МАШИНОСТРОЕНИЕ

СУШИЛЬНЫЕ ШАХТНЫЕ АППАРАТЫ

Сушильные шахтные аппараты применя­ют для сушки хорошо сыпучих дисперсных материалов (гранулированных, зернистых, мелкокусковых) с небольшой их начальной влажностью [44, 46, 55]. Эти сушилки относят­ся к аппаратам с неактивной (спокойной) гид­родинамикой, поэтому их используют для обезвоживания материалов с большим внутри- диффузионным сопротивлением, скорость сушки которых определяется, в основном, пе­ремещением влаги внутри частиц и мало зави­сит от скорости газовой фазы. Типичным при­мером применения шахтных сушилок в хими­ческой промышленности может служить сушка гранулированных полимеров (полиамидов раз­личных марок, полиэтилентерефталата, поли - бутилентерефталата, полиэтилена, полипропи­лена, полистирола, поликарбоната, этрола и др.) как на стадии их производства (когда это требуется технологией получения), так и при производстве из них изделии на литьевых и шприц-машинах.

Отличительной особенностью шахтных сушилок является наличие вертикальной шах­ты круглого или прямоугольного сечения, пол­ностью заполненной материалом, через кото­рый продувается сушильный агент. Шахтные сушилки могут быть как периодического, так и непрерывного действия, которые имеют пре­имущественное применение. Продувка слоя может осуществляться как вдоль оси шахты (в аппаратах круглого или прямоугольного сече­ния), так и в радиальном направлении (в аппа­ратах с кольцевым слоем высушиваемого ма­териала).

В непрерывно действующей шахтной су­шилке с осевым противоточным движением сушильного агента материал поступает через штуцер 2 и движется сплошным плотным сло­ем сверху вниз, производительность регулиру­ется питателем 5 (рис. 5.2.29, а). Сушильный агент подается через газораспределительное устройство 4 корпуса У, проходит снизу вверх через слой высушиваемого материала и выво­дится через штуцер 3.

Шахтные сушилки без расположенных внутри газораспределительных коробов назы­вают также колонковыми.

По мере продвижения через слой мате­риала газ насыщается влагой и на некоторой высоте слоя может полностью потерять свои свойства как сушильного агента, поэтому вы­сота слоя материала в непрерывно действую­щей шахтной сушилке должна быть меньше этой предельной высоты, на которой достига­ется насыщение газовой фазы влагой. Для обеспечения этого условия в шахтных сушил­ках по высоте шахты У часто устанавливают ряды газоподводящих и газоотводящих коро­бов 4, через первые из них подводится свежий сушильный агент, а через вторые отводится от­работавший (рис. 5.2.29, б).

Газоподводящие короба (знак «+») и га - зоотводящие (знак «-») в сушилке чередуются по высоте. Расстояние между коробами по вы­соте выбирают таким образом, чтобы сушиль­ный агент, проходя через расположенный ме­жду ними слой материала, сохранял свой су­шильный потенциал. Оно определяется соот­ношениями расходов взаимодействующих фаз и кинетикой сушки.

В шахтной сушилке с кольцевым слоем материал и сушильный агент движутся пере­крестным током (рис. 5.2.30, а). Достоинством аппарата этого типа является то, что толщина

СУШИЛЬНЫЕ ШАХТНЫЕ АППАРАТЫ

Рис. 5.2.29. Шахтная сушилка

Слоя высушиваемого материала может быть выбрана независимо от необходимого времени пребывания материала в сушилке. Ее выбира­ют такой, чтобы не наступало насыщение су­шильного агента влагой на выходе газа из слоя и чтобы гидравлическое сопротивление слоя при его продувке сушильным агентом было приемлемым. Кроме того, в них отсутствуют газоподводящие и газоотводящие короба, уве­личивающие металлоемкость аппарата.

Основным недостатком непрерывно дей­ствующих шахтных сушилок кольцевого слоя является, неравномерное поле скоростей мате­риала, что обусловлено трением материала о стенки перфорированных цилиндров. Для обеспечения однородности частиц по времени пребывания в аппарате применяют специаль­ные инверторы, предназначенные для радиаль-
ного перемешивания слоя. Схема сушилки кольцевого слоя с инверторами показана на рис. 5.2.30, б. Другим техническим решением задачи выравнивания поля скоростей твердой фазы в сушилке кольцевого слоя является соз­дание конструкций аппаратов с расширяю­щимся книзу слоем (рис. 5.2.30, в). Направ­ляющие конусы 7 предназначены для устране­ния застойных зон материала в местах его за­грузки и выгрузки.

Расчет шахтных сушилок. Площадь се­чения шахтных сушилок определяют по урав­нению расхода твердой фазы, задаваясь скоро­стью его продвижения по аппарату vT:

ИгРмО-Єсл) где G - расход высушиваемого материала; рм - плотность материала; Єсл - порозность слоя.

(5.2.29)

Высоту рабочей зоны сушилки опреде­ляют из кинетического расчета, находя необ­ходимое время пребывания материала в аппа­рате т. При известном времени т высота рабо­чей зоны сушилки Н определяется соотноше­нием:

Я = VTT.

Современные математические модели, описывающие кинетику сушки материала в шахтных сушилках, базируются на выделении в качестве ключевого элемента кинетику суш­ки элементарного (дифференциального тонко­го) слоя материала или единичной частицы (микрокинетическая задача). Переход на мак­роуровень (описание кинетики сушки материа­ла во всем объеме шахтной сушилки) осущест­вляется с использованием одного из двух под­ходов, в первом из них используется непод­вижная (эйлерова) система координат, которая фиксируется на корпусе аппарата в месте ввода материала, а во втором случае выбирается под­вижная (лагранжева) система координат, свя­зываемая с центрами частиц, перемещающихся по аппарату [55, 56].

В первом варианте микрокинетическое уравнение записывается обычно в виде зави­симости для скорости сушки в дифференци­ально тонком слое, которое, по сути, представ­ляет собой модифицированное уравнение мас - сопередачи (5.2.4).

СУШИЛЬНЫЕ ШАХТНЫЕ АППАРАТЫ

Рис. 5.2.30. Схемы шахтных сушилок с кольцевым слоем: а - простая; 6-е инверторами; в - с расширяющимся книзу кольцевым слоем; 1 - кожух; 2 - внутренний перфорированный цилиндр; 3 - наружный перфорированный цилиндр; 4 - инверторы; 5 - приемная камера влажного материала; 6 - приемный коллектор отрабо­танного теплоносителя; 7- направляющие конусы; 8- наружный перфорированный конус; /- воздух системы пневмотранспорта; II - материал; ///-сушильный агент

Переход на макроуровень в этом варианте расчета осуществляется с использованием уравнений материального и теплового баланса и уравнений, описывающих перемещение ма­териала и газовой фазы в сушилке. При этом, поскольку температурно-влажностный режим

Изменяется по высоте шахты, обычно исполь­зуют зональный метод кинетического расчета, в соответствии с которым вся высота шахты разбивается на ряд зон, в пределах каждой из которых параметры процесса, кинетические коэффициенты и теплофизические характери­стики материала принимаются постоянными. Из решения макрокинетической задачи находят высоту слоя материала в каждой /-ой зоне hh после чего рассчитывают общую рабочую вы­соту слоя в сушилке:

/=1

Где n - число зон.

Во втором варианте описания макрокине­тики также, как правило, используется зональ­ный метод кинетического расчета и из реше­ний задачи тепло-, массопереноса для единич­ных гранул с учетом их неоднородности по размерам и по времени пребывания в зоне оп­ределяют среднее необходимое время пребы­вания частиц в z-ой зоне аппарата т, на основе соотношения

J ^max <»

«кI=j j f{R)\f{xix)U(R, x)dRdx,

1 ^min о

(5.2.30)

Где мк - среднее для всех частиц влагосодер­жание материала на выходе из рассматривае­мой зоны аппарата, кг/(кг сухого материала);

/(/?) - дифференциальная функция распреде­ления частиц по размерам R, /?mjn, ~ соответственно минимальный и максимальный размер частиц, м; й(Я, т) - среднее влагосо­держание в частице размером R в момент вре­мени т; /(т/т) - дифференциальная функция

Распределения частиц по времени пребывания в зоне.

Суммированием величин т) по зонам на­ходят общее необходимое время пребывания частиц в шахтной сушилке т, подставляемое далее в уравнение (5.2.29).

Пример реализации первого подхода к рас­чету - кинетическая задача с использованием диффу­зионной модели продольного перемешивания твер­дой фазы. Для первой зоны (по ходу движения твер - где х - продольная координата, сориентированная по направлению движения твердой фазы, начало кото­рой расположено в месте входа ее в рабочую зону;

Dnрт - коэффициент продольной диффузии твер­дой фазы; / - некоторая произвольная координата, для которой можно принять, что массопередача в

Этом сечении аппарата уже не происходит; ин - на­чальное влагосодержание материала, кг/(кг сухого материала).

Граничное условие (5.2.32) описывает «вклю­чение» механизма продольного перемешивания твердой фазы на входе в аппарат, а граничное усло­вие (5.2.33) соответствует представлению о достиже­нии фазового равновесия при х = I.

Решение задачи (5.2 31) - (5.2.33) при г;т, £>прт, ин, К, мр = const имеет вид [56]:

И(у)~и

= С, exp(kly) + C2 exp(к2у).

U»~Up

(5.2.34)

Коэффициенты С| и С2 в уравнении (5.2.34):

___________ ~к2 ехр(*2)____________

(а,*, -\)к2 ехр(к2)-(а]к2 -1)*| ехр(*,)'

^_______________ ~к\ ехр)_____

T 2 _ ' (я, - 1 )к2 ехр(к2) - (а, *2 - 1 )к\ ехр(*,)

Где к}, к2 - корни уравнения; а0к} - Ь0к, - 1 = 0;

B0=vT/(Kl), а}= 1/Репрт. Из решения (5.2.34) определяют высоту первой зоны у = h\, задаваясь конечным влагосодержани -

Ем материала на выходе из нее fy = ф(мкі).

Для второй и последующих зон начало коор­динат помещают в начало каждой из этих зон, гра-
ничное условие (5.2.32) должно быть при этом заме­нено на следующее (поскольку механизм продольно­го перемешивания сформировался еще в начале пер­вой зоны):

И(х) = ин; х = 0. (5.2.35)

Высота второй и последующих зон находится из решения задачи (5.2.31), (5.2.33), (5.2.35).

Суммирование значений h, дает общую рабо­чую высоту шахтной сушилки:

#=1

Где п - число выбранных зон.

В непрерывно действующих шахтных сушилках реализуется структура потока твер­дой фазы, близкая к режиму идеального вытес­нения. Приведенное выше расчетное уравнение (5.2.34) применимо и для этого случая, для это­го следует в нем положить число Репр т дос­таточно большим (например Репр т > 30 ).

Во втором подходе к расчету кинетики сушки дисперсных материалов в шахтных су­шилках (использование подвижной лагранже - вой системы координат, связываемой с цен­трами частиц, перемещающихся по аппарату) микрокинетика описывается на основе реше­ния взаимосвязанной задачи массо-, теплопе - реноса в частице при соответствующих на­чальных и граничных условиях. Этот подход особенно удобен в следующих случаях: 1) форма частиц близка к канонической (пласти­на, цилиндр, шар); 2) имеет место внутридиф - фузионный режим сушки (скорость процесса зависит только от скорости миграции влаги внутри частицы); 3) задача теплообмена явля­ется балансовой (ввиду медленной сушки ма­териал достаточно быстро прогревается до температуры сушильного агента, поэтому в каждом сечении шахтной сушилки можно при­нять приближенное равенство температур ма­териала и сушильного агента) [56]. Последнее обстоятельство исключает необходимость ре­шения взаимосвязанной задачи тепло-, массо - переноса для частиц и позволяет описать мик­рокинетику сушки только на основе решения задачи массопроводности (диффузии влаги) в частице. Именно такие условия складываются при глубокой сушке гранулированных поли­мерных материалов в шахтных сушилках, при­менительно к которой такой подход и получил преимущественное применение [55].

Сформулируем одномерную микрокинетиче­скую задачу для рассматриваемого класса сушиль­ных процессов для частицы канонической формы (пластины, цилиндра, шара):

Ди(х. т)/дг = (1 хь )(д/дх)х

X[V D{u, t)(du(x, T)f йх)], (5.2.36)

0<x<R, т>0; ди(х, т) = ин = const, Q<x<R, т = 0; и(х, т) = ир,

Х = т > 0;

Ди(х, х)/дх = О,

.X = 0, т > 0, R

М(/г. т) = [(б + і)//?А+І]

О

Где Mp = /j(cp,/c). D = f2(u, t)- b = 0 дтя пласти­ны; b = 1 для цилиндра; b - 2 для шара, ф - относи­тельная влажность сушильного агента, D - коэффи­циент диффузии влаги в грануле.

Для непористых полимерных матери&чов ха­рактерны при t - const экспоненциальная и дробно - линейная зависимости D от и.

D = D0 ехр(ош);

D=D0/(l-aw), |аи| < 1.

Где Dq, а = const.

В [55] приведены результаты численного ре­шения микрокинетических задач для глубокой сушки гранулированных полимеров, которые представлены в обобщенной форме - в виде зависимостей

Ј = где Е = 5{й-ир)/{ин-ирУ

Х = DHjDp - параметр нелинейности; Fo//; =

= От/ R2 - число Фурье (массообменное). Эти решения применимы для расчета процесса глубокой сушки гранулированных полимеров в изотермических условиях. Зональный метод расчета позволяет использовать их в условиях изменения температуры и влажности сушильного агента по рабочему объему аппарата. Показана также при­менимость для расчета микрокинетики глубокой сушки гранулированных полимеров (с использовани­ем зонального метода расчета) решений линейных дифференциальных уравнений диффузии [55].

Решение задачи (5.2.36) в сочетании с зависи­мостью (5.2.30) позволяет найти среднее необходи­мое время пребывания материала в первой зоне ап­парата Tj Аналогично находят время сушки Т2 во

Второй и последующих зонах аппарата, при этом в качестве начального условия в задаче (5.2.36) вместо уравнения (5.2.33) принимают конечное распределе­ние влагосодержания в предыдущей зоне. Разбивку рабочего объема аппарата по зонам удобно делать, задавая интервалы изменения влагосодержаний в них, т. к. это позволяет сразу учесть изменение коэф­фициента массопроводности по зонам.

Зная т"; далее определяют общее время его

Сушки в аппарате т и высоту рабочего объема су­шилки - по уравнению (5.2.29). Подробно методика и пример такого расчета приведены в [55].

МАШИНОСТРОЕНИЕ

Производство и продажа хонинговальных головок

Хонинговальные головки 36-160 мм. Контакты для заказов хонголовок: Украина: +38 050 457 1330 Россия: delo7.ru - представитель в России hon@msd.com.ua Видео обзор хонов от 60 до 80мм: Видео хонголовок с …

ПРИЕМ, ХРАНЕНИЕ И ПОДГОТОВКА РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ

Светлые сыпучие ингредиенты и тех­нический углерод по требованиям стандарта должны поступать на заводы резиновой про­мышленности в кондиционном виде, не тре­бующем дополнительной обработки [41]. Од­нако транспортировка и хранение этих мате­риалов в …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел. +38 05235 7 41 13 Завод
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 067 561 22 71 — гл. менеджер (продажи всего оборудования)
+38 067 2650755 - продажа всего оборудования
+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи всего оборудования
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Скайп: msd-alexandriya

Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Представительство МСД в Киеве: 044 228 67 86
Дистрибьютор в Турции
и странам Закавказья
линий по производству ПСВ,
термоблоков и легких бетонов
ооо "Компания Интер Кор" Тбилиси
+995 32 230 87 83
Теймураз Микадзе
+90 536 322 1424 Турция
info@intercor.co
+995(570) 10 87 83

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.