ш-25 Расходы по элементам затрат [15]

Элементы затрат

Производительность сушилок

200 тп/ч

100 тп/ч

барабанная, %

кипящего слоя, %

барабанная.

кипящего слоя, %

Топливо

22,19

21,02

14,85

14,0

Сжатый воздух

0,13

—

0,12

Техническая вода

—

0,41

0,37

Электроэнергия

2,41

4,0

2,32

3,23

Основная зарплата ....

1,62

1,38

2,08

1,56

Дополнительная зарплата

0,19

0,15

0,24

0,20

Амортизационные отчисле-

ния ....：

3,66

3,28

4,06

3,63

Текущий ремонт

1,95

1,73

2,14

1,37

Охрана труда

0,11

0,06

0,15

0,13

Прочие расходы

1,87

1,84

1,66

1,59

Итого

34,0

34.0

27,5

26,8

ЛИТЕРАТУРА

Wall С. J., Ash W. J., Ind. Eng. Chem., 41, № 6, 1247 (1949).

В ee k e n D.W.,Ind. Chemist, 34,№400,329(1958).

T hу e г E. G. S.,Mine a. Quarry Eng.,27,№ 2, 64 (1961).

В ee k e n D.W.,Brit. chem. Eng.,5, № 7,484(I960).

Pita. Quarry,48,№ 6, 102 (1955).

Каганович IO- Я., P о г а л и н А. О., Литейное производство, №3(1960).

Вейнберг К. Д. и др., Оборудование стекольных заводов, Госстрой- издат, 1961.

Будников П. П.» Полинковская А. И. и пр., Строит, мат., 7, № 11, 15 (1961).

Крупин А. Я., Анохин И. Ф., Пром.-экон. бюлл. Владимирского СНХ. ЦБТИ, № 1, 25 (1961).

W. Применение в СССР процессов обжига в кипящем слое, ЦИИНЦМ, I960.

Забережный И. И., Орионов А. А., Пыжов В. С., Сборник трудов Гинцветмета, вып. 19, 1962, Металлургиздат, стр. 475.

Mining J., 257, № 6575, 191 (1961).

Mechanisation, 20, № 7, 89 (1956).

Филиппов В. А., Сушильные установки на зарубежных углеобогати- тельных и брикетных фабриках. Изд. «Недра», 1966.

Зашквере В. Г., В озный Г.①.，Тютюнников 10. Б., О л ь ф е р т А. И., Применение процессов сушки углей в кипящем слое в коксохимической промышленности, Изд. «Недра», 1967.

J о n е s с u М., A n g h е 1 V., Rev. minelor., 8, № 12, 575 (1957).

Янтовский И. А.» Сушка продуктов обогащения угля в зарубежной

18.

19.

практике, Углетехиздат, 1956.

Бейлин M. И., Сушка угля в

20.

21.

Забродский С. С., Соломонов Д. Й., -f (i960).

3, № 10, 19 Матвеев

кипящем слое. Изд.《Недра», 1965.

Бегун В. П., ИФЖ,

Л а б у т и н

Л. М. иГ. В.,

др.. Торф, пром., № 2, 17 Меламед Р. И., Труды

22.

23.

стр. 72.

Каганович Ю. Я., Хим. наука и пром., 2,

(1961).

ВАМИ, вып. 46, 1960,

№ 6, 764 (1957).

24.

25.

Шипов В. E.. Сушка солей в аппаратах кипящего слоя. Информ, листок Станиславского СНХ, № 41 (1961).

Каганович Ю- Н., Злобинский А. Г., сб. «Применение кипя-i щего слоя в народном хозяйстве СССР», ЦИИНЦМ, 1965.

Налимов С. П., С е б а л л о В. А., Черкез Г. С., Сопоставитель-| ный обзор по сушке в кипящем слое в СССР и за рубежом, вып. 1,1

26.

27.

28.

НИИТЭХИМ, 1967.

М и х а йд и Л. Л., Горячева И. М., Бум пром., 36, № 11, 17 (1961).

Попов К. П., Соколов В. Ф., Кокс и химия, № 8, 35 (1961). м. д., -~

Кузнецов

Сушильные установки для сушки сульфата аммония.

Аннотации научно-исследовательских работ, Серия

29.

Киев, 1962,

V а п е с е к

стр. 77.

V., Drbohlav R., Markvart

хим.

пром., вып. 1,

30.

Drying, L. Hill, London, 1965.

Романков ГТ. Г., Рашковская Н.

М・,

Б.,

Fluidized Bei

31.

32.

Синельни-

нова Л. Л., Хим. пром., № 11 (1963).

Е s а у а п L., Е s а у а п М., Fluidizarea, Bucuresti, 1959. W i г р s z a Z., Tworzywa guma lakiery, 5, № 10, 303 (I960). …e МИХМ, вып. XX, 1960, стр. 77.

33. Ж е

34.

35.

л о н к и н

В. Г.,

4, 253 (I960).

Belik L., Chem.-Ing.

Blickle Т., de J о n g e J-, Nemeth J., Chem. Techn., 14, № 2,

87 (1962).•

Рычков А. И., Шахова Н. А., Дмитриенко Е. В., Тезпсы докладов ХХП научно-технической конференции МП ХМ, 1961.

Папп, Доклад на конференции по псевдоожижению, Прага, 1961.

Информационный бюллетень о зарубежно近 химической промышленности Госкомитет СМ СССР по химии, № 24/79/52-53, 1960.

М е р л и с М. 3., «За технический прогресс», № 6, Горький, i960.

Данилевич М. В., Хрулев В. М., Балле Н. Б., Лебе дев Н. К., Авт. свид. СССР 136245, Бюлл. изобрет., № 4 (1961).

Данилевич И. В., Славянов Ю. Н., Авт. свид. СССР 134698 Бюлл. изобрет., № 1 (1961).

Аннотации научно-исследовательских и конструкторских работ НИИХнм маш за 1960—1961 гг.

Хим. маш. № 3, 44 (1962).

Гельперин Н. И., Подгаецкая О. И., Дубинин М. К. Хим. пром., № 9 689 (1962).

Basel L., Gray Е., Chem. Eng. Progr., 58, № 6, 5 7 (1962).

С у щ e н к о А. С., сб. «Применение кипящего слоя в химической npQ мышленности», ч. I. ЛДНТП, 1965, стр. 114-

Гельперин Н. И., Подгаецкая О. И., Дубинин М. К сб. «Применение кипящего слоя в народном хозяйстве СССР», ЦНИНЦ№ 1965.

48. Гельперин Н. И. и др., сб. «Техника сушки во взвешенном саМ вып. 2, ЦИНТИХимнефтемаш, 1966, стр. 77.

49.5(J.51-32.53.34.55.36.57.58.59.60.61.62.63.49.5(J.51-32.53.34.55.36.57.58.59.60.61.62.63.

49.

5(J.

51-

32.

53.

34.

55.

36.

57.

58.

59.

60.

61.

62.

63.

49.

5(J.

51-

32.

53.

34.

55.

36.

57.

58.

59.

60.

61.

62.

63.

Кисельников В. Н. и др., сб. «Техника сушки во взвешенном слое», вып. 2. ЦИНТИХимнефтемаш, 1966, стр. 80.

Л ю б о ш и ц И. А., сб. «Тепло- имассообмен в сушильных и термических процессах», Изд. «Наука и техника», 1966, стр. 107.

Левин Д. М., Борде И. И., Труды Сибирск. технологии, ин-та, Красноярск, 1966.

Кузнецов Р. М., Скурский А. В., Сажин Е. С., сб. «Техника сушки во взвешенном слое», вып. 2, ЦИНТИXимнефтемаш, 1966, стр. 94. Бекер М. Е., Сушка термочуветвительных материалов во взвешенном состоянии. Изд. «Змнатне», Рига, 1965.

М и т е в Д. Т., Автореф. канд. дисс., ЛТИ им. Ленсовета, 1967.

М и т е в Д. Т., Тезисы научно-технической конференции ЛТИ им. Ленсовета, 1967.

Сажин Б. С., Яцунова В. А., сб. «Техника сушки во взвешенном слое», вып. 1, ЦИНТИХимнефтемаш, 1966, стр. 63.

V апе с е k V., Markwart М., Drbohlav R., Brit. Chem. Eng., 7, № 6 (1962).

Каганович Ю. Я., Хим. наука и пром., 2, № 6, 764 (1957).

Каганович Ю. Я., Злобинский А. Г., Хим. пром., № 5, 389 (I960).

Вахрамеев Н. А., Кадников В. Г.» Опыт механизации чугунолитейного цеха завода им. Карла Маркса, Л. О. об-ва «Знание», 1964. Гинзбург А. С., Резчиков А. С., Сушка пищевых продуктов в кипящем слое, Изд. «Пищевая пром.», 1966.

Установка для сушки свинцовой пульпы в кипящем слое. Чимкентский свинцовый завод Казахстанского СНХ, ВДНХ, 1963.

Эксплуатация и устройство печей кипящего слоя для выпаривания растворов, прокалки и сушки материалов, ЦИИНЦМ, 1965, стр. 43.

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ

ПАСТООБРАЗНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, РАСТВОРЫИ СУСПЕНЗИИ

Сушка пастообразных материалов, получаемых при производстве многих химических продуктов: пигментов, промежуточных про- дуктов и красителей, химико-фармацевтических препаратов, ядохимикатов, минеральных удобрений, глинистых материалов ——задача особенно сложная.

Современные масштабы химических производств требуют создания высокоинтенсивных сушильных установок непрерывиого действия большой производительности с автоматическим управлением.

Еще на многих химических заводах, особенно с большим ассортиментом продукции, можно встретить периодически действующие вакуум-шкафы и камерные сушилки.

За последние тридцать лет сушильная техника обогатилась су- ши л ками непрерывного действия для пастообразных материалов —-j петлевой, вальцеленточной, но это —— громоздкие, металлоемкие и сложные конструкции, которые могут быть выполнены только специальными заводами химического машиностроения [1].

Выпаривание концентрированных растворов в выпарных установках часто также вызывает затруднения вследствие отложения солей на греющих поверхностях и пенообразования. Попытки избежать， этих явлений приводят к усложнению и удорожанию установок.

В кипящем и фонтанирующем слое, вследствие почти полного1 перемешивания, выгружаемый из аппарата продукт имеет тот же состав и ту же температуру, что и слой. Поскольку при сушке паст, выпаривании растворов и обезвоживании расплавов конечный продукт является твердой фазой, то эти материалы могут обрабатываться в кипящем и фонтанирующем слое.

Нет принципиальной разницы между высушиванием во взвешенном состоянии пастообразных материалов, растворов, расплавов и суспензий, но при разработке технологических схем обезвоживания и конструкции сушильных аппаратов необходимо учитывать некоторые особенности процесса и физико-химические свойства продукта.

Растворы, суспензии и пасты, которые могут обезвоживаться в аппаратах со взвешенным слоем (кипящим и фонтанирующим} можно разделить на четыре группы:

Растворы и пасты термически устойчивых и тугоплавких соеди нений (NaCl, КС1, марганцевые и железорудные флотоконцентраты бариевые ферриты и др.).

Растворы и пасты термически неустойчивых и легкоплавких соединений (сернокислый аммоний, три хлор ацетат натрия, органические красители, пигменты).

Растворы гигроскопических веществ (NaOH, КОН, NH4N03 « др.) 12].

Растворы гидролизующихся веществ (ZnCl2, МпС12 и др.).

При высушивании материалов первой группы можно применять аппараты кипящего и фонтанирующего слоя, но на практике вязкие пасты обезвоживают только в аппаратах фонтанирующего слоя, а пасты с добавкой ретура — в кипящем слое.

При высушивании материалов второй и третьей группы в кипящем слое при повышенных температурах на газораспределительной решетке и вблизи ее в «активной» зоне протекает реакции разложения. Разложение может быть уменьшено при понижении температуры теплоносителя, но это приведет к снижению пр оизводительности аппарата.

Применение аппаратов фонтанирующего слоя либо аппаратов кипящего слоя в сочетании с л окализир ованными зонами фонтани- рования позволяет вести процесс с достаточной интенсивностью, почти в два раза превышающей производительность сушилок кипящего слоя. Последний метод применим и для сушки материалов четвертой группы [2].

При сушке пастообразных материалов, растворов и суспензий в качестве слоя зернистого материала (подушки) используются либо гранулы, либо инертный материал (песок, стеклянные шарики, фторпластовая крошка и др.).

Первый способ применим, когда материал в сухом состоянии достаточно термоустойчив, образует сравнительно прочные гранулы и высушенный продукт (по техническим требованиям) желательно получить в виде гранул. Кроме того, такой продукт не слеживается при хранении, при его применении не наблюдается пыления, что важно с точки зрения санитарно-гигиенических условий для обслуживающего персонала.

При применении инертных тел достаточно вязкая паста распределяется между частицами, образующими слой, так что слой остается сыпучим, а при подаче в слой текучих паст, растворов и суспензий частицы инертного материала покрываются тонкой пленкой влажного материала, которая по мере высыхания истирается, и материал выносится в виде пыли отходящим из сушилки теплоносителем.

Этот метод сушки применим при сушке термически нестойких материалов, если высушиваемый материал в процессе сушки превращается из упруго-пластичного в упруго-хрупкое, при необходимости получения высушенного продукта в тонкодисперсном виде "в том случае, когда в процессе сушки материал образует очень хрупкие гранулы. При этом способе сушки среднее время пребывания материала в слое определяется в основном скоростью испарения свободной влаги с поверхности и кинетикой истирания высушенного материала.

Впервые этот метод сушки предложен еще в 1953 г. [3] для выпаривания растворов и суспензий и использован для выпаривания морской воды [4], дегидратации и кальцинации растворов и распла-, bob UO2(NO3)2 и AI(NO3)3 до U03 и А12О3 [5], при обезвоживании мирабилита [6] и цинкового купороса [7]. Соли с низкой темпер ату-1 рой плавления также могут быть высушеиы этим способом. Например, железный купорос FeSO4«7H2O может быть обезвожен в кипящем слое при 150° С до содержания одной или трех молекул воды [8], несмотря на то, что эта соль растворяется в кристаллизационной воде при 65° С. В кипящем слое были высушены растворы NaCl, СаС12, Na2S04-10H20 (глауберова соль) и расплавы Ca(NO3)2-4H2O, а также была проведена дегидратация глауберовой соли [9]. Успешно высушивались этим способом натриевая соль л£-дисульфокислоты бензола, суспензии пигментов, красителей и других материалов (10,11], расплавы мыл и композиции синтетических моющих средств, растворы дубителя, альгината натрия. ；

СУШКА НА СЛОЕ ВЫСУШИВАЕМОГО МАТЕРИАЛА

Пастообразные материалы

Рассмотрим метод сушки пастообразных материалов — пигментов (неорганических и органических), органических красителей, а также некоторых других пастообразных материалов.

Этот метод сушки был разработан авторами и сотрудниками^ в ЛТИ им, Ленсовета [10, 12—15]. В настоящее время работает промышленная установка для сушки бланфикса на Ленин гр адском заводе художественных красок (результаты ее испытания см. табл. IV-1, стр. 204—205), а также сушилка для красителя прямого черного 3 на Дербеневском химическом заводе (табл. IV-3, стр. 206—207 и рис. IV-2). Для высушивания применялись к оническ о-цил ин-» дрические аппараты (см. рис. П-16). Основные размеры приме няемых пилотных аппаратов приведены в табл. IV-2.

Таблица /V-：

Размеры пилотных коническо-цилиндрических аппаратов

N модели

Цилиндрическая часть, мм

Коническая часть, лии

Общая высота аппарата! мм

диаметр

высота

диаметр нижнего основания

высота усеченного конуса

угол конусности

200

100

33

330

35

430 ；

300

350

43—50

500

35

850

400

400

50—70

500

40

900 ；

Пигменты

В табл. IV-1 приведены некоторые данные по сушке ряда пастообразных пигментов 泳 на пилотных установках ЛТИ [13, 14], а также на опытно-промышленной установке Ленинградского завода художественных красок (рис. IV-1).

На основании полученных данных был выполнен проект установки для сушки бланфикса производительностью 40 кг!ч сухого пигмента (с диаметром цил индрическ ой части 870 мм).

Рис. IV-1. Схема установки для сушки пастообразного пигментабланфикс:

2 — сушилка; 2 — вибропитатель; з — циклон; 4 — рукавный фильтр; 5 ——пи-татель; 6 — Электр ока лор ифер.

Опытао-проМышленная установка смонтирована и пущена в эксплуатацию .

Результаты испытания сушки на этой установке различных пиг- ментов приведены также в табл. IV-1. Эти испытания показали, что при сушке всех пигментов при нормальной работе установки удается

Результаты опытов по сушке пастообразных пш

Пигмент

Материал

Аппарат]

диаметр гранул (высушенных), лии

влажность, %

диаметр, мм

высота слоя

(неподвижного), мм

гидравлн ческое со-， противле-1 ние, мм， во。, cm..

начальная

конечная

Сиена натуральная

3+ 5

45,2

52

0-0

2,71

0 = 870

d° = 140

0=300

220

250

160

Марскоричневый

светлый

2 + 5

56,5

65

3,84

5,7

0 = 300 d()= 50 0=870 d()= 140

350

290

210

Марскоричневый

темный

2 + 5

45

0,0

То же

220

1601

Бланфикс

2 + 4

25,5

26,7

0,03

0,04

0 = 300 d°=50

250

250

210 1

筋

Кобальт зеленый

3 + 5

40,1

41,9

0,4

0,2

0 = 300 力=50

240

240

178 1

150 j

Белила № 825

2 + 4

62,8

60,1

3,0

7,36

0 = 200

do = 33

270

270

Ьелила № 801

14-3

90

90

13,0

8,2

0=200 % = 33

320

320

^1плори

1 + 3

74

74

5,6

9,7

0 = 300 %=43

270

270

■Свинцовый крон

<2

32,6

1,51

D = 300 d()= 43

100

Таблице IV-1

теми 臂 атура.

скорость,

воздуха.

тепла

繕轟6

■2

§«

ккал

片W詰

внизу

вверху

кг влаги

е к

входе

ходе

кг влаги

кг влаги

o'© «

О箕薛

J £

280

100

—

—

15,8

4160

995

25,6

57

262

96,5

20,53

0,4

17,75

4310

1030

238

1840

75,5

64,5

155

69

26,3

0,61

24

3350

800

284

1120

90

63,3

260

70

—

—

14,2

3460

825

32,3

—

—

69

280

100

——

15,8

4160

995

25,6

—

——

57

352

95

10,4

0,18

19,2

3930

940

943

730

30

60,6

400

106

13,8

0,24

10.5

3350

800

216

1665

68,4

70,4

157

70,5

20,7

0,475

31,9

3880

926

167,5

1440

53

62

320

70,7

13,2

0,225

14,25

3150

752

172,5

1485

54,6

75,5

250

88

31,0

0,585

14,9

3640

870

622

65,4

230

70

34,8

0,645

16,6

3410

815

640

—

—

69,8

400

66

44.00

0S57

10,6

3440

823

1050

68,6

460

85

34,8

0,486

9,8

3080

735

705

—

—

76,5

350

95

30,4

0,43

18,7

4030

963

146

995

59,2

400

85

39,4

0,44

18,9

• 3840

916

172

1170

—

62,2

360

99

51,5

0,63

41,6

5920

1415

99

8020

—

40,7

тов в фонтанирующем слое (подача вибропитателем)

Сушильный агент (воздух)

Удельный расход

Съем влаги, кг/ч

получить запроектированную производительность установки (по| влаге). Трудность заключается в ручиой регулировке процессам (в частности, подачи пасты).

Органические красители

Пастообразные органические красители были высушены в ци-J линдро-конической сушилке ЛТИ (с диаметром цилиндрической < части 300и400 jhjh). Некоторые из них высушивали в двухступенчатой! сушилке [10] (см. рис. П-21).

Пастообразные красители подавались в основном стержневым вибрационным питателем, жидкие пасты (разработанные)——в слой насосом, а комкующиеся пасты — ячейковым питателем либо протирали через сито.

Результаты опытов приведены в табл. IV-3. При температуре поступающего сушильного агента 150—390° С, а уходящего 60— 150° С качество красителя не ухудшалось.

При высушивании красителя кислотный розовый М и кислотный хром синий 2К в двухкамерной сушилке расходные коэффициенты оказались значительно выше, а напряжение сушилки ниже, чем в однокамерной. Это объясняется тем, что необходимая конечная влажность красителя достигалась в первой камере, а во второй

Результаты опытов по сушке некоторых органически

Краситель

Материал

Аппарат

способ подачи

冒發

влажность, %

覇鼻 п^

謔『

号—胃

н н

Прямой черный 3

В слой форсунками

2-4

67,2

1,0

0 = 400 do =70

230

170

Вибропитателем

2—4

56

69

1,8

6,0

D 300 "о = 50

320

280

200

170，

В слой форсунками

2—4

68,2

69,7

6.5

7,5

0 = 1600 (с внутренним конусом)

400

400

350

350

Прямой синий КМ

Вибро- питателем

<2

70,4

70,4

70,4

0,9

15,5

8,66

0 = 300 d()= 50

300

310

330

100卜

135

120

Прямой коричневый КХ

Ячейковым питателем

1 + 3

58,2

58,5

58,5

5,5

10,7

4,36

0 = 400

d° = 50

350

340

340

150

255

175

Прямой прочный голубой

Вибропитателем

14-3

44,5

44,5

44,5

14,8

7,9

8,7

0 = 300 4)= 50

300

300

300

240

220

220

Кислотный сине-черный

Вибропитателем

1 + 3

63

63

6,5

4,6

D = 300

% = 50

270

270

180 ；

180

Кислотный черный С

Вмбро- питатрлем

0,5 -г-1

64

5,7

。= 300 &)= 50

320

300

Кислотный хром черный О

2

56,5

44

Двух- камерная (см. рис.

П-27)

160

220 ,

Кислотный розовый М

50,3

50,3

7,6+4,7

1 + 0,5

140 六 130

130 + 125

65

50 :

Кислотный хром синий 2К

Протиркой через сито

5

52

52

52

1,5 + 0,35

5 + 3

1,75*1,5

1404-135

140-^-135

150 士 140

50

65

50

Лак алый Ж

Ячейковым питателем

1 + 4

5«,4

52,5

2,4

8,5

0 = 400

% = 50

375

300

145 .

110

Ацетоно- раств. оранжевый

—

49

72,6

1,65

5,1

0 = 600

&)= 100

225

225

165

140

Сппрто- раствор. желтый Р

Впбро- питателем

1 + 3

83,9

5,5

П = 400

Не измерялось

Сппрто- раств. оранжевый 4Ж

—

62,5

7,5

女=70

пастообразных красителей в фонтанирующем слое

Сушильный агент (воздух)

Удельный расход

Съем влаги.

температура, ℃

скорость, м/сек

воздуха

тепла

Тепловой

2

к

1

ц

0 8H

к. п. д.,

200

120

5,9

0.154

22,6

4100

980

35,4

—

21

37.3

315

102

27,4

0,485

15

4520

1080

114

—

110

49,5

390

115

44,5

0,73

11,5

4830

1040

244

—

234

52,0

310

93,5

48,0

0,9

10,7

3220

770

127

—

182

70.0

330

96,5

19,0

0,98

10,0

3220

770

145

—

207

70,0

235

90

35

0,38

37,4

5160

1230

91,3

803

47

43,5

300

105

53,4

0,77

18.1

4160

)95

256,5

2125

132

57

280

75

5

0,6

15,9

3500

835

254,5

1860

131

68

185

70

27,2

0,323

46

5150

1230

44

340

26

47

230

60

42,5

0,457

34,2

4230

1010

84,5

710

50

57

255

75

35,8

0,383

38,8

5000

1190

60

500

35,4

48,5

118

70

40.2

0,736

60

5900

1410

87

767

45

40,8

180

81

40,0

0,65

61

6380

1525

73,5

647

38

37,9

260

145

46,2

0,757

31

5750

1373

98

860

52

41,7

226

154

69,3

1,22

83

21 000

4980

55,6

926

47

11,6

272

124

84

1,285

55,4

8 580

2050

41,5

1540

73

28,1

300

150

48

0,725

15,6

4560

1090

238

1850

123

52

140

94

34,2

1,27

92,7

8000

1910

225

1850

209

23

165

70

6,1

0,55

91

5150

123()

28,5

380

18,3

47

200

95

5,4

0,43

88,7

7400

1770

21,4

306

43,8

33

250

100

10,3

0,74

53,6

5150

1230

60,4

777

3&7

44

175

75

10

0,785

62,6

4060

970

59

758

38

56

195

95

10

(),796

71,6

5700

1360

49,8

640

32

40,0

105

60

27,1

0,25

89

7250

1730

27,3

180

16,1

33.5

_150

60

30

0,25

82

6820

1630

29,4

330

17,3

35,4

165

105

12,2

0,354

120

7950

1900

9,6

9,3

28,5

170

70

11,6

0,32

59

9630

2300

21,2

20,5

23,5

170

80

28,5

085

48

7250

1730

66,5

61,5

31

175

95

17

0,6

35

5440

1300

50,5

61,4

41,5

камере, куда также подавался свежий сушильный агент, влажность снижалась лишь на 1,5——2%. Соответственно ниже был и тепловой к. п. д. сушилки. В этой же таблице приведены некоторые данные по испытанию опытно-промышленной сушилки Дербеневского химзавода (D = 1600 мм, см. рис. П-69). Эти данные показывают, что укрупненная установка имеет лучшие показатели, чем лабораторные установки. Подробнее о работе этой установки см. ниже.

Опытно -промышленная установка для сушки красителя прямой черный 3

(Дербеневский химзавод, Москва)

Сушильная установка (рис. IV-2) состоит из сушилки с внутренним конусом (для обеспечения гидродинамического режима, близкого к режиму при лабораторных испытаниях без значительного

Рис. IV-2. Схема сушильной установки для пастообразного красителя прямого черного 3 ва Дербеневском химзаводе:.

2 ——топка с камерой смешения; 2 — дутьевой вентилятор; з — сушилка; 4 — циклон; 5 — вытяжные вентиляторы; 6 — скруббер; 7 — пастосмеситель; 8 — винтовой насос； 9, 1。一

ловушки.4

увеличения высоты слоя); диаметр цилиндрической части сушилки; 1600 мм, а ширина кольцевой щели, в которой установлена решетка ] (с живым сечением 〜50%) — 40 мм. Продукты сгорания керосина.

в смеси с воздухом поступают под решетку с температурой 330— 350° С, со скоростью 〜30 м/сек в слой гранул уже сухого красителя.

Разработанная паста красителя из пастосмесителя, пройдя ситча- тые фильтры, винтовым насосом подается в четыре тангенциально расположенные пневмофорсунки (диаметр отверстия форсунки 8 мм, давление воздуха 0,8 4-1,3 атм). Высушенный краситель в виде гранул диаметром 1——4 мм частично разгружается через центральную трубу секторным дозатором, пыль, вынесенная отходящими из сушилки газами, отделяется в циклонах (группа из 4 циклонов НИИОГаза диаметром 450 мм). Из циклонов газы засасываются двумя последовательно установленными вентиляторами (ВВД-9) и направляются для окончательной очистки в насадочный скруббер, орошаемый водой.

Для подачи воздуха в топку и в смесительную камеру имеется вентилятор ВВД-8.

Влажность пасты колеблется в пределах 65—70%, высушенный краситель имеет влажность 3—5% при температуре отходящих из сушилки газов 100 -е- 105° С.

Соотношение между количествами пылевидного и гранулированного красителя зависит от темпер атурн ого режима и от качества подаваемой пасты. При более высокой температуре отходящих газов уменьшается размер гранул и увеличивается количество пыли. Подача пасты в сушилку автоматизирована, причем в качестве ключевого параметра выбрана температура отходящих газов.

В табл. IV-4 приведены результаты испытаний сушильной установки, проведенных бригадой ЛТИ и завода.

Как видно из данных таблицы, сушилка, спроектированная на пГ онзводительность 200 кг!ч высуптенного красителя (100% концентрации), в большинстве случаев давала более высокую производительность (концентрация 175%). Краситель получен несколько пересушенным (2 -е- 4%), что объясняется высокой температурой отходящих газов. Получить краситель с нужной влажностью (5 + 7%) можно, снизив температуру отходящих газов п увеличив подачу пасты, но для этого необходимо повысить высоту слоя, чтобы обеспечить устойчивое фонтанирование.

По заключению колористической лаборатории, оттенок высушенного красителя удовлетворительный, концентрация 175°о (что является предельно допустимой). При снижении температуры отходящих газов, несомненно, удастся улучшить качество красителя.

Данные, приведенные в таблице, получены в течение 53 ч непре^ P&FHO員 работы сушилки (под наблюдением бригады специалистов —— технологов и прибористов).

Испытание сушилки показало, что она обеспечивала проектную ир ои зв о дм те л ьн ость, система автоматического регулир ования работала устойчиво и поддерживала заданный температурный режим. Сушилка была принята в опытно-промышленную эксплуатацию.

Результаты испытания опытно-промышлеппой сушилки фонта

Таблица Z V-4

пн|)\ннцего слоя для красителя прямого черного 3

и смена

Показатели

Датч

24/1—67

—1-67

26,1 67

27 I 67

2

312

3

1

1

i-

3

Количество рабочих часов

7

7.5

4.846,84

2.5

5.58

642

4.5

Влажность, % ....

начальная

конечная

68.6

2.2

69.1

3,0

i—

67.6

2.6

67-6

4.0

67.0

1

70.9

2.7

70,6

3.0

66.0

3,3

Температура газов, ГС

па входе

на выходе

328

105

334

105 L

35()

109

345

106

330

120

345

102

345

106

350

106

Количество высушенного красителя, «г

8634-619

1528 + 264 I

10154-163

1290-347

299+ 110

755 + 84

1232 - 160

859 -? 105

Производительность, Ка ”

по высушенному красителю по испаренной влаге .... по пасте

211

446

657

239

511

750

242

472

714

239

469

708

164

315

479

150

350

500

217

498

715

204

394

608

Гидравлическое сопротивление, мм аод. ст.

сушилки

цпклояа

скруббера

380

105

160

389

110

175

38()

110

175

380

115

170

400

115

170

380

110

170

380

115

170

400

115

170

Расход газов

кг ч

нм^; ч

5300

4100

5500 I

4260 1

5750

4450

5750

4450

5750

4450

5306

4100

5520

4260

5520

4260

Расход тепла, ккал/ч

442 000

466 000 ■ —

496 000

483 000

480 000

460 000

472 000

475 000

Удельный расход

газов, К2 кг елаги

тепла, ккал/кг влаги

11,9

990

10.8 1

912

12,2

1050

12.3

1030

18,2

1520

15.2

1310

ИЛ

950

14,0

1210

Тепловой к. п. д ・.

55,5

60,5 I

52.4

53,5

36.2

42,0

58,0

45・6

Расход керосина, к?/ч

56.0

57.8 1

62

60,6

58,8

56,5

58,7

60,2

Съем влаги

с едшшцы объема сушплкп, кг/м^ • ч

с единицы сечеипя сушилки, кг/.%2. V

223

157

255,5 1

179 J

T

1

236

165

234.5

164

157,5

Ш

175

123

249

175

197

13 S

Расход электроэне1)гпп

квт-ч кг влаги

квп-ч/кг сухого материала ..

0,139 ' 0.294

0/21

626

0.132

0,256

0,132

0,260

0,197

0,378

0.177

0.413

0,124

0,286

0-158

U、290

210

%*211

В табл. IV-5 приведены результаты опытов по сушке некоторых пастообразных материалов.

Сушка медно-никелевого катализатора проводилась в двухкамерной сушилке [15]. Полученные данные были использованы при проектировании опытно-промышленной сушилки производительностью 50 кг/ч. В течение 3 ч работы сушилки было загружено 400 кг катализатора с влажностью 78% и получено 130 кг высушенного продукта с влажностью 6%. Предварительные производственные испытания (оформленные актом) показали, что производительность сушилки соответствует проектной и сушилка может быть рекомендована для эксплуатации.

В связи с необходимостью последующего измельчения высушенного материала проверена возможность сушки катализатора на инертных телах, чтобы избежать последующей стадии помола.

Сухой кондиционный флотоконцентрат сланца представляет собой тонкодисперсный порошок (90% минус 200 меш) с высоким (85——90%) содержанием органической массы, имеющий невысокую температуру самовозгорания ——порядка 230° С и нижний предел взрываемости 34 г/л3.

Проведенное лабораторное исследование показало, что сушку этого продукта можно осуществить в фонтанирующем слое при подаче пасты в сушилку стержневым вибр опитател ем.

На основании лабораторных данных Гипрошахтом была спроектирована, изготовлена и испытана укрупненная исследовательская установка производительностью 100 кг 1ч высушенного материала [16]. Сушка производилась в токе инертного теплоносителя, что позволило повысить его температуру до 355° С, тогда как в токе воздуха при температуре свыше 210—212° С концентрат в сушилке начинает тлеть и загорается.

Схема укрупненной установки дана на рис. IV-3 . Паста с влажностью 50% подается стержневым вибропитателем в коническо- цилиндрическую сушилку. Сушильным агентом являются топочные газы (полученные при сгорании керосина), разбавленные до требуемой температуры (350—400° С) осушенными и охлажденными до 40 4- 50° С рециркуляционными газами.

Смешение горячих топочных газов и охлажденных возвратных газов происходит в камере смешения.

Воздух, необходимый для сгорания керосина, подается дутьевым вентилятором (ВВД-8). Смесь газов (содержание кислорода не менее И объемн. %) подается в коническо-цилиндрическую сушилку (О = 1000 мм). Высушенный продукт в тонкодисперсном состоянии выносится потоком из сушилки и частично улавливается в циклоне

•WSKOasso edas

•тех I 6 нх=оь I * 一工 HHHasgoouual I A -sdoJRlf sJHCa” 9 mlqlrse — g E0HI-A9 — p -HOLTHIm 丨 ~

•尤 ШТНВАО —z хвонзн 史 daLQ) quEI0uod9H0—、

-EEEJ OJOHld8Hli

фкоь m 8OITOs^msAdHHBIHOemВЯНЕ1ГО ei -лаЁФ^ЯОМФЬОЧ^ OJOHmedgooIOEU иншАо kit口 hxhoheioa 注ohmbhuAcIhA Exaxu・'AI ・OHd

goqё^ё^

Продукт .

Материал

Аппарат[

способ подачи

III

влажность, %

слой

i墓

Ё E

Т н

Цирам

Вибропитателем на слой

14-3 (пыль <0,8)

57,6 55,7 55

59

0,42

1,9

5

1,36

0 = 300 d°=5。

0 = 400 do = 7O

300

270

280

270

150

110

100

105 :

Цинеб

Вибропитателем на слой

14-2 (пыль <0,8)

72,2

72,2

6

5,35

270

300

95

100

Фрикционная масса

Шнековым питателем

——

21

21

4

7,5

0 = 400 d()= 70

330

330

100

90

Медно-。 никелевый катализатор

Вибропитателем на слой

14-3 処 ％

79

71

73

74

33,6 + 4,2 19*74-17,7

28,6 4-18,6

24.8 + 5,8

Двухкамерный

190

175

190

210

—]

Симазин

Вибропитателем на слой

Рассыпающиеся и порошок

70

70

2

6

0 = 400 d()= 50

260

260

Марганец углекислый

1+2

34,4

2,9

—

—

一 1

Обогащенный флото- концентрат сланца

Вибропитателем

Тонкодисперсный

ПОрОШО!

51,6

51,6

50

у 49.8

3,1

4,0

0,3

0,3

D — 900 t?o = 43 Gz = 5 K2：4 .0 = 1000 &)= 170 G« = 100 кг

Y

94 1

100

111

1111

Таблица 7V~5 лов в фонтанирующем слое

Сушильный агент (воздух)

Удельный расход

Съем влаги кг/я

Тепловой к. п. д.» %

температура, ℃

скорость м/сек

耻

2

1

тепла

к

驚

120

150

52

66

18,2

21,2

0,314

0,33

42,5

25,7

4360

3480

1040

830

51,5

93,2

50,7

55

65,5

190

66

22,0

0,266

23,1

3920

935

69

40,6

61

230

70

21,2

0,253

28,2

5200

1240

53

31,4

46

175

70

10,6

0,13

80,

5

12 800

3040

9,9

5,84

19

200

75

17

0,2

37,8

7 000

1670

32,3

19

34,4

220

90

27,1

0,32

32,3

6450

1530

57,4

33,9

37,5

215

90

35

0,37

47,8

8700

2120

50,7

30

27,3

175

42

4,9

0,40

19,5

2930

730

157

—

74

230

55

4,35

0,34

15,

1

3180

765

135

—

70

300

58

5,8

0,40

11,6

3400

810

192

—

66

345

65

8,45

0,46

11,2

3650

870

255

—

62

304

132

13,0

0,21

13,5

4100

980

83

50,5

55

357

112

17,0

0,25

7,0

3100

740

187

114

73

184

62

20

3,2

27,0

3800

910

78

47,5

59,5

175

68

24

0,4

30,8

4190

1000

83

50

54

180

52

26

0,41

24,2

3440

820

115

70

66

315

100

20,2

0,475

12.0

4700

ИЗО

112

106

50

355

157

24,5

0,535

12,6

6150

1470

114

110

38

Сушка растворов в фонтанирующем слое с получением

1

Продукт

Материал

Аппарат

диаметр гранул (высушенных), * лии

влажность.

ха рактеристик а

讒

冢

Трпхлорацетат натрия

3 + 4 "раза = 165° С)

46

50

50

65

3,0

1,0

3,3

4,5

D - 200 мм

dg = 50 兄"

&ух = 3—5 кг/ч

D - 900 мм

% 260 мм

Gcyx = 120 кг/ч

200

200

500

500

140

180 :

435

500

Марганец сернокислый

1 + 2

76

76

11,5

12,0

D 二 400 «м.м d()二 70 мм

100

275

200 j

300 j

Кальций хлористый

3 + 6

F5,7

65.7

65,7

5,65

5,65

10,2

0 = 900 мм

% = 275 мм

=100—110 «г, ч

Вес слоя 110 хг

—

65

65

2

2

D — 2800 мм Sk = 0,392 ,2 Ссух = 1100 кг/ч

Вес слоя 400 кг

Na-соль Jt-ди- су/ьфокислоты бензола *

Д。5

50

0

D = 1600 мм с внутр, конусом

^^■400

380 !

* в и уско-нал а дочных испытаниях участвовали Е. И. Досовгщкий, А Н. Бессона

Таблица / — гранулированного материала (данные ЛТИ)

Сушильный агент (смесь

воздуха с продуктами

Удельный расход

Съем влаги.

£」 4

сгорания газа)

температура, ℃

скорость, м/сек

тепла

Тепловой

к. п. д..

%

金

1

訴

* С

иё

2

к

Is

о в

о и

о и

165

75

25,2

1,3

39

5700

13 0

179

—

125

46,5

170

82

21,4

1,21

39,

2

5910

1410

118

—

82.5

43,5

175

57

21,8

1,5

35

5450

1300

85

372

167

50

175

70

21,6

1,47

3；,

5740

1370

80

576

158

50

660

140

19.6

0,24

6,2

4270

1020

171

1375

100

58,8

545

152

25,0

0,35

7,2

4190

1000

197

2330

118

54

丨380

123

20,3

1,2

10,6

3960

945

186

368

61,5

1 380

132

2《

1,7

13.

1

4900

1170

208

410

49,5

340

ПО

27

1,65

11,9

3940

940

234

463

62

520

180

12,9

0 47

7„65

4000

955

25,7

176

60,9

510

167

12,7

0.455

7,2

3580

855

27,4

——

189

68.0

383

160

—

21

7560

1800

63

—

90

*',()

в. м. с

олнцев,

т. в.

<V3CBII4.

НИИОГаза (ЦН-15, D = 350 мм), частично в рукавном фильтре (СИОТ, F 〜10 ”2, со специальными температуроустойчивыми нитроновыми рукавами). Установка работала под разрежением, создаваемым двумя последовательно соединенными вентиляторами высокого давления. После вентилятора газы направляются в холодил ьник-конденсатор, а затем в камеру смешения. Часть газов непре-； рывно сбрасывается вентиляторами в атмосферу.

На сушилке, циклоне и рукавном фильтре установлены взрывные клапаны, выведенные на крышу здания.

С целью обеспечения пожаробезопасности к сушилке, циклону п рукавному фильтру подведен пар. К сушилке подведена холодная вода, распыление которой в аппарате производится форсункой | в случае повышения температуры в сушилке выше допустимой. |

Вследствие высокой температуры отходящих газов продукт получен пересушенным, поэтому температура должна быть снижена до 80—90℃ для получения материала с кондиционной влажностью 2 + 3%.

Полученные данные могут быть использованы для проектирования опытно-промышленной установки. Для обеспечения устойчивого фонтанирования, ввиду малой прочности гранул флотоконцентрата, а также симазина и углекислого марганца целесообразно везти процесс сушки на инертных телах.

Растроры

Натриевая соль м дисулъфокислоты бензола. Исследование процесса сушки раствора натриевой солп л^-дпсульфокислоты бензола

217

проводилось в ЛТИ им. Ленсовета на вальцовой сушилке в кипящем и фонтанирующем слое. Съем влаги с 1 / поверхности вальца в час составлял не более 6 кг, т. е. был очень мал. Это обстоятельство, а также трудности снятия сухого продукта с вальца ножом не позволяют рекомендовать этот метод в промышленную практику.

Сушка в кипящем слое была возможна, но вследствие сильного зарастания стенок сушилки (диаметр 200 мм) продолжить работу этим способом не удалось.

Сушку в фонтанирующем слое проводили в цилиндро-конической установке (0口 = 200 мм,儿=50 мм). Ряд опытов проведен с охлажденным раствором, имеющим консистенцию пасты, подаваемой стержневым вибропитателем. Однако учитывая, что в производственных условиях раствор на сушку должен поступать из выпарных аппаратов, т. е. горячий, приходилось подогревать его и подавать в слой через пневматическую форсунку (давление воздуха 4—5 am),

Рис. IV-4. Гранулы высушенной натриевой соли л-дпсульфокислоты бензола при подаче пасты вибропитателем и при подаче раствора через форсунку.

установленную сбоку на высоте 150 мм от сетки. Удельный расход газов был небольшим (см. табл. IV-6), но удельный расход тепла несколько превышает норму из-за высокой температуры выходящих газов. Гранулы высушенного материала, полученные при подале вибропитателя на слой охлажденного раствора, как видно из рис. IV-4, были крупнее (10—8 мм), чем при подаче в слой подогретого раствора через форсунку (8—5 加九).В циклон уносятся преимущественно частицы менее 0,08 мм (до 20%). Среднее время пребывания материала в сушилке 20—30 мин.

На основании полученных данных Гипроорхимом с участием авторов был выполнен проект опытно-промышленной сушильной установки (см. рис. П-69), в настоящее время находящейся в опытной эксплуатации на одном из химических заводов (табл. IV-6).

Для сушки и одновременной грануляции в фонтанирующем слое во Франции был предложен [11] цилиндрический аппарат с коническим днищем (рис. IV-5). Нижняя часть конуса оформлена в виде пневматической форсунки, через которую в аппарат вводятся жидкость и горячий воздух. В нижней части конуса при высоких скоростях воздуха происходит частичная сушка распыленной массы с образованием мелких частиц. По мере расширения аппарата ско- 218

рость воздуха падает и находящиеся в аппарате гранулы образуют кипящий слой. Частично подсушенная распыленная масса, находящаяся в виде мелких, слегка влажных частиц, осаждается на гранулах, увеличивая их размеры. Из центральной части аппарата гранулы фонтанирующим потоком отбрасываются к стенкам н медленно движутся вниз. В результате такой циркуляции на гранулы

налипает тонкий слой порошка, образующегося ления, и сушка происходит очень быстро. При многократной циркуляции гранулы достигают требуемого размера и могут быть выведены из аппарата. Постоянная высота слоя поддерживается с помощью перелива. Скорость формирования гранул регулируется изменением скорости подачи жидкости. Благодаря классификации частиц в таком аппарате при правильной установке переливного патрубка можно добиться получения гранул одинакового размера с малой примесью мелких частиц. Этим способом была произведена сушка и грануляция удобрений.

Трихлорацетат натрия. Трихлорацетат натрия (ТХАН) поступал на сушку в виде 50%-ного раствора. Ввиду склонности су-

в зоне распы-

к Отработанный I боздух

тгт ，

хого продукта к разложению (^)аа1

165° С)

температура воздуха на входе в сушилку не должна превышать 175° С. Температура уходящего воздуха определялась исходя из минимальной температуры, при которой не нарушалась гидродинамика процесса, и она зависела от соотношения между количеством поступающего раствора и массой слоя. Практика показала, что это соотношение приблизительно равно единице, а время пребывания материала в сушилке 〜2 ч.

Сушка раствора ТХАН в фонтанирующем слое * была проведена на слое из гранул этого же материала на двух установках: лабораторной, имевшей О“ = 200 жж,

<О

Ж%

Суспензия

Рис. IV-5. Аппарат для грануляции и сушки сложных удобрений.

производительностью

3——5 кг/ч сухого ТХАН и опытно-промышленной производительностью 120 кг/ч (01t = 900 мм), спроектированной на одном из химических заводов по данным, полученным в лабораторных условиях (см. рис. 11-63). Конечный продукт был получен в виде гранул диаметром 2—5 мм.

* Были проведены опыты и в цилиндрическом аппарате в режиме псевдоожиженного слоя, которые дали значительно худшие результаты, чем прп фон- танировашш.

100 кг ч при том же гидродинамическом100 кг ч при том же гидродинамическом% скруббер% скрубберРис. IV-6. Схема опытно-промышлешюй установки для сушки и грануляции трихлораце-Рис. IV-6. Схема опытно-промышлешюй установки для сушки и грануляции трихлораце-fpa ну лиробанный ТХАН 4 таруfpa ну лиробанный ТХАН 4 тару(ТХАН) в фонтанирующем слое:(ТХАН) в фонтанирующем слое:воздухвоздухСушильный агентСушильный агент-lodg-Qq § hda&QQKED g 32 \-lodg-Qq § hda&QQKED g 32 \Сусатый ВизОухРастСЬСусатый ВизОухРастСЬтата натрия 7 — сушилка;тата натрия 7 — сушилка;” "ан股3呻史仙” "ан股3呻史仙2 — воздушный сепаратор; з ——циклон.2 — воздушный сепаратор; з ——циклон.потерь)потерь)томтомрасход сухого удель- (с уче- 1300—расход сухого удель- (с уче- 1300—иссле- которыхиссле- которыхдования, придования, при(см. рис.(см. рис.сепаратор возвраща- размерам скоростьсепаратор возвраща- размерам скорость

100 кг ч при том же гидродинамическом

100 кг ч при том же гидродинамическом

% скруббер

% скруббер

Рис. IV-6. Схема опытно-промышлешюй установки для сушки и грануляции трихлораце-

Рис. IV-6. Схема опытно-промышлешюй установки для сушки и грануляции трихлораце-

fpa ну лиробанный ТХАН 4 тару

fpa ну лиробанный ТХАН 4 тару

(ТХАН) в фонтанирующем слое:

(ТХАН) в фонтанирующем слое:

воздух

воздух

Сушильный агент

Сушильный агент

-lodg-Qq § hda&QQKED g 3

2 \

-lodg-Qq § hda&QQKED g 3

2 \

Сусатый ВизОух

РастСЬ

Сусатый ВизОух

РастСЬ

тата натрия 7 — сушилка;

тата натрия 7 — сушилка;

” "ан股3呻史仙

” "ан股3呻史仙

2 — воздушный сепаратор; з ——циклон.

2 — воздушный сепаратор; з ——циклон.

потерь)

потерь)

том

том

расход сухого удель- (с уче- 1300—

расход сухого удель- (с уче- 1300—

иссле- которых

иссле- которых

дования, при

дования, при

(см. рис.

(см. рис.

сепаратор возвраща- размерам скорость

сепаратор возвраща- размерам скорость

Из табл. IV-6, следует, что на опытно-промышленной установке удалось снизить температуру отходящего воздуха и за счет этого получить производительность 120 кг/ч вместо запроектированных

режиме. Расходные коэффициенты получены близ-

кие: удельный воздуха 35—37 кг вещества!、2 влаги, ный расход тепла

1400 ккал!кг влаги. Лабораторные

раствор подавался в слой (в ядро потока) шестеренчатым насосом <с помощью пневматической форсунки позволили приближенно представить механизм процесса: раствор попадает на поверхность гранул, влага испаряется, размер гранул увеличивается. Но наряду с этим в слое образуются новые частицы за счет истирания сухих гранул, их раскалывания, а также испарения капель, не попавших на гранулы. Эти новые частицы являются центрами образования новых гранул. При сушке ТХАН рост гранул превалирует над образованием новых центров, вследствие чего размер гранул непрерывно увеличивается и нарушается гидродинамика процесса. Для обеспечения устойчивости процесса был испы-

тан воздушный

П-63), отгружающий крупные частицы и

ющий мелкие в слой. В зависимости от требований к выгружаемого продукта подбиралась соответствующая

воздуха в сепараторе. Одновременно с сепарацией происходило охлаждение высушенного продукта, что уменьшало его разложе- пне.

Схема опытно-промышленной установки приведена на рие. IV-6. Воздух, подогретый в электрокалорифере до 160—175° С, поступал в нижнюю часть сушилки. Отработанный воздух очищался от пыли в группе циклонов НИИОГаза (ЦН-15, D = 500 мм, 2—4 шт.) двумя последовательно установленными вентиляторами БК-6 (Q = --5000 № ч, Н = 600 мм вод. ст.) и направлялся через скруббер (насадочный, D = 1750 мм^ Н = 6000 мм вод. ст.) в атмосферу.

В нижней части сушилки установлена сетка с отверстиями 1 X X 1 мм с кольцом жесткости для установки форсунки. Раствор ТХАН подавали на сушку по трубопроводам с рубашкой, обогреваемой горячей водой (во избежание кристаллизации) и с температурой 30—50° С центробежным насосом через регулирующий клапан на пневматическую форсунку (избыточное давление сжатого воздуха 3 атп).

Высушенный продукт непрерывно отбирался из сушилки в сепаратор (d = 108 мм, I = 2200 мм), где происходило разделение гранул по размерам: крупные выгружались в бункер готового продукта, а мелкие возвращались в сушилку на дальнейшую грануляцию. Выгрузка готового продукта производилась периодически, по мере заполнения бункера, в бумажные мешки. Пыль из циклонов периодически (через шибер-мигалку и промежуточный бункер) выгружалась в тару и использовалась для приготовления раствора, так же как и раствор из скруббера. Скруббер непрерывно орошался водой (подогретой до 25——30° С в теплообменнике), подаваемой центробежным насосом.

Температура воздуха на входе в сушилку и расход сжатого воздуха на форсунку регулировались автоматически. Дополнительно была установлена блокировка, позволяющая исключить разложение продукта при отклонении от заданного температурного режима в слое, а также при «посадке» слоя: при появлении одного из указанных нарушений автоматически отключалась подача раствора, подогрев воздуха и подавался холодный воздух под решетку.

Длительная работа установки показала, что при нормальной ее работе разложение ТХАН не превышает 1%. При проектировании промышленной установки температура поступающего в сушилку воздуха не должна быть выше 150° С. Полученные на опытно-промышленной установке данные позволяют рекомендовать этот метод сушки для внедрения в промышленную практику и выдать данные для проектирования промышленной установки производительностью 500 кг/ч по высушенному материалу. Метод расчета такой сушилки изложен в гл. VI (пример 7) *.

Из-за невозможности геометрического моделирования цилиндроконических аппаратов ввиду значительного увеличения высоты

* Проектирование опытно-промышленной и промышленной установок пропзведено сотрудниками химического завода В. Е. Еабенко, Л. Я. Газом, I Б. П. Зверевым |, Н. Г. Киселевым, Э. В. Сониным, А. Л. Энглиным. Они же принимали активное участие в проведении опытов на лабораторных и опытно- 11 ромышленных установках.

и сопротивления слоя для промышленной установки принят метод приближенного гидравлического моделирования ——соблюдены те же скорости воздуха, что и в меньших моделях, но снижена высота слоя путем установки внутри обращенного конуса таким образом, что слой имеет форму конического желоба (см. рис. 11-69). Подача рас- твора производится с помощью четырех тангенциально установленных пневматических форсунок. Разгрузка гранул — через централь- ную трубку воздушным сепаратором. С целью изменения высоты слон верхняя часть трубы выполнена телескопической. В установке предусматривается подача пыли из циклона внутрь слоя, в зону действия форсунок.

Хлористый кальций в виде раствора с концентрацией 65 % был высушен на опытно-промышленной установке (на той же, что и ТХАН см。рис. IV-6) производительностью 〜100 кг 1ч и на промышленной, производительностью 1000 kz/ч. Некоторые данные приведены в табл. IV-6. Сушка на опытно-промышленной установке производи- лась подогретым в электрокалорифере воздухом и из-за недостаточной ее мощности температуру не удалось поднять выше 380° С. В промышленной установке имеется мазутная топка. Решетка установлена с живым сечением 30%, диаметр отверстий 4 мм (гидравлическое сопротивление 150 мм вод. стп.).

Подача раствора осуществляется четырьмя тангенциально расположенными пневмофорсунками (расход сжатого воздуха 8 九з/叫 Расход воздуха на сепаратор 1800 м門ч, общий расход газов 9000 ^3/ч. На промышленной установке предполагалось вести процесс в две стадии: в сушилке фонта пирующего слоя доводить сушку до образо- вания влажных гранул, которые затем досушивать до кондиционной влажности в сушилке кипящего слоя. Испытания показали, что после сушилки фонтанирующего слоя получается продукт с влажностью менее 4% (что требуется для первого сорта) и что вторая ступень ——не нужна. Выход гранулированного продукта доходил Д° 77 %, остальное количество улавливалось в виде пыли.

Марганец сернокислый . В настоящее время на Ленинградском заводе^ «Красный хнмик» производится марганец сернокислый пятиводный по следующей схеме: очистка растворов MnSO4, выпарива- нне до выделения MnSO4'H2O и последующая рекристаллизация Д° MnSO4-5H2O. Товарный продукт MnSO4-5H 2О неустойчив при температурах выше 24° С и содержит большое количество воды.

Исследование процесса сушки раствора MnS04 в фоптапиру- ющем слое показало возможность получения одноводного сернокислого марганца.

Раствор подавали как на слой, так и в самый слой. Прп сушке на слое стеклянных шариков происходило лишь незначительное истирание подсохшего материала, шарики увеличивались в размере н, кроме того, прп высокой температуре поступающих газов и при подаче холодного раствора происходило их растрескивание. Поэтому

была исследована возможность сушки раствора на слое из высушиваемого материала при подаче раствора на слой. Данные этих опытов приведены в табл. IV-6. Основное количество высушенного материала в виде одно водного сернокислого марганца выгружалось из сушилки в виде гранул диаметром 1—2 мм и лишь незначительное количество в виде пыли выгружалось из циклона.

Цинковый купорос. Первой отечественной установкой, на которой было осуществлено обезвоживание цинкового купороса, являлась

Рис. IV-7. Схема установки кипящего слоя для обезвоживания растворов цинкового купороса на заводе Рязцветмет:

1 —■ сушилка; 2 — топка; 3 — форсунки; 4 — течка； 5 — насос; 6 — емкость для раствора; 7 — шнек; 8 ——приемный бункер; 9 ——циклон; 10 — вентилятор ;11 — воздуходувка.

опытная установка завода Рязцветмет (рис. IV-7), проект которой разработан институтом Гипроникель по данным ВНИИГа. Показатели работы установки следующие:

Температура поступающего теплоносителя, ℃ 900—1000

Температура слоя, ℃ 130—140

Скорость теплоносителя у решетки, м/сек2,5—3

Удельный съем влаги, кг/м^ • ч .... 2500—3000

Расход природного газа, “碎/川 100—110

Удельный расход электроэнергии, квт-ч/т35——45

Гранулометрический состав обезвоженного сульфата цинка в зависимости от температурного и гидродинамического режима может меняться в среднем от 1 до 3 мм. Промышленная установка с площадью распределительной решетки 3 м2 имеет камеру кипящего слоя цилиндрического сечения, изготовленную из листовой стали толщиной 8 ммл Внутри камера не футерована, а снаружи теплоизолирована слоем шлака толщиной 80 мм. Распыление раствора производится над слоем форсунками грубого распыла.

Решетки могут быть провального и беспровального типов с долей живого сечения 2—4%; цельнотянутые трубы уложены параллельно с зазорами в 1—1,5 мм. Скорость газов в слое обычно 0,7—1 м/сек, в отверстиях не менее 15 м/сек. Срок службы металлических решеток небольшой, поэтому часто прибегают к водяному охлаждению.

В конструкции бесподовой печи Гинцветмета подача горячих газов в камеру производится через фурмы, расположенные в нижней конусной части камеры. По центру конусной камеры выше фурм установлен внутренний конус, который служит для равномерного распределения потока газов по сечению камеры. Теплоноситель к фурмам подается через газоход, расположенный под камерой кипящего слоя.

Рис. IV-8. Схема установки для обезвоживания мирабилита:

1 — сушилка; 2 — тарельчатый питатель; з ——шнек.

Действующая бесподовая промышленная печь с диаметром цилиндрической части 2000 мм имеет следующую техническую характеристику:

Расход теплоносителя, м^/ч 10 000

Давление воздуха, мм вод. ст 1900

Количество фурм 10

Общее живое сечение сопел, %2 0,138

Скорость газов на выходе из фурм, м/сек 65

Гидравлическое сопротивление тракта, мм вод. ст 300

Температура газа на выходе из фурм, °C 700—1000

Расход топлива (мазута),左z/u 250

Мирабилит. Исследование, проведенное Каганович и Злобин ским [6] по обезвоживанию мирабилита в аппарате диаметров 360 мм, показало техническую осуществимость процесса и позволилс получить данные для сооружения пилотной установки на комбинат Карабогазсульфат. Здесь же была проведена разработка нового способа обезвоживания мирабилита с получением гранулированной сульфата.

Схема установки приведена па рис. IV-8. Мирабилит дробится до крупности 25 мм и элеватором подается в бункер, из которого по загрузочному шнеку поступает в аппарат кипящего слоя.

Загрузочный шнек снабжен рубашкой, по которой можно пропускать отходящую из аппарата горячую газо-паровую смесь, что позволяет производить плавление мирабилита. Топочные газы получаются сжиганием мазута или дизельного топлива в горизонтальной герметичной топке с камерой смешения. Воздух для горения подается вентилятором высокого давления производительностью 12 000 м3/ч (максимальный напор 600——650 мм вод. ст.). Собственно аппарат кипящего слоя имеет круглое сечение и расширяющийся кверху профиль.

Выгрузочная течка расположена на уровне решетки и снабжена регулируемым шибериым затвором. Загружаемый мирабилит разбрасывается по поверхности кипящего слоя с помощью тарельчатого питателя (или распределительного конуса, вращающегося со скоростью 90 об/мин}. Для повышения экономичности процесса большая часть опытов проводилась при температуре теплоносителя 800° С и температуре в слое 130——150° С. Высоту слоя изменяли сравнительно в небольшом интервале, соответствующем сопротивлению 400—600 мм вод. ст. Некоторые результаты испытаний приведены в табл. IV-7.

Таблица IV-7

Некоторые данные по обезвоживанию мирабилита в кипящем слое

Температура, ℃

Сопротивление аппарата, мм 8о6. ст.

Скорость газов, м/сек

Удельная производительность аппарата, кг/м^^ч

Унос сульфата из аппарата

Расход мазута, нг на 1 к? испаряемой воды

на входе

в слое

на выходе

по мирабилиту

ПО испаряемой воде

ПО сульфату

850

90

80

545

1,1

2500

4400

1100

22

0,125

790

128

130

400

1,95

2160

1180

730

25

0,109

798

151

177

413

2,4

1975

1090

715

19

0Л30

610

170

150

510

1,4

1430

780

650

17

0,155

800

250

245

455

2,7

1500

800

645

8

0,174

790

153

207

535

2,9

2260

1250

830

18.5

0.138

793

140

146

564

1,95

2110

1150

715

24.5

0,113

В 1962 г. началась промышленная эксплуатация установки. Ее производительность при площади 6 м2 равна 〜6 т/ч по сухому сульфату. Режим процесса и показатели работы следующие [19]：

Температура газа, ℃ под решеткой 700

в слое： ： ： ： 130—150

Скорость газа в слое, м сек 2,4—2.8

Сопротивление слоя и решетки, мм вод. ст. 600—650 Удельная производительность, кг/м^ • ч но готовому сульфату 1220

22522515 Заказ 1560.

225

225

по испаряемой влаге 1420

Удельный расход：топлива (мазута), кг/т 125

электроэнергии, квт-ч/т 28

Мирабилит подается через течку с вибратором, а рассредоточенная загрузка осуществляется путем поддува воздуха снизу под теаку через щелевидное отверстие.】

Аппарат круглого сечепия ——с плоской газораспределительной решеткой из чугуна. Решетка лежит на полых чугунных балках, охлаждаемых частью вторичного воздуха, поступающего внутрь балок. Топка выносная, мазутная.

Исследование процесса сушки с получением гранулированной нитрофоски было проведено Шаховой в цилиндрическом аппарате диаметром 250 мм и в коническом аппарате с диаметром оснований 125 и 300 мм. Суспензия подавалась в слой с помощью механических и пневматических форсунок [20].二

Влажность суспензии 20—78,5%, высушивалась она при температуре поступающего воздуха 100—250° С и скорости воздуха в аппарате 0,3——0,7 м/сек. Гранулы сухого продукта получались* диаметром 1——4 мм. Наблюдалось укрупнение гранул в аппарате, что вызвало необходимость непрерывно подавать в слой некоторое количество мелких гранул.

Аппарат кипящего слоя конструкции МИХМа (см. рис. 11-64% предназначен для грануляции высоко концентрированно го плава】 карбамида (мочевины) с продувкой под решетку холодного воздуха.. Плав на грануляцию подают внутрь слоя сбоку аппарата с помощью двух или четырех пневматических форсунок эжекционного типа, установленных тангенциально, что придает слою вихревое движение, Решетка беспровального типа с живым сечением 3—4%. Диаметр отверстий 2 мм при толщине листа 4—5 мм.

Гранулы выгружаются в нижней части (сбоку) аппарата через течку, снабженную секторным затвором. Регулировка выгружаемы! гранул по размерам не предусмотрена. Для увеличения количеств! центров гранулообразования в нижней части конуса аппарата установлен шнековый питатель, подающий мелкие частицы ия циклона внутрь слоя.|

Сушка других растворов, расплавов и суспензий. В НИИ неорган埠 ческой химии (г. Усти-над-Лабем, Чехословакия) проводились исследования по сушке растворов при работе с цилиндро-коническим аппаратом [9]. Общая высота - аппарата 1,825 м, высота верхнее цилиндрической части 960 мм, диаметр 706 мм, высота нижнея части (усеченный конус с углом конусности 20°) 855 мм, диамети нижнего сечения 400 мм. Пневматическая форсунка для подачи влажного материала (диаметр отверстия 1 мм, давление воздух! 凡з《= 4,5 ат) расположена на расстоянии 〜200 мм от опорной сетки. Аппарат работает с высотой слоя 400 мм и имеет нижнюи выгрузку с заслонкой для регулирования количества выгружаемой продукта и верхнюю выгрузку.

Температурное поле в кипящем слое, особенно около выхода из форсунки, было измерено подвижными термопарами, перемещающимися в горизонтальном направлении. Было найдено, что температуры в слое на уровне 45 мм под форсункой, 55 мм над форсункой и на расстоянии 150—300 мм в направлении оси форсунки равны средней температуре кипящего слоя. Теплообмен происходит главным образом непосредственно около форсунки, где находится жидкая фаза.

Аппарат с распылением жидкости непосредственно в слой (сбоку) пмеет две области теплообмена. В слое непосредственно над решеткой сыпучий материал нагревается теплоносителем и, попадая в область действия форсунки, отдает свое физическое тепло распыленным частицам жидкости, испаряя из них влагу. Перемещения частиц слоя, играющих роль теплоносителя, очень интенсивны. Остальной объем кипящего слоя является необходимым балластом.

На основании проведенного исследования выполнены проекты промышлеиных сушилок для Ca(NO3)2-4H2O и Na2SO4? имеющие следующие характеристики:

Диаметр сушилки, л у решетки в верхней части конусаОбщая высота сушилки,謳 Температура, ℃газов под решеткойслоя выходящего продукта уходящих газов П роизводительность сушилки (при содержаниив материале 12,26%. воды), т/чДиаметр сушилки, л у решетки в верхней части конусаОбщая высота сушилки,謳 Температура, ℃газов под решеткойслоя выходящего продукта уходящих газов П роизводительность сушилки (при содержаниив материале 12,26%. воды), т/ч58 61,2,558 61,2,5505050503 111505050503 11172537253

Диаметр сушилки, л у решетки

в верхней части конуса

Общая высота сушилки,謳

Температура, ℃

газов под решеткой

слоя

выходящего продукта уходящих газов П роизводительность сушилки (при содержании

в материале 12,26%. воды), т/ч

Диаметр сушилки, л у решетки

в верхней части конуса

Общая высота сушилки,謳

Температура, ℃

газов под решеткой

слоя

выходящего продукта уходящих газов П роизводительность сушилки (при содержании

в материале 12,26%. воды), т/ч

5

8 6

1,2,5

5

8 6

1,2,5

50505050

3 111

50505050

3 111

725

3

725

3

Сушка кормовых дрожжей была проведена ВНИИГом [21]. Дрожжи в виде суспензии непрерывно подавались пневмофорсункой в слой сухих гранул. Температура под решеткой 240—270° С, на выходе из сушилки 90—115° С. Скорость воздуха у решетки 2—3,5 mJ сек. Сухие дрожжи непрерывно выводились из аппарата. Г ранулометрический состав высушенных кормовых дрожите й был следующий:

Фракция, мм.... 0,250,25 + 0,50,5+1,0 4 + 2>2Всего

Масс, % 13,512,52360100

Качество дрожжей соответствовало техническим условиям.

Сушка угольного шлама в виде пульпы в фонтанирующем слое осуществляется в сушилке, имеющей биконическую форму [22]. Установка состоит из топки и сушилки. Угольный шлам подается в сушилку в виде пульпы двумя форсунками, установленными друг против друга в наиболее широкой части сушильной камеры под углом 〜45°.

Сушка растворов легкоплавких, тугоплавких и термически не устойчивых соединений. Сушку растворов термпческп пеустойчи- Rhix и легкоплавких соединений с одновременной грануляцией

можно осуществить в псевдоожиженном слое с зонами нормального клпения и зонами свободного фонтанирования. Зоны нормального кипения создаются за счет подачи через решетку аппарата воздуха пли топочных газов со скоростью, незначительно превышающей скорость начала псевдоожижения (число псевдоожижения 1,1——1,3).- Локализованные зоны фонтанирования создаются введением в псевдо- ожиженный слой топочных газов из сопел, проходящих череа

Рпс. IV-9. Схема установки для обезвоживания растворов сульфата аммония:

? — ем кость р аствор а; 2 — газовые топки; 3 — бункер готового продукта; 4 — жидкостные питатели; 5 — теплооб- менные сопла; 6 — отборное устройство; 7 — корпус аппарата; 8 — циклоны.

газораспределительную решетку или стенки аппарата кипящег слоя. Подачу высокотемпературного теплоносителя (топочные газ1 с температурой до 900—1000° С и выше) и распыленного раствор осуществляют совместно в локализованных участках фонтанирова пия. Температуру воздуха, поступиющего через решетку аппарат для создания зоны нормального кипения, поддерживают равно! температуре слоя, но не превышающей температуру начала разлс же пи я или плавления вещества [2]. Этот способ был применен 〃马 сушки растворов сульфата аммония — легкоплавкого, термичесК

неустойчивого соединения, который по старой технологии получался в виде мелких, слеживающихся при хранении кристаллов.

На установке, схема которой приведена на рис. IV-9, отрабатывали по новому способу технологию обезвоживания растворов сульфата аммония.

В табл. IV-8 даны сравнительные показатели сушки растворов сульфата аммония в аппарате кипящего слоя обычной конструкции и предложенным способом.

Таблица IV-8 Результаты сравнительных испытаний сушки растворов сульфата аммония

Температура теплоносит еля, ℃

Производительность по сульфату аммония, кг/ч-м2 решетки

Производительность по испаренной воде, кг / ч - м2 решетки

Гранулометрический состав готового продукта, л«и

Удельный расход тепла, ккал/кг испаренной влаги

Кислотность

Не более 180 *

Не более

200

Не более

300

От 7 до 0,25 не регулируется

2200

Не удовлетворяет требованиям ГОСТа

До 146** на псевдоожижение； 90Э-—1000 в локализованные зоны фонтанирования

До 1200

1500—

1700

Любой заранее заданный; содержание заданной фракции не менее 70%

900

Удовлетворяет требованиям

ГОСТа

* Старый метод.

** Предлагаемый метод.

Удельный расход тепла на пилотной установке 900 ккал!кг воды. удельный расход воздуха 10 кг/кг продукта.

По полученным данным была спроектирована и смонтирована опытно-промышленная установка произ во дител ьностью 6 т гранулированного сульфата аммония в сутки.

Сушка растворов гигроскопических веществ. Обезвоживание растворов 40——42 %-ного едкого натра осуществлялось в аппарате (см. рис. П-68), позволяющем проводить удаление основного количества воды и концентрирование раствора до его поступления н кипящий слой. Отличительная особенность этого аппарата в том, что раствор выпариваемого вещества подается в аппарат через I)а с пыл ива ющие форсунки, установленные в соплах, по которым -аппарат подается теплоноситель с высокой температурой, значительно превышающий температуру плавления выпариваемого вещества. Благодаря интенсивному теплообмену на выходе из сопел чропсходит мгновенное испарение воды и концентрирование раствора, который в распыленном состоянии попадает в псевдоожиженный слой, где происходит кристаллизация (грануляция с досушкой),

а пары воды уносятся встречным потоком ожижающего агент用 из аппарата.

В результате этого в зоне кипящего слоя парциальное давлений паров воды поддерживается на уровне, необходимом для получений безводных продуктов. Таким образом, благодаря наличию тепл。」 обменных сопел в аппарате процесс сушки протекает в две стадии у концентрирование раствора в потоке теплоносителя в соплах! и кристаллизация с досушкой кристаллов в кипящем слое.

При проведении опытов по обезвоживанию растворов гигро」 скопичных веществ: гидроокиси натрия (NaOH) с получением* твердого гранулированного NaOH высокой чистоты и мочевины ICO(NH2)21 были получены следующие данные: п

По мочевине (60—70%-вый раствор производительность, кг/лг2. ч 600

удельный расход

воздуха, кг кг влаги 35

тепла, ккал/кг влаги1400

По едкому натру производительность кг/м^ • ч . 280

удельный расход тепла, ккал/кг влаги . . . . 2300

СУШКА НА ИНЕРТНЫХ ТЕЛАХ

Сушка пастообразных материалов и растворов на инертны» телах сопровождается одновременным измельчением высушенного? продукта и выносом его воздушным потоком из сушилки. Среднее время пребывания частиц в слое определяется скоростью испарения влаги с поверхности и кинетикой истирания высушенного материала

При этом способе отсутствует перегрев материала, время пребы-j вания исчисляется минутами, поэтому он может быть применим дл耳 сушки термочувствительных продуктов. Соударения инертных тел приводят к непрерывному разрушению (обновление поверхности образовавшейся сухой пленки материала на поверхности инертноп -тела, и процесс протекает в основном в первом периоде скорост! сушки. :

В некоторых случаях (при сушке вязких паст) подаваемая паст; ле покрывает пленкой инертные частицы, а находится между никй (медно-никелевый катализатор, пигмент фиолетовый, бариевые ферриты). Поверхность высушиваемого материала в десятки pal превышает при этом поверхность инертных тел и процесс протекаем более интенсивно; роль же инертных тел заключается в «перемалн ваннн》частиц пасты и в предотвращении образования komkoi •обеспечивая подвижность слоя.

Пастообразные материалы

В табл. IV-9 приведены данные по сушке ряда органически красителей в фонтанирующем слое (в цилиндро-конической сушилке •образованном инертными телами — стеклянными шариками. Подач 230

паст и суспензий производилась большей частью сбоку в нижнюю часть слоя в виде струйки с помощью шестеренчатого или поршневого насоса, поскольку все пасты обладали свойством тиксотропии и при предварительном перемешивании в смесителе приобретали достаточно подвижную консистенцию. Струйка пасты, попав в зону высоких температур и скоростей (20——40 м/сек), подх ватывал ась потоком теплоносителя, разбивалась им на мелкие струйки и обволакивала поверхность поднимающихся с потоком газа стеклянных шариков. Одновременно шел интенсивный процесс сушки: пленка быстро подсыхала и уже при нисходящем движении частиц в плотной фазе у стенок аппарата «склеивания» шариков не происходило ——пленка досушивалась и истиралась, поверхность же шариков обновлялась для того, чтобы вновь принять на себя следующую порцию влажного материала при следующем попадании в зону действия струи.

Следует отметить, что подача пасты или раствора в нижнюю часть слоя при фонтанировании предпочтительнее, чем сверху на слой, так как при попадании в верхнюю часть фонтана, имеющую уже невысокую температуру, и при покрытии частиц, которые тут же отбрасываются к стенкам, возможно склеивание частиц, движущихся вниз в плотной фазе. Если это и не произойдет (при малой производительности), то подсушенные уже частицы попадут в зону наиболее высоких температур, что нежелательно при сушке термочувствительных материалов, какими, в частности, являются многие органические красители.

Кроме перечисленных в таблице красителей и лаков, совместно с НИОПИКом проводилось исследование процесса сушки ряда красителей (кислотного синего, антрахинонового, катионного желтого 43, катионного красного 2С, активного ярко-красного 5СХ) и некоторых полупродуктов. Полученные данные использованы Гипроорхимом и НИОПИКом при проектировании установок для одного из строящихся заводов.

Установка смонтирована и пущена в эксплуатацию. При сушке суспензии красителя активного ярко-красного 5СХ с содержанием сухого вещества 20—25% сняты следующие показатели:

Температура теплоносителя, ℃ на входе 150

на выходе Ю0

Расход теплоносителя, кгч 5000

Сопротивление всей установки, мм вод. ст, . , 300

П роизводителыюсть, кг/ч по сухому 25

по влаге Ю0

Влажность высушенного красителя, % ....2,5

Концентрация, % до сушки 134

после сушки (34

Гидролиз активного хлора по хроматограмме до сушки Нет

после сушкиНет

С\шка пастообразных красителем в фоц

Габлш{( /1 -.7

т“”нр>юи；см слое стеклянных шариков

Матрриал

Аппарат

L

СУШИЛЬНЫЙ агент (ВОЗ"Х)

У.ельный расход^^г/ч11 И

вчажность, %

слой

темпгр т. ра.скорость,

См/сек

1

1 тепла

1.

Красится

ь

способ подачи

диаметр, мм

S 1

1

воз， ха, л влаги

кд ж

кг влаги *

к ела и

W*

с

Кислотпь пшй 2 «<

Ki

М»

57,15

58,5

5.41

40

150

150

175

175

3 1

I 140

175

90

90

11.5

13

0.31 C,32

41-8

30,0

5630

4690

1340

1120

38,323-2

54738.2

40.2

48.2

Кислотный фиолетовый H2CV

Шестеренчатым насосом сбоку в ядро потока

55,9

11,3

0= 400 do 70

150

ISO

H

15U

6512

1

0,29

30-5

3980 1950

69434

57

Кнс ютпый коричневый

2KM

73,6

71,3

5,93

3,28

150

240

180

220

160

120

7012.5

7515

0,31 M0

18

32-6

2830675

3270780

955%5

7846.2

80

69

Кпслотнь розовый

jii М

75

7,5

О= 400

〃о = 50

260

270

3,5 I

240

110

26.2

0.324

33

6820

1G30

53,531.5

34

я

Кпеютнь

{елтын Н：

гй

2KM

—

—

0 = 475

d0一: 85

270

365

1

70

21,5

0,53

174

3060

731

1891U9

74

Нпслстне коричнев 2КМ

危 ый

Поршневым насосом В СЛОЙ без распьпеноя

63,2

63,8

6,67

6,68

0 = 400 do = 70

220

220

4Go 461

1 182

66

80

36,3

42,2

0.465

0.547

29,6

23,2

4(И()

3950

963

943

166.399

100.5120

56」

57-4

Кислотный серый НЗМ

67,85

65,7

65.95

22 什474

220 1 4413 ■

220468

200

247

294

77

78

83

42.75

44.1

49.2

0.53

U.51

0,53

18.2

141

12.3

3360

3350

3540

802Н'6.399

798200.5120

8 45234.514 0

l)7,2

678

63-8

Лак ocuoBHoii синий К

77

0.95

250 ' J；5 1 6 j

i 200

107

42

0.815

26,7

11!1

4770111016197.5

45.7

J

ак основ

розовы i

ЧОЙ

Впбропптате- лем

72.5

72,5

2.33

1.27

О KJ

G 7。

190

190

335

320

1 у

18()

2( Ю J

70

93

28.9

31.9

1 0.542

0.635

1

24.6

22 1

1 3S20 4520

1

925

1О'；О

124 575-5