Факторы интенсивности сушки

Продуктивность сушки определяется несколькими факторами.

Во-первых, эффективность процесса зависит от удельной производительности, отнесенной к единице объема установки, а для аппаратов кипящего слоя – площади решетки. Этим определяется удельный расход металла и используемый объем помещения.

Во-вторых, продуктивность сушки определяется значением удельного энергопотребления, которое состоит из удельных расходов электричества и топлива. Данные величины во многом зависят от полноты использования температурного потенциала вещества, выбранного в качестве теплоносителя (для сушки в кипящем слое он определяется разницей между температурой газа под решеткой и в слое). Поэтому процесс нужно проводить при самом низком допустимом значении температуры слоя и максимальной температуре теплоносителя.

И. М. Федоров и после уже другие исследователи в лабораторных условиях установили, что вблизи от газораспределительной решетки происходит выравнивание температур псевдоожиженного слоя и газа.

В проведённых исследованиях было подтверждено выравнивание температур слоя и газа на очень небольшом расстоянии (0,2-0,3 см) от решетки, при этом тепловые нагрузки достигали значений в 2 млн.ккал/(м²·ч). Для измерения температуры газа использовалась отсосная термопара. Процесс проходил следующим образом. На разной высоте от решетки устанавливали две жестко закрепленные малоинерционные термопары. Одна находилась в защитной трубке. В ее торцовой плоскости находилась пористая керамическая пластина. Через нее просасывался газ, причем скорость соответствовала скорости газа в слое. Вторая термопара измеряла температуру слоя. Ее конец был согнут под углом 90° в плоскости пористой пластины. Это было сделано для предотвращения внесения искажений.

Эксперимент был проведен при псевдоожижении кварцевого песка узкого гранулометрического состава. Средний размер частиц составлял 0,97 и 0,24 мм, число псевдоожижения – N=5.

Над фронтом слоя была расположена форсунка, через которую подавалась вода, за счет испарения которой поглощалось тепло топочных газов. Результаты изображены на рис. 1.

Рис 1 - Изменение температуры по высоте слоя

В дальнейшем исследования проводились при изучении процесса обезвоживания мирабилита на укрупненной опытной установке комбината Карабогазсульфат.

В момент достижения скорости газов в 3,5-4 м/сек и тепловых нагрузках около 2 млн.ккал/(м²·ч) создаются условия нестабилизирующегося роста гранул. При этом в системе создавалось тепловое равновесие. Газы покидали слой при температуре, которая была существенно выше температуры последнего. Для этих условий расчетным путем из теплового баланса не удалось установить условные коэффициенты теплоотдачи от газа к поверхности частиц ?, приравнивая при этом температуру их поверхности температуре слоя, измеренной малоинерционной термопарой, и принимая это значение постоянным. Значения изображены на рис. 2 в зависимости от d_ср (средний эквивалентный диаметр частиц) и могут выражаться эмпирическим уравнением:

Значение сопротивления слоя, т.е. его высоты, при котором происходит достижение теплового равновесия, благодаря которому выравниваются температуры газа и слоя, можно найти при комбинировании вышеописанного уравнения с эмпирической зависимостью d_ср от скорости газа (), которая была установлена в тех же экспериментах:
здесь C_t – средняя теплоемкость газов, ккал/нм³;
t_сл – температура слоя, °С;
V_Г – скорость газа, м/сек.

При оптимальном температурном режиме (условия: температура газа составляет 750-800°С, температура слоя равна 150°С и скорость газа 2,2-2,5м/сек) h=400 мм вод.ст.

	Рис 2 - Зависимость коэффициента теплопередачи ? в влое от диаметра частиц сульфата: 1 - 2,9 м/с; 2 - 2,8 м/с; 3 - 2,4 м/с; 4 - 2,2 м/с.

При других исследованиях высота зоны теплового равновесия частиц и газа не превышала 50 мм от решетки. Благодаря этому можно говорить о том, что интенсивность сушки не ограничивается скоростью массо- и теплообмена между газом и частицами. Даже при незначительных коэффициентах теплопередачи от газа к частицам их произведение на поверхность слоя настолько большое, что снимает кинетические ограничения. Отсюда следует, что интенсивность процесса сушки в кипящем слое зависит исключительно от скорости подвода тепла в слой. Поэтому оптимизировать процесс нужно путем ввода максимального количества тепла, но при этом надо учитывать, что пока практически может быть использована достаточно малая доля теплопоглощающей способности слоя.

Часто можно встретить описания установок кипящего слоя, которые функционируют при сравнительно незначительных тепловых нагрузках, а конструктивно они созданы для создания условий интенсификации массо- и теплообменных процессов, например путем создания режима противотока. Из сказанного следует вывод, что конструктивное усложнение или усложнение режима не оправдано.

Материал подготовлен по книге: И.Я. Каганович, А.Г. Злобинский. Промышленные установки для сушки в кипящем слое. Издательство "Химия" Ленинградское отделение, 1970 г, 176 с.