Сушка в фонтанирующем слое

Фонтанирующий слой имеет неоднородную структуру. Гидродинамика движения фаз в нем изучена еще неполноценно. Именно это является причиной того, что на сегодняшний день модельные представления о протекании сушки дисперсных материалов в фонтанирующем слое недостаточно развиты.

При создании одной из первых моделей сушки в фонтанирующем слое в основу анализа были положены несколько допущений:

- т.к. доля общего времени нахождения частиц в фонтанирующем ядре очень незначительна, то массопередача в нем пренебрежимо мала в сравнении с периферийным слоем;
- изотермичность фонтанирующего слоя материала связана с постоянным перемешиванием его частиц;
- внутри частиц материала градиенты температуры малы, т.е. слой находится в диапазоне средних температур и влагосодержания;
- влагоперенос внутри частиц происходит по закону диффузии с постоянным коэффициентом диффузии влаги, который не зависит от влагосодержания, однако в зависимости от температуры он меняется по закону похожему на закон аррениуса;
- на поверхности частиц материала влагосодержание постоянное, его значение определяется опытным путем. Это позволяет применить граничное условие 1 рода для диффузионной задачи внутреннего влагопереноса.

Принятые допущения об интенсивной циркуляции частиц материала в объеме фонтанирующего слоя сводят сушку к процессу, который характерен для установок полного смешивания. Получается, что специфика сложного движения агента сушки и частиц материала в фонтанирующем слое не учитывается.

Вероятно, что такие предельные допущения являются оправданным для процессов очень интенсивного перемешивания твердых частиц, обеспечивающего изотермичность рабочего объёма фонтанирующего слоя.

Только на основании достоверных сведений о внутренних гидродинамических процессах фонтанирующего слоя можно заниматься моделированием сушки дисперсных материалов в этом слое. При проведении анализа самым сложным моментом в гидродинамике процесса является поступление частиц материала в центральную часть фонтана, что в значительной степени оказывает влияние:

- на концентрацию материала в фонтане;
- на распределение по высоте статического давления;
- на количество газа, который фильтруется в периферийную зону;
- на характеристику распределения материала по времени его нахождения в каждой зоне и в объеме установки.

Если ввести вертикальную перфорированную перегородку (сделать преграду) между периферийной зоной и фонтаном, можно предотвратить поступление частиц материала по всей высоте зоны фонтана и заставить их поступать из кольцевой зоны исключительно в нижнюю зону фонтана. В установках с подобными перегородками можно в большом диапазоне менять степень циркуляции частиц между зонами, меняя величину отверстия 4 (см. рисунок) в перегородке 3. В этом случае удается упорядочить циркуляцию частиц, сделать время их нахождения в каждой зоне более равномерным, чем при отсутствии этой преграды, когда циркуляционные контуры имеют разные радиусы и совершенно случайный характер. Получается, что частицы материала будут проходить через основание фонтана. Именно в этом месте самые лучшие условия тепломассообмена газа с частицами. Дополнительным плюсом этого оказывается ненадобность запаса по давлению дутьевого устройства при запуске установки, т.к. нет пика пускового статического давления.

Благодаря перфорации перегородке 3 происходит фильтрация агента сушки из основного восходящего потока в зону периферии плотного слоя. На рисунке показана работа симметричного аппарата. В нем двухсторонний плотный слой и вертикальная плоскость симметрии, проходящая по месту вертикальной стенки 1, которой нет в симметричном аппарате.

Интенсивность сушки во многом определяется скоростями агента сушки в каждой зоне установки и скоростями и концентрациями частиц материала в фонтане. В гидродинамической модели установки должны присутствовать уравнения, с помощью которых характеризуется пневмотранспорт дисперсного материала (фазы) в фонтане, а также уравнения фильтрации газа в слое материала и условия связывания скоростей и давлений газа по линии 3 контакта зон. По высоте фонтана происходят изменение скорости и расхода газа, что в некоторой степени осложняет описание пневмотранспорта.

В процессе составления гидродинамической модели этого процесса были приняты некоторые допущения:

- несущественность изменения плотности газа;
- фильтрационное перемещение газа в плотном слое происходит в соответствии с законом ламинарной фильтрации;
- одномерное движение частиц в фонтане;
- незначительное влияние взаимодействия частиц материала со стенками фонтана, друг с другом из-за малой высоты фонтана и небольшой объемной концентрации материала в зоне фонтана.

Материал подготовлен по книге: В.Ф.Фролов. Моделирование сушки дисперсных материалов. Издательство "Химия" Ленинградское отделение, 1987 г, 208 с.