автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Исследование закономерностей крупномаштабной циркуляции дисперсного материала, тепловых и гидродинамических характеристик организованного псевдосжиженного слоя

АКАДЕМИЯ НАУК СССР ОРДЕНА ЛЕНИНА СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ КАТАЛИЗА

На правах рукописи

КИКШ10В Геннадий Алексеевич

УДК 66.096.5

ДОСЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ КГЛШОЛАСШТАШОЛ ;д1И0'дтц;д1 дисперсного 'уатеейла, тзпоздх н п'лол-захявигк характеристик оргашзозлшюго

ПСЕЗДОЗПЕКШОГО СЛОЛ

05.17.08 - Процессы к аппараты хлиическо:"; технологи:;

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск, 1991

Работа внполнэна в ордена Трудового Институтз катализа СО АН СССР.

Красного Знамени

Научные руково.цитата:

кандидат химических наук кандидат технических наук

Симонов А.д. К;,: "тнов Г.Г.

Официальные огшонзнт;!:

доктор технических наук, профессор Бурдуков Л.И. кандидат технических наук Чутлаченко 13.А.

Зедупая организация: Институт газа Академии наук УССР (г.Киев)

Ьа:цита состоится

ится

1991 года в '

44

часов на заседании сиецпатазпрованнэто совета ,:.00::.13.01 в

Институте катализа СО АН СССР по адресу:

630093, г. Новосибирск-90, просп.акад.Лаврентьева,5.

С диссертацией полно ознакомиться в библиотеке Института катализа СО АН СССР

Автореферат разос.

лан " i-yji г>

Учеши секретарь специализированного совета кандидат химических наук rv Се:.;иколоноз В.Л.

ОБЩАЯ 'ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Псевдоожиженный слой обладает рядом достоинств, которые- позволяют применять его в ряде химических процессов, среди которых важнейшими являются каталитические процессы.

Неотъемлемым свойством свободного псевдоожиженного слоя является неоднородность. Организация псевдоожиженного слоя с помощью малообъемных насадок и путем секционирования позволяет существенно ослабить недостатки режима свободного псевдоожикения, а именно:' повысить коэффициент межфазного обмена и снизить интенсивность перемешивания частиц по высоте слоя, что в значительно:! степени облегчает масштабный переход. Однако, в крупных аппаратах может при этом возникнуть радиальная неизотермичность, нехарактерная для режима свободного псевдоожижения, которая приводит к снижению выхода целевого продукта. Поэтому при создании промышленных реакторов или топочных агрегатов с кипящим слоем возникает ряд проблем по переносу тепла и гидродинамике слоя, требующих экспериментальных решений на установках, приближенных к размерам промышленных аппаратов.

Цель работы. Настоящая работа посвящена экспериментальному исследованию на укрупненном "холодном" аппарате закономерностей крупномасштабной циркуляции дисперсного материала в организованном малообъемной насадкой и секционированном псевдоожиженных слоях, их газодинамических и тепловых характеристик, а также исследованию влияния компоновки горизонтальных труб на структуру ПС и условия теплоотдачи, построению математической модели, отражающей характер переноса тепла в ОПС и секционированных псе-вдоожиженных слоях, и определению её параметров.

Научная новизна:

1. Разработан метод исследования движения частиц (крупно -масштабной циркуляции) на модельной установке псевдоожиженного слоя, соизмеримой с размерами промышленных аппаратов.

2. Экспериментально определено, что в псевдоожиженном слое, организованном малообъемной насадкой, существует крупномасштабная циркуляция частиц с преимущественным подъемом частиц в центральной и опусканием в пристеночной зонах слоя.

3. На основании анализа экспериментальных данных, который приводит к выводу о существовании крупномасштабной циркуляции

частиц в ОПС, предложена одномерная трехскэростная циркуляционная модель переноса тепла, учитывающая радиальную неравномерность опускания потока част:щ в ОПС. .

4. Найден способ уменьшения пропускной способности (массовой скорости циркуляции частиц) пакета секционирующих . решеток, без. увеличения их числа, за счет установки на.4 пакетом по диа-т метру аппарата конусной вставки. '

Практическая ценность, работы.. Дредлокена компоновка горизонтальных теплообменных' труб, отличная от известных шахматной и коридорной, а'именно: ширмовая с шахматным чередованием вер-, тикальных рядов, которая позволяет интенсифицировать условия теплообмена, улучшить однородность псевдоокиженногослоя и увеличить насыщенность' объема реактора тепловыми поверхностями, а также предложена конусная вставка, установка которой по.диаметру аппарата, над пакетом секционирующих решеток, позволяет резко снизить пропускную способность решеток и тем самым уменьшить их количество. Разработан водогрейный котел с каталитическим сжиганием топлива мощностью 2 Гкал/час на предприятии "Восток -трансэнерго", г. Новосибирска, проведена модификация теплофикационного узла КГТ-150 для треста "Оргтехстрой" г. Новосибирска.

Реализация работы.. Результаты работы могут быть использованы при расчете реакторов с псевдоожшсенным слоем для. разнообразных каталитических процессов, в том числе .для процессов парциального окисления углеводородов в агрегатах большой единичной мощности.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на 13-ом Европейском симпозиуме "Химплан-80" (Венгрия;1980), на.научно -технической конференции "Прогрессивные процессы в промышленной теплоэнергетике" (г.Свердловск, 1984), на всесоюзной научно-технической конференции "Псевдоожижение-88" по технике псевдоожижения и перспективам её развития (Ленинград-Подцубская, 1988).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 статей и получено 2 авторских' свидетельства.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, нести глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложения. Введение и глава I посвящены анализу литературы по исследуемой теме, обоснованию её актуальности и определению цели работы. В главе 2 описаны экспериментальные установки и методики исследования. В главе 3 приведены результаты исследования цир-

2

куляции твердых частиц в ОПС.и его гидродинамических характеристик, а в главе 4'- результаты исследования циркуляции частиц и тэллопереноса в секционированном кипящем слое. В 1\лаве 5 представлена разработка математической модели теплопереноса в ОПС, с учетом крупномасштабной циркуляции частиц и в секционированном псевдоожкенном слое. Глава 6 иллюстрирует бозмогшость применения результатов исследования при конструктивных решениях каталитического генератора тепла ддя нагрева вода.

• Работа изложена на 204 страницах, содержит 17 таблиц, 63 рисунка, список литературы "йз 131 наименования и 'приложение на 8 страницах.

/ ' СОДЕРЖАНИЕ РАБОТ!!

' Методическая часть

Исследование циркуляции частиц и переноса тепла проводилось на крупномасштабной."холодной" установке диаметром 0,7 м, схема которой предстаалена на рис. I, с использованием нестационарной методик! тепловой пометки частиц, на базе которой разработано определение крупномасштабной циркуляции частиц. Она основана'на различном запаздывании ст/нкции отклика в локальных точках по рат диусу и высоте слоя, при верхнем вводе порции нагретых частиц в

вцде плоской те.пловой метки. Одновременная.регистрация • фронта движения меченых теплом частиц осуществлялось с помощью термопарннх датчиков, ■ установленных на различном уровне ниже точки ввода,с записью на быстродействующих ' самописцах. При этом з , каждом из сечений .термодатчшси располагались на трех и более концентрических округлостях, сигналы которых суммировались. Значения скоростей нисходящего движения частиц ¿1 в различных точках по ра-. .диусу определялись по времени прохода метки от сечения к сечению. Определение зна-

нагревате^ , частиц

А - А

ГАЗ

<

§

А А

Рис.1. Схема установки

чений скоростей опускающихся частиц выполнялось с учетом того, что при псевдоожижении твердого материала газом, имеющим низкую объемную теплоемкость, перенос тепла в слое осуществляется непрерывно движущимися частицами, а перенос тепла газом пренебре -жимо мал.

Для определения зоны преимущественного опускания частиц в ОПС и определения индекса Неоднородности, как интегральной характеристики слоя, был использован метод измерения пульсаций давления в локальных точках слоя и над газораспределительной решеткой, соответственно.

В экспериментах с организованным псевдоожиженным слоем аппарат заполнялся малообъемной насадкой в виде спиральных пружин, размещенных в пространстве между вертикальными трубами диаметром 50 мм и расположенных с шагом 150 мм. В качестве рабочего материала использовались сферические частицы алюмосиликата диаметром 0.4 мм. В качестве газоподводящих устройств применялись устройства типа "Балкон"- № I, и "Экран"- № 2.

В качестве вспомогательной установки для исследования характеристик псевдоожиженного слоя использовалась плоская модель с прозрачными стенками, поперечное сечение которой составляло 500x30 мм, высота - 2300 мм.

Экспериментальное исследование циркуляции твердых част;щ в ОПС. его тепловых и гидродинамических характеристик

Прежде всего была выполнена оценка циркуляции частиц в ОПС по равномерности газораспределения. Определено, что профиль скоростей опускания частиц в продольном сечении слоя зависел от конструкции устройства, подводящего воздух. При боковом вводе с устройством il I типа "Балкон" скорость нисходящего .движения частиц со стороны ввода воздуха в аппарат имела большее" значение, . чем с противоположной. Профиль границы интенсивного опускания частиц в поперечном сечении слоя при этом устройстве был также несимметричный: со стороны ввода воздуха в аппарат доля сечения, занятая "пристеночным опусканием частиц, имела большие размеры, чем с противоположной. Причем профиль скоростей опускания частиц геометрически совпадал с профилем относительных скоростей воздуха в подрешеточном пространстве и в свободном от частиц аппарате, Индекс, характеризующий поперечную неравномерность распределения скоростей потока газа по сечению аппарата

с7-гг =1/£_/а - /и- )е ./СОИ (I)

/•/ «3е

в этом случае был равен 142$, где V? - скорость в локальной точке, - средняя скорость по сечению.

При исследовании распределительного устройства типа "Экран" £ 2 подобной несимметричности в распределении скоростей нисходящего движения частиц по сечению не наблюдалось, = 64$. Это свидетельствует о влиянии условий ввода и распределения газа на картину и скорость опускания частиц по сечению аппарата. В связи с чем в дальнейших экспериментах по исследованию циркуляции частиц в ОПС использовалось устройство $ 2.

На рис. 2 приведены типичные кривые изменения температуры во времени в различных сечениях псевдоожиженного слоя. Они были получены после импульсного ввода плоской тепловой метки в верхнюю его часть при 2<Г= 1,4 м/с. Первая цифра указывает на номер

сечения, а вторая на номер соответствующей окружности. По кривым отклика видно,что время прихода метки от сечения к сечению различно по радиусу слоя. Влизи стенки метка приходит заметно раньше, кривые 1-4, 2-4 и 3-4, чем в центральной части слоя, кривые 1,2,3, и размывание метки у стенки менее интенсив -ное, чем в центральной области. Соответственно и скорости опускания частиц, значения которых определялись по времени прихода метки от сечения к сечению, в различных точках радиуса будут различны: в пристеночной больше, к центру - меньше, рис. 3. При этом скорости опускания частиц в верхней части слоя (сплошные кривые 1,2) несколько больше скорости опускания частиц в нижней части слоя (пунктирные кривые) при одних и тех же режимах псевдоожижения. В пристеночной области (пунктирные кривые), наоборот, скорость опускания возрастает к низу с торможением у газораспредели-

2 4 б 8 10 12 сек Рис.2.Кривые отклика в различных сечениях в ОПС при и г 0.42 м/с

Т

5

О

тельной решетки. С увеличением скорости псевдоожижения, скорость опускания частиц

--Ск

в точках измерения 1,2,3 вначале растет, а затем, после .достижения максимума при ЪГ 0,3 я/с, снижается. В пристеночной зоне скорость опускания частиц возрастала линейно с увеличением 1>Т и тлела большее значение в нижней части слоя.

25

\

Тагам образом, полученные экспериментальные данные показывают, что в ОПС, как и в свободном псевдоожиженном .

J-1-и-Д.

О 10 ' 20 30 R см

■---■-4_

I 2 3 № окр.

Рис.3. Профиль скоростей опускания с-™8' существует направлен -частиц по радиусу ОПС от сечения I ная циркуляция частиц с предо сечения II (сплошные кривые) и имущественным подъемом час-от сеч. II до сеч.III (пунктирные твд в Центральной части слоя

ется скоростью псевдоожижения и при развитом режиме псевдоожижения составляет примерно 20% от всего сечения слоя. Скорость нисходящего .движения частиц и циркуляции в объеме слоя зависит: I) от скорости псевдоожижения, с увеличением которой скорость направленной циркуляции частиц возрастала за счет увеличения скорости опускания частиц в пристеночной зоне и снижения в центральной части слоя; 2) от начальной высоты слоя Н0, с увеличением которой скорость нисходящего движения частиц, относительно заданной точки, возрастает. На картину циркуляции частиц в слое влияют условия ввода снижающего агента в аппарат, но не устраняют крупномасштабной циркуляции частиц.

Как показали эксперименты, циркуляция частиц имеет место и в слое, организованным трубным пучком горизонтальных труб.

Исследования структуры псевдоожиженного слоя, с измерением тепловых характеристик, при различных компоновках цилиндрических вставок диаметром 37 мм показали, что в опытах с коридорными пучками труб, при уменьшении вертикального шага получены наилучшие

кривые) при W =0.42 м/с

и опусканием в пристеночной зоне, доля которой определя-

результаты. Сближение труб в вертикальных рядах (шрмовое расположение) и расположение последних в шахматном пйрядке (рис. 4),позволяет устранить ряд недостатков, присущих традиционным коридорам и шахматным пучкам горизонтальных труб, а именно: улучшить однородность псевдоожиженного слоя вблизи теплообменных поверхностей; интенсифицировать обмен между слоем и трубными поверхностями,(рис. 5), и увеличить насыщенность объема реактора теплообмен-нымн поверхностями.

¿г

Вт м3гр

160 -

140 12 О

О 0.2

0.4

0.6

0.8 и, £

Рис. 4. Схема ширмовэй компоновки труб

Рис. 5. Зависимость интенсивности теплоотдачи от скорости псевдоожижения при различных компоновках труб.

1 - коридорная = 75 мм, »$£= 75 мм,

2 - шахматная Л = ЮО мм, Л = 55 мм;

3 - ыирмовая = НО мм, вз =47 мм;

4 - пирмовая S* = 85 мм, Л = 47 мм, с насадкой; 5 - шярмовая = 75 мм, 2а= 47 мм

Экспериментальное исследование циркуляции твердых частиц и тзплопеовноса в секционированном псевдоожиженном слое

0.дним из способов организации псевдоожижэнного слоя является его секционирование провальными для частиц решетками*!например, сеточными) которое позволяет влиять на ход технологических процессов.

Исследование циркуляции частиц и теплопереноса проводилось на модельной установке диаметром 0,7 м. Секционирование слоя осуществлялось с помощью объемной насадки, состоящей из провальных решеток с живым сечением более 50$ и размером ячеек в свету 15x15 - № I и 20x20 мм - № 2, при работе с частицами <а£= 2,7 мм и 2x2 мм, с частицами диаметром 0,4 мм; Для организации слоя в верхней секции был установлен пакет горизонтальных труб. При исследовании использовались плоский ввод тепловой метки и точечный, а также стационарный источник тепла.

Опыты с крупными частицами, при стационарном источнике тепла в верхней секции аппарата, показали наличие крупномасштабной циркуляции в секционированном псевдоожиженном слое. Данный вывод следовал из того, что температура в центральной зоне слоя секций и пакета решеток была ниже, чем в пристеночной, т.е. в центральной зоне частицы двигались преимущественно вверх из нижней,более холодной секции, а вблизи стенок, наоборот, опускались из верхней, более горячей секции вниз.

Это свидетельствует также о слабом радиальном обмене между потоками частиц, особенно в пространстве решеток, величина кото-

Рис. 6. Продольный профиль температур в секционированном кипящем слое (8 решеток № I) при скорости псевдоожижения: I - 1,2 м/с; 2-1,3 м/с; 3 - 1,4 м/с; 4 - 1,6 м/с; Т0 = 7°С

На рис. 6 показаны продольные профили температур по высоте кипящего слоя с пакетом из 8-ми решеток, полученные при стационарном источнике тепла и различных скоростях псевдоояотяения.Хорошо видно, что при рабочих скоростях псевдоожижения ( 1,3 м/с) перепад температур в центральной зоне сосредотачивается в основном на верхних решетках пакета, а; по их высоте не меняется. В пристеночной же зоне перепад температур довольно разномерно распределялся по высоте пакета и складывался из перепадов на отдельных решетках. В связи с чем можно сказать, что при наличии в слое пристеночного эффекта опускания частиц, перепад температур между секциями будет зависеть от числа решеток в пакете.

«лЛ», „2 Л 71 Рис. 7. Зависимость

массовой скорости циркуляции частиц через секционирующие решетки от скорости псевдооял-жения. 1-2 решетки I; 2-4 решетки й 1, 3-6 решеток й 2; 4-8 решеток .'« I; 5-10 решеток К 2; 6 - 10 решеток К1; 7-4 решетки с конусной вставкой И I

^ 1.3 1.4 1.5 «<м/с На рис. 7 представлена зависимость скорости циркуляции частиц 6*м • определяющей интенсивность перетока частиц через решетки, от скорости псевдоожиженил и количества решеток в пакете. Увеличение числа решеток в пакете приводило, в исследованном .диапазоне скоростей (1,2-1,6 м/с), к- снижению его пропускной способности, а повышение скорости псевдоожиженил вело к увеличению (массовой скорости циркуляции частиц через решетки).

В работе предложен путь снижения пропускной способности без изменения числа элементов в пакете и живого сечения решеток, за счет установки в пристеночной области, над пакетом решеток, конусной вставки. Являясь препятствием пристеночному опусканию частиц через пакет решеток, вставка уменьшает его пропускную спо-

сзбность и там самым увеличивает термическое сопротивление. При наличии кошеной вставил пропускная способность пакета из 4-х решеток снижается примерно вдвое (зависимость 7), в сравнении с пропускной способностью пакета из 4-х решеток без неё (зависимость 2).

С целью определения характера движения частиц в секционированном псовдоожижэшпм слое и опредаления параметров модели переноса тепла, выполнен:; эксперимента с использованием метода плоской тепловой мзтга. Лнатяз результатов серии экспериментов прикол та:с?.э к выводу о существовании в секционированном псевдоожи-женном слое крупномасштабной циркуляции частиц. По времени прохождения метки через пакет решеток определено также, что область торможения нисходящего движения частиц в центральной зоне совпадает с областью резкого изменения температуры на пакете секционирующих решеток, определенно!! в опытах со стационарным источником тепла. Это предполагает, что основное торможение опускающихся частиц происходит в центральной зоне на первых по ходу опускания решетках, а основная доля частиц движется вниз в пристеночной области.

Разработка математических моделей теплопереноса

Модель теплопереноса в ОПС. На основании анализа экспериментальных данных, который приводит к выво.цу о существовании крупномасштабной циркуляции дисперсного материала, в работе предло -лена одномерная трехскоростная циркуляционная модель переноса тепла, учитывающая радиальную неравномерность опускного потока частиц в ОПС. Основные положения модели следующие (рис. 8).

£•0

I

Рис. 8. Схема переноса тепла в ОПС с учетом крупномасштабной циркуляции частин

4 ^ и*

/< ь Л

Зона. 1

2

е-1

I. Слой разбивается на две неравяовеликлэ зоны: центральную I и пристеночную П. 2. 3 центральной зоне I частицы движутся вверх со скоростью и спускаются вниз со скоростью ¿1 (см/с >

Между восходящими я нисходящими потоками имеется обмен частицами Л (1/с) . 3. 3 пристеночной области II частицы движутся только вниз со скоростью ¿¿2 . 4. Мачду зонами I и П существует обман частицами (1/с) . При этом вводятся следующие г, о лущения: скорость движения частиц и коэффсщанты обмена гложпу потоками явлл-ются постоянными по всей высоте слоя; задача размытия тепловой метки является нестационарной и осзспммэтричной; тэпло в ело? переносится только частицами, а алияние потока воздуха нозначнтоль-но.

При этих предположениях нестационарная модель переноса тепла частицами имеет следующий вид: .для частиц, движущихся вверх, з зоне I

для частвд, движущихся вниз, в зонах I л П

Для случая проведения экспериментов с нестационарно:; топло-вой меткой и начальным условием:

г/[е.о) = т/{€,о) = т//е, о)= тс'л=о , (5)

когда начальная температура слоя взята за нулевой уровень, приняты следующие граничные условия:

при '/ж т/;///, = а)

т/^,*; = о (?)

при этом О & ^Уи .

Параметры модели оценивались путем сравнения расчетной кривой с экспериментальной при £ = с учетом изменения порозно-сти слоя от скорости псевдоожижения. Б этом случае для сечения слоя, занятого собственно частицами, имеет место соотношение:

У* */г * /з £. (8)

где Б - порозность слоя, определенная из соотношения:

II

нал порозность слоя, Н0, Н - высота насыпного и расширенного слоя Общий баланс циркуляции частиц в слое задавался следующим равенством:

Система дифференциальных уравнений 2-4 аппроксимировалась неявной абсолютно устойчивой конечно-разностной схемой и решалась с краевыми условиями 6,7 методом матричной прогонки. Расчеты показан! , что с увеличением скорости продуваемого потока газа циркуляция частиц в слое возрастает. Такая же зависимость от скорости псевдоожижения наблюдается и для коэффициентов обмена ^ и /2. Причем значение коэффициента^ на порядок больше , т.е. обмен частицами между противоположно движущимися потоками в зоне I более интенсивный, чем между зонами, что соответствует эксперименталь -ным данным: размывание тепловой метки у стенки менее интенсивное, чем в центральной части слоя. Значение коэффициента обмена в нижней части слоя выше, чем в верхней, т.е. интенсивность перемешивания частиц изменяется по высоте кипящего слоя. И объясняется это, по-видимому, изменением размера и числа пузырей, движущихся снизу вверх.

По данной математической модели, представленной системой уравнений 2-4, с граничными условиями 6, 7, удалось добиться удовлетворительного совпадения расчетных кривых с экспериментами.

Модель тедлопереноса в секционированном псевдоожиженном слое Для описания процесса переноса тепла в аппарате, секционированном провальными решетками; за основу взята противоточная (цир-

куляционная) модель, схема материадьннх потоков которой представлена на рис. 9. Основные положения модели следующие: I. Слой разбивается проницаемой перегородкой на две секции верхнюю I и нижнюю 2. 2. Перенос тепла через проницаемую перегородку между смежными секциями осуществляется твердыми частицами со скоростью ¿¿„ Обмен на решетке отсутствует. При этом вводятся еле,дующие допущения: I. Граница между секциями считается плоской. 2. Скорости движения потоков частиц постоянны по высоте и радиусу. Пристеночное движение частиц не учитывается. 3. Тепло в слое переносится только частицами.

(10)

/

Ля

Рис. 9. Схема переноса тепла частицами з секционированном кипящем слое

Математическая модель переноса тепла частицам;: в се!ПИЗяпро-ванном кипящем слое, применимо к репенню нестационарной задачи размывания тепловой метки, записывается в вине двух дифференциальных уравнений в частных производных для каждой из секций: для верхней секции I уравнениями II и 12

г.')

¿е

.для нижней секции 2 уравнениями 13 и 14 ■ е

^¿¡Ч-А^-г/).

С начальными условиями

Т^/ео] = ' т/Г*, о)-Г//с. о)- тс: - *

т.е. начальная температура'слоя взята за нулевой уровень И граничными условиями: при £ = 0 _ ^

аз) СМ)

—/ЛЛ'./Яа «.'г.1-*

е-¿г

/«.«/г/-*

г-ь

^ е

Тг# " О

Батане циркуляция частиц для верхней.я нижней секций, а так- ■ же для зоны секционирующей решетки 'записывался соотношения;.™:

¿н.*^ -А и/ (20)

-¿¿¿Л

Л, и? - .

Решение системы дифференциальных уравнений было реализовано с помощью численного метода. Поиск оптимального решения ■ задачи осуществлялся с помощью программы оптимизационного метода ' Пауэлла. По данной математической модели, представленной ■ системой уравнений 11-14, с граничными условиями 16-19, также удалось добиться удовлетворительного совпадения расчетных кривых с экспериментальными. .

ВЫВОДУ

1. Создана крупномасштабная экспериментальная установка диаметром 0.7 м. Применен метод тепловой метки, в новом его ' каче- • стве, позволяющий провести исследование циркуляции частиц в ОПС

и секционированном псевдосжиженном слое.

2. Экспериментально установлено, что в организованном и секционированном псевдоожиженном слое, как и в свободном,существует направленная циркуляция с преимущественным подъемом частиц в центральной части слоя и опусканием в пристеночной зоне, доля которой определяется скоростью псевдоожижения и при развитом режиме составляет примерно 20« от всего сечения слоя.

3. Показано, что картина крупномасштабной циркуляции частиц зависит от условий ввода газа-в аппарат: интенсивное опускание частиц происходит на участках с пониженным динамическим напором г.севдоожижащегэ агента. Условия ввода газа в слой влияют на картину крупномасштабной циркуляции частиц в ОПС, но не устраняют

ос

, 4. Определено, что скорость нисходящего движения частиц различна по высоте и радиусу слоя. Вблизи стенки аппарата частицы движутся вниз быстрее, чем в центральной части слоя. Скорость нисходящего .движения частиц увеличивается по высоте слоя по мере удаления от газораспределительной решетки. С увеличением высоты ■ слоя скорость опускания частиц относительно заданной точки возрастает.

. 5. Установлено, что в секционированном провальными решетками с f >■ 50/á псевдоожпженном слое, мажду циркуляционными пото-. ками крупных- частиц в пространстве пакета решеток имеет .место слабый радиальный теплообмен, который увеличивается о умэньаэни-ем размера частиц. Основной перенос тепла из верхней секции в нижнюю через, секционирующие решетки осудесталяется частицами,движущимися в пристеночной области. Разработана математическая мо-даль переноса теала в' секционированном псевдоожпженном ело /.учитывающая механизм перетока част:щ через пакет прозатышх решеток.

6. Установлено, что в исследуемом диапазоне скоростей псез-доожижения массовая скорость циркуляции частиц, определяющая интенсивность переноса тепла через пакет секционирующих решеток, зависит от числа репеток в пакете, от их живого сечения и от скорости псевдоожиженил.

7. Определено, что интенсивность циркуляции частиц через секционирующие решетки можно изменять не только за счет увеличения их количества в пакете, но и с помощью ко!гусной вставки. Установка её над пакетом секционирующих решеток по периферии стенок аппарата, позволяет-резко сократить пропускную способность решеток и тем самым уменьшить их количество.

8. Исследовано влияние расположения горизонтальных труб кч структуру и теплообмэнные характеристики псевдоожиженного слоя, в результате чего предложена оптимальная компоновка горизонтальных труб, а именно: пирмовая с шахматные чередованием вэртикаль-ных рядов, которая позволяет интенсифицировать условия теплоэб-мёна, улучшить1 однородность .псездоожиженного слоя и увеличить насыщенность реактора (топочного агрегата) те алообменными трубами.

9. На основании анализа экспериментальных данных, который приводит к выводу о существовании в ОПС крупномасштабно;: циркуляция частиц, разработана одномерная трэхскоростная цир^мяцион-ная модаль переноса тепла. На основе сопоставления экспериментальных кривых отклика с расчетными 'кривыми, были определены параметры модели. Результаты расчета показали, что коэффициент обмена J>, мажду восходящим и нисходящим потоками в центральной зон? примерно на порядок выше коэффициента обмена fiz между потоками част;щ, .движущимися в центральной п пристеночной зонах. При этом коэффициент обмена я скорость опускания частил изменяется -по высоте слоя.

Основное содержанке работы изложено в публикациях:

1. Г.А.Кириллов, В.А.Остапенко. Аэродинамическое моделирование течения в организованном псевдоожиженном слое//ТОХТ.-1980.-Т.14, № 5.-С.736-740.

2. В.П.Доронин, В.С.Шеплев, Г.А.Кириллов. Catalytic Processes in Fluiriized Bed//13th Europ. Symp. Chemplant-80, Heviz-Hungary, "980.-v.II. p.-1039-1046.

3. Авторское свидетельство й 902802. Аппарат с псевдоожиженным слоем; авт.изобрет. Г.А.Кириллов, Н.И.Давыдов, Г.Г.Кувшинов, О.Я.Полотнюк; Опубл. в Б.И.,1982.

4. Г.А.Кириллов, Г.Г.Кувшинов. Зависимость структуры псевдоожи-женного слоя от расположения в нем горизонтальных труб//Сб. научн.трудов Института теплофизики СО АН СССР.-Новосибирск, I98I.-C.I20-I2S.

5. Авт.свид-во № 1363590. Способ термообработки катализаторов душ глубокого окисления углеводородов; авторы изобрет. Пивоваров В.А., Симонов А.Д., Кириллов Г.А., Исмагилов З.Р. опубл. в Б.И., 1987.

6. Г.А.Кириллов, З.П.Гаевой, В.С.Шеплев. Исследование процесса перекоса в организованном псевдоожиженном слое с учетом крупно:,:асптабной циркуляции//Хим.пром.-1989.9.-С.47-50.

7. А.Керженцев, Т.А.Сушарина, Г.А.Кириллов и др. Использование катализаторов полного окисления для обезвреживания сточных вод и жидких промышленных отходов в КГТ//С6. научных трудов Института катализа.-Новосибирск,1989.-СЛ07-П4.

16