Гранулирование

Теплообмен

Межфазный теплообмен в фонтанирующем слое имеет свои особенности, обусловленные наличием двух зон с различным характером движения частиц.

Перенос тепла в ядре слоя от газа к частицам аналогичен переносу тепла в режиме восходящего пневмотранспорта, а в периферийной пристеночной зоне — в режиме фильтрации газа через слой с учетом смешения двух дисперсных потоков с раз­личной температурой. Твердые частицы обычно рассматривают как своеобразный промежуточный теплоноситель [105], кото­рый, нагреваясь в ядре до температуры более высокой, чем

средняягемпература слоя, вносит в периферийную зону часть тепла и сЬ^ает его вновь поступающему в аппарат материалу, например Частицам ретура. Обмен тепла в периферийной зоне идет до состояния равновесия между твердой и газовой фаза­ми. Следовательно, для описания условий теплообмена в фон­танирующем слое можно применить двухзонную модель.

Скорость тешюносителя в ядре слоя значительно выше, чем в периферийной зоне и, соответственно, локальные значения коэффициента теплообмена а в ядре на 1—2 порядка выше. За­висимость а от скорости газа w имеет нелинейный характер: при wjwn. у.фС 1,7 значения а увеличиваются с ростом скорости газа, а затем начинают уменьшаться. Авторы объясняют это действием двух противоположных факторов: с одной стороны, увеличением межфазной скорости, а с другой— увеличением порозности ядра. Максимальное значение аЭф предложено оп­ределять по следующей зависимости:

Nu»«,= 3 • 10-4Re‘.3 «„.у. ф (ш/шн. у.ф) ‘-34. (4.99)

В уравнении (4.99) за межфазную поверхность принима­лась общйя поверхность частиц в слое, поэтому рассчитанный коэффициент теплообмена является эффективным аЭф и харак­теризует интенсивность теплообмена во всем объеме слоя. Та­кой подход связан с трудностью определения межфазной по­верхности в ядре традиционного фонтанирующего слоя.

Для фонтанирующего слоя с искусственно сформированным ядром (трубчатой вставкой) межфазная поверхность и пороз - ность в ядре могут быть определены по формулам (4.97) и (4.98). Тогда, по аналогии с режимом восходящего пневмотран­спорта [106], теплообмен в ядре описывается зависимостью.

Nu = 2/[1 — (1 — e„)°.S3|+2Re0'55Pr°-33/3ea. (4.100)

Первый член правой части уравнения (4.100) учитывает кондуктивный перенос тепла, а второй — конвективный.

Для описания условий теплообмена в периферийной зоне слоя можно использовать зависимость [107], полученную для фильтрующего слоя:

Nu = 0,42+0,35Re°-8 (4.101)

При определении а необходимо знать перепад температур между газом и циркулирующими частицами.

Экспериментально определить температуру частиц очень трудно. Для этой цели можно использовать результаты расчета осредненных значений по сечению ядра температуры газа и твердых частиц, полученные на базе математической модели и метода расчета теплообмена [108] с учетом эксперименталь­но определяемых Gт, Fя и шя.

На рис. 4.20 представлены расчетные кривые изменения тем­пературы частиц и газа в ядре фонтанирующего слоя. Каквид-

Рис. 4.20. Изменений температур f, частиц и газа tr / ядре диамет­ром D„ фонтанирующего слоя (Н0=80б мм, 0==ЗЗО кг/ч, t0= =437 °С, Асл = 147 °С)

но из рирунка, межфазный теплообмен наиболее интен­сивен в нижней части ядра, где перепад температур имеет максимальное значе­ние. При этом падение тем­пературы газа значительно превышает приращение тем­пературы частиц. Эта осо­бенность фонтанирующего слоя позволяет осуществлять в нем гранулирование термолабильных продуктов, не опасаясь потери их качества.

В последнее время появились способы гранулирования паст. и растворов в комбинированных аппаратах фонтанирующего слоя, в ядре которого происходит взаимодействие встречных турбулентных струй [109].

Глава 5