автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Динамические режимы грануляции на установках с псевдоожиженным слоем

гб ОД

а «96

На правах рукописи

Сскаленко Дмитрий Андреевич

ДИНАМИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ ГРАНУЛЯЦИИ НА УСТАНОВКАХ С ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ

17.08 - процессы и аппараты химической технологии

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тамбов 1996

Работа выполнена на кафедре "Технологическое оборудование 1 прогрессивные технологии" Тамбовского государственного техническое университета.

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор

кандидат технических наук, доцент

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

доктор технических наук,профессор

МИНАЕВ Георгий Александрович ДМИТРИЕВСКИЙ Борис Сергеевич

КАРПОВ Анатолий Михайлович АХУНДОВ Али Алиевич

Ведущая организация - АООТ научно-исследовательский институт по удобрениям и инсектофунгицидам (НИИУИФ) им.проф. Я.В.Самойлова

Защита диссертации состоится ^ О (¿-пХ-^у3 -Я_^995 года в ауд.

60, ул. Ленинградская, 1 в часов на заседании диссертацион-

ного совета К064.20.01 Тамбовского государственного технического университета. Отзывы в двух экземплярах, скрепленные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 392620 г.Тамбов, ул.Советская, 106, ТГТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТГТУ.

Автореферат разослан -3 1996

Ученый секретарь диссертационного созета

В.М.Нечаев

г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

- АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Для получения готовых" сухих "форм продуктов микробиологической и пищевой промышленности все шире используются грануляционные установки кипящего слоя с локальными зонами фонтанирования.

Характерной особенностью грануляции белковых продуктов, является необходимость подачи внешнего ретура, поэтому необходим четкий временной технологический контроль за размером образующихся в слое гранул. Рост среднего диаметра гранул в пусковой период, колебания размеров гранул ретура в процессе работы установки, приводят к тому, что грансостав псевдоожиженного слоя постоянно меняется и процесс грануляции идет в нестационарном или динамическом режиме.

Высокие требования, предъявляемые к химическому и гранулометрическому составу получаемых белковых продуктов, отсутствие математического описания для расчета динамических режимов гранулирования в аппаратах с локальными зонами фонтанирования, трудности ведения технологического процесса гранулирования белковых веществ - все это требует более детального моделирования процессов гранулообразова-ния, что и предопределило необходимость настоящего исследования.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с координационным планам научно-технических работ Академии наук СССР на 1986-1990 гг. (код 2.27.1.4.16) и координационным планом Российской академии наук по проблеме ТОХТ на 1991-1995 гг. (код 2.27.1.4.14).

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Целью настоящей работы являлось изучение динамических режимов грануляции кормовых белков в аппаратах с локальными зонами напыления, а также изучение совместной работы гранулятора и вспомогательного оборудования и выявление факторов влияющих на характеристики получаемого конечного продукта.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Определена гидродинамическая структура потоков в зоне роста гранул и на этой основе предложена математическая модель, описывающая кинетику гранулообразования в кипящем слое с учетом параметров зоны напыления. Изучены факторы, влияющие на структуру потоков в зоне напыления. Разработана математическая модель для расчета качественных показателей получаемых гранулированных белковых продуктов. Разработана математическая модель для расчета совместной работы гранулятора с набором вспомогательного оборудования.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Результаты теоретических и экспериментальных исследований позволили разработать методику и пакет программ для расчета динамических режимов грануляции при совместной

работе гранулятора и вспомогательного оборудования с определением качественных показателей готового продукта. Разработан алгоритм для определения оптимальных технологических режимов процесса гранулирования кормовых добавок. Впервые получены в гранулированном виде подпрессовые рыбные бульоны. Результаты работы использовались при проектировании установки для гранулирования подпрессовых рыбных бульонов производительность 2000 кг/час по испаренной влаге для Мурманского ПТО "Севтехрыбпром". Ожидаемый экономический эффект от внедрения одной установки составил 46 тысяч рублей (в ценах 1988 года).

Полученные результаты могут найти широкое применение при проектировании и эксплуатации установок для гранулирования кормовых добавок.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты диссертации обсуждались на Всесоюзной конференции ПАХТ (Харьков 1985), I Всесоюзной конференции "Ав-томатизаия и роботизация в химической промышленности" (Тамбов, 1986), III Всесоюзной конференции "Методы кибернетики химико-технологических процессов" (Москва, МХТИ, 1989),Всесоюзной конференции "Моделирование математической автоматизации проектирования, автоматизация системы научных исследований и гибких автоматизированных производств" (Тамбов, 1989), 10-й международной конференции CHISA-90 (Чехословакия, Прага, 1990), международной конференции • "Применение псевдокипящего слоя и фяувдизированных. систем . в пи-ще-вкусовой и биотехнологической промышленности" (Болгария, София, 1989).

ПУБЛИКАЦИИ. Основное содержание диссертации отражено в 10 опуб-" линованных работах.

СТРУКТУРА И ОБЬЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 110 страницах, содержит 33 рисунка, 8 таблиц и список литературы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВО ВВЕДЕНИИ обоснована актуальность работы, определены цели и сформулированы основные задачи исследования.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ описываются опыты, проведенные на лабораторной установке по гранулированию кормовых дрожжей и подрессовых рыбных бульонов. Опыты проводились для изучения возможности получения рыбных бульонов в гранулированном виде, а также для определения влияния режимов струйных течений, возникающих в зоне напыления на про-

цесс грануляции. Выявлена зависимость между режимом истечения газожидкостной струи и гранулометрическим составом получаемого продукта. В первой главе также дается обзор существующих работ по кинетике гранулирования в кипящем слое.

Из приведенного обзора можно сделать вывод, что для адекватного описания процесса грануляции в кипящем слое с локальными зонами напыления разрабатываемая математическая модель должна описывать нестационарные режимы грануляции, учитывать параметры зоны напыления, описывать работу аппарата гранулирования во взаимодействии с набором вспомогательного оборудования. Литературный обзор показал отсутствие приемлемых методик для . расчета динамических режимов грануляции.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ описываются эксперименты по определению структуры потоков в зоне факел - слой и приведены вывод и решение уравнений динамической модели грануляции с учетом параметров зоны напыления.

Для определения структуры потоков в зоне факел струи - псевдоожи-женный слой мы воспользовались традиционным методом, заключающимся в введении в исследуемый аппарат трассера.

Нами была разработана экспериментальная установка, изображенная на Рис.1. Установка представляла собой емкость прямоугольного сечения с прозрачными боковыми стенками 1. На одной из них устанавливалось круглое сопло 4 диаметром 100 мм. Внутри аппарата крепилась вертикальная перегородка 3. Размер отверстия устанавливался таким образом, чтобы он соответствовал поперечному сечению струи в месте установки перегородки.

Для импульсного ввода трассера в факел струи к соплу крепилась емкость в виде отрезка трубы 6 которая крепилась к соплу через фланцевое соединение. Между фланцами крепилась прокладка из бумаги 5. В образовавшуюся таким образом емкость засыпались частицы трассера, а сверху устанавливался поршень со штоком. При быстром нажатии на шток перегородка из бумаги рвалась и трассер попадал в сопло. Поршень при движении в трубе замыкал электрическую цепь, от которой включался электродвигатель 10, перемещавший по направляющим короб 12, разделенный на 12 секций. Частицы выносившиеся из факела струи (трассер+частицы, попавшие из слоя) попадали через патрубок 2 в движущийся короб. Для компенсации убыли частиц служил бункер 13. Бункер 11 служил приемником частиц работающей установки перед вводом трассера.

Эксперименты проводились на холодной модели. В качестве материала слоя использовались гранулы кормовых добавок: кормовых дрожжей и

. гранулы рыбных бульонов. Гранулы трассера готовились из этих же материалов путем нанесения черной несмываемой краски. Эксперименты проводились в два этапа. На первом этапе определялась структура потоков в зоне факела струи. _______________ ..

По концентрации трассера вычеслилась С функция по формуле:

С1(Т) XI

С1 - —12--(1)

Е1 0!(-С) Л-С

Для ячечной модели теоретическая С-функция вычислялась по формуле: Ия-1

Ия в!

С1--ехр(-Ыя ВО г (2)

(Ня " 1)1

где параметр 8 представляет собой безразмерное время, которое можно определить как: 12

XI Е1 С1(х)

01--12--(3)

£1XI с^х-)

Экспериментальные и расчетные кривые совпадают с точностью до 15%. Поэтому можно сделать вывод, что ячеечная модель удовлетворительно описывает время пребывания частиц слоя в зоне факела струи.

Второй этап состоял в определении характера циркуляции совместно для струи и псевдоожиженного слоя.

Зона факела струи и зона слоя существенно отличаются по объемам, поэтому общая модель будет состоять из двух "цепочек" ячебн отличающихся по объемам. Параметры ячеечной модели для факела определены в серии экспериментов, описанных выше. Общую модель факел-слой можно схематично изобразить:

I-1 1-1

I I До | I

I N1 .....\ Исл I -

II II

I-1 I-1

Тогда теоретическую С - функцию отклика на импульсный ввод " трассера для такой модели можно представить в ввде:

(Ня-Ысл-2)

Ия ^л 01

- С1 - -ехр(-Ыя 01 - ИслВ!) (4)

(Ыя " 1)1 (Чол " 1)1

ДО

I N1 |-» , к

* Мя

У

Опытные С-функции получали на той же установке Рис.1 импуль-тай подачей трассера на зеркало слоя. Подбором величины NCJI (зная з предыдущих экспериментов величину NH) выбирали теоретическую -функцию наиболее близкую к С-функции, полученной опытным путем, акой выбор делали из условия минимизации следующей функции: п 12 э 2

F (NCJI) - min Е £ (Ci3- - Cu) , ,(5)

i-1 j-i

це: 1-1,2,3____n - число кривых; 3-1____12 - число эксперименталь-

jx точек на каждой кривой;

Опыты проводились при числе псевдоожижения W-1.0-3.0. Число зл получилось в районе 1-1.6, уменьшаясь с увеличением W. Таким 5разом, для описания структуры псевдоожиженного слоя принимаем !ейку идеального смешения.

При построении математической модели принимались следующие лощения: 1. Гранулы имеют форму шара. 2. Жидкость, попавшая на занулы, растекается по ней тонкой пленкой и не переносится при энтактах гранул. 3. Обьем зоны напыления и массовый расход через эе постоянны во времени. 4. Распределение частиц по времени пребы-зния в зоне напыления аппроксимируется ячеечной моделью, а зона яоя - ячейкой идеального перемешивания. Зону напыления и прилегаю-|П0 к ней зону слоя схематично можно представить1 в виде системы 4еек, соединенных массовым потоком частиц Рис.2.

Рис.1. Схема экспериментальной Рис.2. Двухзонная модель псевдоустановки ожижеиного слоя

Массу частиц в одной ячейке зоны напыления и количество сухих

веществ, наносимое на частицы ячейки, можно определить по формулам:

Оф Ос

Ом - - ; 0а ~ --(6)

• Принимая, что начальное распределение частиц по размерам, входящих в первую ячейку зоны напыления, идентично распределению частиц в слое , найдем число этих частиц из выражения:

О*

Пвх1--°>-3--(7)

4/3 Я рт ! г У(г,"С)(1г о

Скорость роста для каждой ячейки:

Ос!

Х(Г)1-----(8)

4 Л ИФ1 ръ X г2 и! (г,-с) <±с о

Число частиц на выходе 1 ячейки Оф + 0с1 -1

Пвых!--"-3--(9)

4/3 л рт 5 г и!(г,)с1г о

Изменение числа частиц в 1 ячейке <1 И®!

- - ПВХ1 - Пвых1 (10)

с1 X

Изменение плотности распределения частиц по размерам для зоны факела можно описать следующим уравнением: 5 1)1 (г,1) 5 и! (г,-С)

- + М-с) - -

5 -С 5 г

пвХ1 (11) - №1-1 (г,-О - и^г.т:))

Иф!

Масса выгружаемого продукта

со з

Овыгр - Пвыгр 4/3 Л рт I г У(г.-С) с1г (12)

о

Расход ретура

со з

Ор - пр 4/3 Л рт I г Ув(г,-С) с!г (13)

о

Изменение плотности распределения частиц по размерам для зоны слоя можно описать следующим уравнением: 5 У(г,Х) ПвыхКя

---Ыя- (Чыя(г,Х) - У(гД)) +

5 X

N - L N®! 1-1

Пр

+ -Ns-

N - Е N<j,i 1-1

(14)

(Up (г,Т) - V(r.t))

Из условия постоянства массы слоя имеем: Мя

Овыгр - Ор + Е 0с1 1-1

Изменение числа частиц в слое: с1 N

- - Пр - Пвыгр

(3 X

(15)

(16)

Начальные и граничные условия для системы уравнений. (6-16) можно представить в виде: о о и! - V (г,0) ; N«1 - --- ;

Ui(0,t) - 0; о

V - V (г.О)

4/3 it рт J г V(r,0) dr

о

для 1- 1 до NH о 2ол

(17)

N

4/3 Я рт J г V(r,0) dr V(0,t) - 0 °

Таким образом, в начальный момент времени функция плотности распределения гранул по размерам U°i в факеле струи для всех ячеек совпадает с грансоставом кипящего слоя V°(r,t). Полученная система уравнений решается последовательно для 1 от 1 до NH. Входным потоком для первой ячейки являются гранулы слоя с грансоставом V(r,i). Цля второй ячейки входной поток определяется грансоставом первой и т.д.. Принимаем, что ячейки одинаковы по обьему. Поток гранул циркулирующих через факел струи постоянен во-вреыени и для каждой последующей ячейки, начиная с первой, увеличивается на величину 3d. Величина Qci одинакова для каждой ячейки. Допущение о постоянстве во-времени потока гранул, циркулирующих через струю, оправдывается стабильностью струйных течений в режиме локального фонта-

нирования и струйном режиме.

Основным численным методом решения задач, подобных (6-17), является метод разложения на конечно-разностные уравнения.

Для решения уравнений модели мы воспользовались двухслойной явной схемой с шаблоном "левый уголок".

Дать строгое теоретическое обоснование корректности выбранной схемы непросто. Исследования такого рода составляют скорее исключения, чем правило. Поэтому, с целью выявления сходимости итерационного процесса решения системы уравнений (6-17) и выдачи рекомендаций по выбору координат узлов конечно-рааностной сетки, было проведено численное исследование модели грануляции. Исследования проводились на ЭВМ ЕС-1060. Диапозон пераметров модели изменялся следующим образом: производительность гранулятора от 1 до 8000 кг/час по испаряемой влаге; выход готового продукта от 0,2 до 1400 кг/час; вес гранул, находящихся в кипящем слое от 1 до 2500 кг; расход гранул через факел от 50 до 100000 кг/час; масса гранул в факеле от 0,05 до 30 кг. Распределение по размерам гранул исходной засыпки и ре тура использовалось в модели в виде числового массива любого произвольного ввда не ограниченного каким-либо известным распределением (нормальным и т.п.). Расчет велся до тех пор пока разность между дисперсией рассчитанной по размерам гранул слоя на ш-ом временном слое сетки и дисперсией для пн-1 слоя сетки не превышала 0,2 X. Такое условие означало стабилизацию грансоства аппарата и выход его на стабильный режим работы.

В ходе численного моделирования была получена зависимость среднего диаметра гранул слоя в момент стабилизации грансоства слоя от величины временного шага сетки.

Значения с!ср (среднего диаметра гранул слоя) сходятся при уменьшении шага к некоторой величине <1ср, поэтому можно сделать вывод, что решение системы уравнений (6-17) обладает свойством сходимости.

Для экспериментальной проверки модели гранулообразования мы воспользовались статистическим методом, предложенным Тодесом О.М. Если в слое нет источников (внутренний и внешний ретур) и стоков (выгрузка и агломерация) задача по определению функции У(г,х) упрощается. В аппарат загружается монодисперсная засыпка и процесс гранулирования ведется без подачи ре тура и выгрузки продукта. Затем сравнивается экспериментальная и расчетная кривая грансостава слоя.

Для поставленной задачи начальные и граничные условия для системы урашнений (6-13) запишутся в виде:

о о

Щ - 1; ДЛЯ Г - Гнач; - Щ - О; для г * ГИач;-------- ---------------

где гнач - размер гранул монодисперсной засыпки слоя, (18) о Gal

N®i - -з— ; Ui(O.r) - 0; для 1- 1 до Na

4/3 Л рт Гнач

Система уравнении для зоны слоя (12-16) преобразуется1 в одно уравнение:

5 V(r,T) ПвыхЫя

---Пя- (Имя(г. Г) - V(r.t))

б t N - Е N®i (19)

1-1

где N - const. Начальные и граничные условия для уравнения (19): о о

Y - 1; ДЛЯ Г - Гнач; V - 0; ДЛЯ Г * Гнач о Soji

N--з— I V(0,T) - 0; (20)

4/3 Л рт Гнач

Опыты проводились на лабораторном грануляторе. На Рис.3 представлены расчетные и экспериментальные кривые, полученные при горизонтально расположенной форсунке, работавшей в струйном режиме. В качестве исходной засыпки слоя использовались гранулы кормовых дрожжей и подпрессовых рыбных бульонов с с!Нач ~ 1.5 мм. Из графиков видно, что из монодисперсной засыпки через 45 минут процесса получили полидисперсную смесь гранул. Полученные распределения гранул по размерам подобны распределениям трассера в зоне факел-слой, полученным ранее. Это говорит о том, что рост гранул проходит преимущественно в факеле струи и мгновенная скорость роста за один проход гранулы через зону напыления не зависит от ее размера.

Максимальное расхождение между экспериментальными и расчетными кривыми составило 18%.

Во второй главе была также разработана математическая модель для определения качественного состава гранулируемого продукта.

Все продукты, получаемые методом гранулирования, можно условно разделить на два класса: к первому классу относятся продукты, химический состав которых не изменяется в процессе гранулирования, а у веществ, относящихся ко второму классу, под воздействием температуры, влаги, сушильного агента происходят измениния химического сос-

и

0.5 0.3 0.1

.....— ----------

'¡Л* ' то

0 2 4 6 8 (1

Рис.3. Распределение по размерам Рис.4. Распределение целевого ком-У(г,т) гранул слоя. Гранулируемый понента в грануле в момент времени материал - рыбные бульоны. * - Т; Ье- содержание ц.к. в наносимое эксперимент; — расчет для 1 - растворе; скорость роста в 1 15 мин; 2-30; 3 - 45'мин; ячейки факела струи.

тава. В большинстве случаев изменения химического состава фиксируются по одному целевому компоненту.

Под целевым компонентом понимается тот химический элемент (химическое соединение), который определяет ценность (качество) получаемого продукта. Например, для такого продукта как кормовые дрожжи, целевым компонентом является содержание белковых соединений.

В приведенном примере основным фактором, влияющим на содержание целевого компонента, является температура кипящего слоя. Однако, вывод зависимости между температурой и содержанием целевого компонента является непростой задачей, так как при гранулировании одновременно происходят два противоположных процесса: увеличение концентрации целевого компонента в гранулах за счет напыления и его уменьшение под влиянием высокой температуры. Увеличение концентрации целевого компонента невозможно рассчитать без учета кинетики гранулирования, а для определения величины температурной деструкции конкретного гранулируемого продукта необходима постановка эксперимента.

Для вывода уравнений модели принимали следующие положения:

1. Кинетика гранулирования определяется уравнениями (6-17).

2. Влияние температуры на содержание целевого компонента в гранулах продукта ограничивается только зоной слоя.

Обозначим Ьф(г,-с) - количество целевого компонента в одной гра-

де размером Я, в момент времени X в зоне напыления. Тогда, общее личество целевого компонента фракции (г,г+с1г) в 1-ой ячейки будет

вно: _ __________ ______________________________ __________________

Вой (г,Т) - ЪфГ(г,Г) N«1 Щ(г,Т) (21)

Из баланса целевого компонента в зоне факела струи для 1-ой ейки можно записать следующие уравнение: 5Мг,Т)

М*) - (Ьс(г,Х) + Ьф}(Г,-С)) + Х!(-С) 1>1 (г,т) •

5 г

бЬф^г.-С) 5Ьс1(г,-С) 5 и((гд)

• ( -4- - ) + ЬонСг.-с) -+

5 г 5 г 5 X

(22)

5 Ьф1(г,т) пВых1-1

+ и^г.-с)---Ьф1-1(г,т:) (г,"С) -

5 X Иф!

Пвх!

- - Ьф1(г,Х) и^г.-с)

N•1

Баланс целевого компонента в зоне слоя позволяет получить сле-ющее уравнение:

5 4{т,%) 5 ЬслСг.-С)

л (г,X) - + У(г,Г)--

5 X 5 X

пр

- (Ьр(г,тО Ур (г.Г) - Ьсл(г,Г) УСг.т)) +

Исл (23)

ПвыхМя

- (ЬфЫя(г,Т) иМя(г,Г) - Ьсл(г.Х) У(г,Т)) -

Мол

Ыя

Ьсл(г.г) Губ(г.Х) У(ГД), где: Мсл - N - £ N<,1

1-1

Начальные и граничные условия для системы уравнений (22-23) лищутся в виде:

о о о

В®1 - Вел (Г,О); ВР - ВР (г,О); Всл - Вел(г.О);

Вф^о.Х) - О; ВР(0,Т) - О; Всл (0,Х) - 0; Губ (г,О) - О Схематическое изображение частицы показано на Рис.4.

Система уравнений (2.2-24) решается совместно с уравнениями (6-17), позволяя определить функции В0л и В®!, при условии, что функция Туе известна, функции ?ув, убыли целевого компонента должны определятся из эксперимента для каждого гранулируемого продукта. В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ проанализированы режимы работы грануляционных устано-• вок вместе с набором вспомогательного оборудования.

Сделан численный анализ полученной модели грануляции с целью выявления наиболее выгодных режимов эксплуатации установки. Критериями для выбора таких режимов служили скорость выхода установки на стационарный режим работы, экономичность и устойчивость работы установки.

Рассмотрены варианты технологических схем, используемых для получения гранулированных кормовых добавок. Одна из таких схем приведена на Рис.5. На ней показана та часть технологической схемы, где происходит обработка готового продукта и приготовление ретура. Именно, в этой части технологические схемы наиболее разнообразны. Так, выгрузка может осуществлятся через систему пневмотранспорта (с сепарацией и без) или через механические устройства (шнековые устройства, шлюзовые дозаторы). Выгружаемый продукт может остывать в охладителе или охлаждающий воздух может подаватся непосредственно в выгрузное устройство. Для приготовления ретура может использоваться дробильное и сепарационное оборудование, бункера. Для ретура используется пыль, отделяемая от потока теплоносителя системой циклонов. Сам ретур может подаватся на поверхность слоя, вдуваться . внутрь слоя череа обдувочные каналы форсунок или через щелевые сопла, формирующие в слое направленное перемещение его частиц. Много? образие возможных вариантов технологической схемы позволяет гибко формировать наборы вспомогательного оборудования с целью обеспечения устойчивости процесса гранулирования и получения готового продукта высокого качества.

Для математического описания работы ударно-центробежной дробилки, сепаратора, мы применяли математическое описание сходное с уравнением, описывающим одну ячейку зоны напыления.

Совместное решение уравнении (6-17) и уравнений, описывающих работу вспомогательного оборудования, позволило оценить влияние дробилки и сепаратора на параметры готового продукта.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ рассмотрены задачи проектирования грануляционных установок для получения кормовых добавок. Содержание белка в гранулируемых кормовых добавках задавалось уравнениями (22-24). Для определения содержания белка в гранулах кормовых добавок мы вое-

>ис.5. Участок технологической линии по производству сормовых дрожжей: 1 - гранулятор; 2 - дробилка;3 - охладитель; I - циклон; 5 - циклон-разгрузите ль; 6 - резервный бункер для 1уска установки; 7 - бункер готового продукта; 8 - транспортер; ) - выгрузка; 10 - устройство для подачи ретура - форсунка/ 'сопло/шнек.

шзовались методом определения общего азота по Несселеру. Опыты ш проведены с целью определения значений функции Гуе(гЛ). Для кормовых дрожжей была получена следующая зависимость:

0.73 1.4 5 Губ - ехр (- X I /7 10 ) (25)

Для подпрессовых рыбных бульонов:

0.78 1.42 5 Губ - ехр (- X Ь /7 10 ) (26)

Проверка адекватности математической модели (6-24) выполняюсь на лабораторном грануляторе, при температуре кипящего слоя Ю град. С. Длительность опытов - 2 часа для всех продуктов. Заг-гзка ретура и выгрузка готового продукта осуществлялась с интеригом в 10 мин. Содержание "сырого протеина" в частицах ретура для ¡следуемого продукта было определено заранее.

Содержание "сырого протеина" в суспензии составляло 122 и 262 >и влажности 85% и 68% соответственно для кормовых дрожжей и рыб-вс бульонов. Результаты эксперимента и расчетные кривые приведены 1 Рис.6 . Отмечено удовлетворительное совпадение эксперименталь-к и расчетных данных.

Использование уравнений (6-24) вместе с известными функциями ТУв для кормовых белков позволило перейти к проектированию грануляционных установок.

При проектировании установки встал вопрос выборе конфигурации технологической схемы и номенклатуре вспомогательного оборудования. Для этого был предложен оптимизационный алгоритм решения задачи проектирования.

На основе моделей грануляции, дробления, сепарационной выгрузки, содержания белка в гранулах был разработан пакет прикладных программ. Пакет состоит из следующих основных частей: расчета динамического процесса гранулообразования в кипящем слое; расчета содержания белковых веществ; расчета параметров потока гранул через различное вспомогательное оборудование ( 1- дробилку; 2- сепаратор воздушный; 3- сепаратор механический; 4- бункер); оптимизационной подпрограммы;

С помощью данного пакета была разработана установка гранулирования подпрессовых рыбных бульонов. При проектировании установки гранулирования учитывались следующие факторы: а) подпрессовые бульоны в гранулированном виде были получены впервые и на них не существует отраслевых или государственных стандартов, поэтому, мы руководствовались стандартом на кормовые дрожжи, б) установки гранулирования подрессовых бульонов предусматривается устанавливать не только стационарно в цехах ПТО "Севтехрыбпром", но и на судах, поэтому, они должны обладать компактностью, минимальным потреблением электроэнергии и обладать повышенной эксплутационной надежностью.

С учетом приведенных требований была выбрана схема с минимальг ным набором вспомогательного оборудования, включающая линию пневмотранспорта, дробилку и резервный бункер для ретура.

Проведенный расчет позволил спроектировать установку гранулирования производительность 2000 кг/час по испаренной влаге. Экономический эффект от внедрения одной установки составит 46 тысяч рублей (в ценах 1988 года).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Определены параметры зоны напыления жидкого продукта в кипящем слое гранулятора. Проведены эксперименты по определению зависи-

. мости числа ячеек модели от режима истечения газожидкостной струи.

2. Разработана математическая модель грануляции в кипящем слое в нестационарном режиме с учетом особенностей зоны напыления.

Получено численное решение уравнений модели. Проведено численное исследование уравнений модели и даны рекомендации по выбору величины шага"разностных аналогов уравнений модели. Проведены опыты для проверки адекватности математической модели реальному процессу роста гранул.

Проведено численное моделирование работы грануляционного аппарата с различным набором вспомогательного оборудования. На основе численного моделирования даны рекомендации для работы грануля-тора в нестационарном режиме.

Разработана математическая модель для расчета содержания "сырого протеина" в гранулах кормовых добавок.

Проведены опыты по определению коэффициентов модели и ее адекватности реальному процессу получения гранул кормовых добавок. Результаты выполненных в диссертации работ использовали для создания аппаратов сушки и грануляции подпрессовых рыбных бульонов производительностью 2000 кг/час по испаренной влаге. Экономический эффект от внедрения одной установки составит 46 . тысяч рублей в год (в ценах 1988 года).

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ: -, Рх - плотность газа и твердого материала;Нр- высота кипящего юя; Хф/Нр - параметричесий критерий; 0® - расход частиц через *кел струи; (3® - масса частиц находящихся в факеле струи; -1Сло ячеек факела струи; 8 - безразмерное время; Ос - количество гхих веществ наносимое на гранулы слоя; X - скорость роста гра-гл; и,У,УР - плотности распределения по размерам гранул в факеле, ное, ретуре; Ор - расход ретура; М,Мсл,Мф,Пр,пВыгр - число частиц аппарате,в слое, в факеле, в ретуре, в готовом продукте; Ьсл,Ьф плотность распределения белка в гранулах слоя, факела; Губ - ко-(фициент разложения белка. Индексы:

- газ; т - твердое; ф - факел; я - ячейки; с - сухое; р - ре-/р; сл - слой; выгр - выгрузка; уб - убыль.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

I.Г.А.Минаев, Б.С.Дмитриевский, Д.А.Оскаленко. Ячеечная модель шнетики гранулообразования в аппаратах кипящего слоя // -1ФЖ.-1990, том 58-№3,- С. 482-488.

I.Г.А.Минаев, Б.С.Дмитриевский, Д.А.Оскаленко. Расчет на ЭВМ про-

цесса грануляции в псевдоожиженном слое// - Межвузовский сборник научных трудов. "Разработка, исследование оборудования для получения гранулированных материалов", М. 1985. С. 21-24.

3.Б.С.Дмитриевский, Д.А.Оскаленко Математическое моделирование процесса гранулообразования в псевдоожиженном слое // Межвузовский сборник научных трудов. - Калинин, 1987,

4.Б. С.Дмитриевский, Д. А. Оскаленко. Управление процессом грануляции в псевдоожиженном слое // Тезисы докл. Всесоюзная научная конференция "Автоматизация и роботизация в химической промышленности" Тамбов. 1986 - С.122

5.Г.А.Ыинаев, Б.С.Дмитриевский,Д. А.Оскаленко Системный анализ и моделирование сушильно-грануляционных установок с кипящим слоем // Тезисы докл. III Всесоюзной научной конференции "Методы кибернетики химико-технологических процессов" Москва, МХТИ, 1989 г.

6.Б.С.Дмитриевский, Д.А.Оскаленко Математическое моделирование процесса гранулообразования в САПР ГАПС // Тезисы докл. Всесоюзной конференции "Моделирование математической автоматизации проектирования, автоматизация системы научных исследований и гибких автоматизированных производств" Тамбов, 1989, С 77-78.

7.Б.С.Дмитриевский, Д. А.Оскаленко. Гранулообразование в кипящем слое со струйными течениями. // Тезисы докл. Всесоюзной конференции "Процессы и аппараты микробиологических производств" (часть II. Сушка, грануляции и переработка сыпучих форм. Автоматизация и

• средства контроля) г.Грозный, 1986, С 92.

8.Н.М.Страшнов, Д. А. Оскаленко. Проектирование закрытых технологических линий для получения микробного белка. // Доклад на 10-ой международной конференции CHISA-90. Чехословакия. Прага. 1990 год. [1154].

9.Б.С.Дмитриевский, Д. А.Оскаленко Расчет процессов сушки и грануляции термолабильных продуктов в псевдоожиженном слое // Тезисы докл. Всесоюзной научной конференции "Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов химических производств"

- г.Харьков, 1985 г.

Ю.Н.М.Страшнов, Д.А. Оскаленко Моделирование процессов грануляции продуктов биотехнологии // Тезисы докл. международной конференции "Применение псевдокипящего слоя и флуидизированных систем в пи-ще-вкусовой и биотехнологической промышленности" Болгария, София, 1989.