автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Кинетика и аппаратурное оформление процесса сушки сыпучих полупродуктов органических красителей в виброаэрокипящем слое

ВВЕДЕНИЕ

Особенности сушки сыпучих полупродуктов органических красителей в виброкипящем слое и задачи совершенствования сушильных установок

Методы сушки полупродуктов органических красителей Факторы, влияющие на интенсивность процесса сушки Особенности применения вибрации для интенсификации процессов химической технологии

Способы подвода тепла к материалу в виброкипящем слое Особенности процесса сушки дисперсных материалов в виброкипящем слое

Тепло - массообмен при сушке дисперсных материалов в виброкипящем слое Гидродинамика виброкипящего слоя

1.7.1 Способы создания виброкипящего слоя дисперсных материалов

1.7.2 Свойства виброкипящего слоя

1.7.3 Перемешивание твердой фазы в виброкипящем слое

1.7.4 Определение скорости перемещения сыпучих материалов по вибрирующему лотку

Расчет процесса и аппарата для сушки дисперсных материалов в виброаэрокипящем слое Задачи совершенствования сушильных установок Выводы к главе 1 и постановка задачи исследования Математическое моделирование процесса сушки сыпучих полупродуктов органических красителей в направленно перемещающемся виброаэрокипящем слое Характеристика сыпучих полупродуктов органических красителей как объектов сушки

Экспериментальное определение области протекания процесса

2.2.1 Описание экспериментальной установки и методики проведения исследований

2.2.2 Анализ и обработка полученных результатов Постановка задачи разработки математической модели процесса сушки сыпучих полупродуктов органических красителей в виброаэрокипящем слое

Допущения, принятые при составлении математической модели процесса сушки сыпучих полупродуктов органических красителей в виброаэрокипящем слое Материальный и тепловой балансы процесса сушки Математическое описание динамики виброперемещения твердой фазы по наклонному лотку при продувке слоя теплоносителем

2.6.1 Определение времени отрыва частиц сыпучего материала от лотка

2.6.2 Математическое описание движения частицы в слое после ее отрыва от лотка

Определение скорости процесса сушки материала

Выводы к главе 2 и постановка задачи экспериментальных исследований

Экспериментальное изучение процесса сушки полупродуктов органических красителей в виброаэрокипящем слое Исследование кинетики процесса сушки в виброаэрокипящем слое

3.1.1 Описание экспериментальной установки и методики проведения исследований

3.1.2 Анализ и обработка полученных результатов Исследование процесса перемешивания твердой фазы по длине лотка на полупромышленной установке

3.2.1 Описание полупромышленной установки виброаэро-кипящего слоя и методики проведения экспериментов

3.2.2 Обработка полученных результатов Экспериментальное изучение эффективной вязкости виб-роаэрокипящего слоя

3.3.1 Описание методики проведения исследований

3.3.2 Анализ и обработка полученных результатов Проверка адекватности предложенной математической модели процесса сушки в виброаэрокипящем слое

Выводы к главе

Расчет оптимальных конструктивных и технологических параметров процесса сушки полупродуктов органических красителей в виброаэрокипящем слое Постановка задачи

4.1.1 Анализ энергетических затрат на процесс сушки

4.1.2 Определение степени влияния конструктивных и технологических параметров проведения процесса на величину удельных затрат энергии

Разработка алгоритма решения задачи расчета оптимальных конструктивных и технологических параметров процесса сушки полупродуктов органических красителей в виброаэрокипящем слое

Анализ результатов выполнения алгоритма расчета оптимальных параметров процесса сушки полупродуктов органических красителей на примере сушилки для анилида аце-тоуксусной кислоты

Рекомендации по применению сушилок виброаэрокипяще

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Обозначение Величина Размерность

А амплитуда колебаний м f частота колебаний Гц со угловая скорость колебаний рад/с а угол наклона короба аппарата к горизонту град.

Р угол наклона направления колебаний к лотку аппара- град.

Vgaz фиктивная скорость газа м/с

Упо скорость начала псевдоожижения без вибраций м/с

Ут скорость перемещения материала по лотку аппара- м/с

Ggaz массовый расход воздуха на сушку кг/с

М массовый расход абсолютно сухого продукта кг/с и влагосодержание материала кг/кг икр критическое влагосодержание материала кг/кг и* равновесное влагосодержание материала кг/кг

X влагосодержание воздуха кг/кг

Хт влагосодержание воздуха при температуре мок- кг/кг poro термометра

Т температура °С

Тт температура мокрого термометра °С U функция плотности распределения материала по влагосодержанию р плотность кг/м г скорость сушки С" q теплота парообразования кДж/кг с теплоемкость кДж/(кгК к эмпирические коэффициенты е порозность слоя материала

Ъ высота слоя материала м

Б коэффициент диффузии м2/с диффузионного перемешивания) с! диаметр частиц материала м

8 площадь лотка аппарата м ц вязкость Пас цЭф эффективная вязкость виброаэрокипящего слоя Па-с

Б сила Н

Рёё гидродинамическая сипа потока воздуха Н

X относительное ускорение вибраций ш масса частицы кг

V кинематическая вязкость воздуха м2/с

ИНДЕКСЫ

О, н начальное значение параметра к конечное значение параметра м соответствует параметру при температуре мокрого термометра m материал gaz относиться к газовой фазе сл слой материала ср среднее значение параметра

Производство синтетических красителей и пигментов является одним из основных в промышленности тонкого органического синтеза. В последние годы существенно возросли требования к качеству выпускаемой продукции.

Определяющее влияние на формирование качества красителей и пигментов оказывают физико - химические свойства используемых полупродуктов: содержание основного вещества и примесей, кислотность и др. Таким образом, улучшив эти показатели, можно добиться высокого и стабильного качества синтетических красителей.

В связи с этим, большое значение приобретают заключительные стадии производства, на которых формируются качественные показатели полупродуктов органических красителей: выделение в кристаллическом виде, промывка, разделение и сушка. Большое значение для получения качественных полупродуктов органических красителей имеет стадия сушки. В процессе этой операции возможны изменения физико - химических свойств и химического строения основного вещества. Поэтому, в ряде случаев, сушку проводят при относительно низких температурах, в вакууме, в потоке инертного газа и т.д. При выборе метода и режима сушки учитывают особенности теплофизических свойств полупродукта красителя.

В производстве синтетических красителей и полупродуктов часто выпускные формы представляют собой порошкообразные легкосыпучие материалы (например, арилиды: анилид и ортохлоранилид ацетоуксусной кислоты; полупродукты пиразолонового ряда: пара-толил -3 метил - 5 пиразо-лон и др.)

Как было сказано выше, качество полупродуктов органических красителей в окончательном варианте формируется на стадии сушки. Выбор метода и режима сушки осложняется тем, что кинетика процесса сушки полупродуктов недостаточно изучена.

10

В химическом производстве наибольшее распространение получили процессы сушки в вакуум-гребковой и вальце-ленточной сушилках. Однако применение этого оборудования часто не дает требуемых результатов, так как допускается перегрев материала, что, может приводить к разложению целевого вещества и снижению концентрации в высушенном полупродукте. Кроме того, из-за большой длительности процесса, затраты энергии на вспомогательное оборудование оказываются сопоставимыми с затратами собственно на процесс сушки.

Как показал критический анализ существующих методов сушки, наиболее перспективным для дисперсных полупродуктов органических красителей с размером частиц в пределах 0,2^-0,7 мм является метод сушки в виброкипящем слое; его применение позволило бы исключить перечисленные выше недостатки и обеспечить высокую скорость процесса, необходимую концентрацию целевого компонента в высушиваемом материале и сохранность дисперсного состава из-за отсутствия дробления частиц.

Таким образом, исследование кинетики и разработка аппаратурного оформления процесса сушки полупродуктов органических красителей в виброаэрокипящем слое является актуальной задачей. и

1 ОСОБЕННОСТИ СУШКИ СЫПУЧИХ ПОЛУПРОДУКТОВ ОРГАНИЧЕСКИХ КРАСИТЕЛЕЙ В ВИБРОКИПЯЩЕМ СЛОЕ И ЗАДАЧИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СУШИЛЬНЫХ УСТАНОВОК

1.1 Методы сушки полупродуктов органических красителей

Технологические параметры процесса сушки полупродуктов органических красителей, как завершающей стадии производства, являются определяющими в формировании качества выпускных форм.

Органические красители и полупродукты при высоких температурах разлагаются и теряют свои свойства. Существует, так называемая, предельная температура сушки, при которой начинается процесс изменения свойств материала. Для различных полупродуктов органических красителей предельная температура сушки оказывается зависимой не только от свойств материала, но и от условий сушки и колеблется в широких пределах - от 50 до 250°С [1,2].

Начальная влажность полупродуктов, поступающих на сушку изменяется от 15 до 80%, в зависимости от вида материала (паста, сыпучий продукт). Для сушки сыпучих полупродуктов органических красителей в химической промышленности применяют, в основном, конвективный и кондуктивный методы сушки [1, 2, 3, 4]. Причем из кондуктивных сушилок для сыпучих материалов наибольшее распространение получили вакуум гребковые сушилки типа «Венулет», а из конвективных - камерные, ленточные, кипящего слоя

С целью повышения концентраций целевых компонентов различных органических полупродуктов были проведены экспериментальные исследования [5, 6, 7] кинетических характеристик указанных методов сушки с использованием стандартного сушильного оборудования (вакуум - греб-ковая, ленточная, кипящего и виброкипящего слоя).

12

Анализ полученных экспериментальных данных показал, что сушка сыпучих полупродуктов наиболее интенсивно происходит в аппаратах с активными гидродинамическими режимами. Длительность процесса сушки анилида ацетоуксусной кислоты в ленточной сушилке (СВЛ) в среднем составляет 7,0 часов, а в вакуум - гребковой (ВГС) - 10,0 часов. Кроме того, ввиду термолабильных свойств продуктов органических красителей данного класса, большая длительность процесса, высокая (до 80,0 + 100,0 °С) температура и наличие окислителя (кислород воздуха) способствуют активизации процессов окисления целевого вещества. Концентрация анилида ацетоуксусной кислоты (анилида АУК) снижается более, чем на 2 % в ВГС и до 5 % в СВЛ. В итоге, на выходе из сушильного агрегата продукт имеет концентрацию целевого вещества менее 99%, и не удовлетворяет нормам ТУ.

Сушка данного материала в обычном кипящем слое затрудняется тем, что материал трудно поддается псевдоожижению только за счет подачи воздуха под газораспределительную решетку из-за агрегирования частиц, каналообразования и неоднородности распределения сушильного агента в слое материала. Этого недостатка лишен процесс сушки анилида ацетоуксусной кислоты в виброкипящем слое при перекрестном движении теплоносителя и материала.

Исследования по сушке образцов сыпучих полупродуктов в виброа-эрокипящем слое [5, 8-10] показали что требуемой конечной влажности (0,5-1%) анилид ацетоуксусной кислоты, ортохлоранилид ацетоуксусной кислоты, пиразолоновые полупродукты достигают за 5-15 минут, что позволяет говорить о возможности применения данного метода сушки для названных сыпучих полупродуктов органических красителей.

13

1.2. Факторы, влияющие на интенсивность процесса сушки

На скорость сушки сыпучих материалов влияют следующие факторы: теплофизические свойства продукта, его начальная влажность, метод подвода тепла к высушиваемому материалу, температура используемого теплоносителя, перемешивание материала и газовой фазы, рабочее давление [11,12].

Форма связи влаги с материалом является одним из основных факторов, определяющих механизм переноса тепла и массы внутри тела. В работах Ребиндера П.А. [11] показано, что методом оценки форм связи влаги с материалом может служить величина энергии связи.

В зависимости от формы связи влаги с материалом и ее количества влажные материалы можно разделить на три группы [11]: капиллярно-пористые, коллоидные и капиллярно-пористые коллоидные.

При конвективном подводе тепла режим сушки характеризуется тремя параметрами: температурой газа, его влажностью и скоростью движения.

Эти параметры влияют не только на длительность сушки, но и на качество высушенного материала.

В монографии A.B. Лыкова [11] приведен анализ влияния каждой из выше названных характеристик на интенсивность процесса сушки.

Показано, что с повышением температуры увеличиваются интенсивность сушки и критическое влагосодержание.

Увеличение влажности воздуха резко снижает интенсивность сушки и критическое влагосодержание. При низких температурах повышение влажности воздуха мало влияет на интенсивность сушки во втором периоде.

Увеличение скорости движения воздуха заметно повышает интенсивность сушки в первом периоде и значительно меньше сказывается в конце процесса сушки.

14

Изменение режимных параметров (То, ср, Vgaz) влияет на критическое влагосодержание икр следующим образом: с повышением скорости воздуха при То=сопз1;, ф^сопэ! первое критическое влагосодержание увеличивается; с увеличением относительной влажности воздуха ср икр уменьшается; с увеличением температуры воздуха, подаваемого на сушку То , при ф=сопз1, Уёаг=соп81 кривая икр=ДТо) имеет максимум.

Приведенные выше закономерности изменения критического влаго-содержания от режима сушки имеют место при малых интенсивностях. В области высокой интенсивности механизм тепло- и массообмена видоизменяется и критическое влагосодержание в основном определяется начальным влагосодержанием, то есть икр будет функцией начального влагосо-держания и режима сушки [11, 13].

Большое количество факторов, определяющих интенсивность сушки сыпучих полупродуктов органических красителей в виброаэрокипящем слое требует дополнительных исследований для нахождения оптимальных условий проведения процесса.

1.3. Особенности применения вибрации для интенсификации процессов химической технологии

Интенсификация процессов химической технологии с помощью вибрационного воздействия выражается в увеличении скорости их протекания, в более полном использовании взаимодействующих веществ.

Поведение дисперсных систем при воздействии на них вибрации зависит от соотношения между внешним механическим воздействием и сцеплением между частицами. Прочность связей (контактов) между частицами твердого материала определяется физико-химическими свойствами поверхности частиц и дисперсионной среды [14, 15].

15

В микрогетерогенных дисперсных системах превалирует влияние поверхностных сил и контактных взаимодействий между частицами, массовые силы можно не учитывать. В системах, представляющих собой совокупность частиц достаточно крупных размеров (с! > 1.103 мкм), поведение системы зависит от массы каждой отдельной частицы, геометрических характеристик, сообщаемого ускорения. Контактными силами сцепления обычно можно пренебречь.

Применительно к сушке сыпучих материалов вибрационное воздействие должно создать однородную порозность во всем объеме среды и повысить скорость массообменного процесса до уровня, соответствующего полному устранению диффузионных препятствий на границах раздела между твердыми частицами и парогазовой средой [16].

Как известно, обычно псевдоожижение дисперсной системы достигается продувкой потока газа через слой материала, взвешивающим частицы твердой фазы. Однако, в случае частиц полидисперсного состава, поток газа, взвешивающий крупные частицы, уносит более мелкие, вызывает фракционирование и потери материала. Использование низкочастотной вибрации способствует не только уменьшению силы сцепления между твердыми частицами, их сегрегации, но и их равномерному распределению по объему без уноса мелких фракций [17-19 ]. Характер воздействия вибрации на дисперсную систему зависит от интенсивности колебаний. При интенсивности колебаний ниже критической наблюдается виброожижение дисперсной системы: она приобретает подвижность, текучесть. Поскольку сила сцепления, а следовательно и сила трения между частицами уменьшается, происходит их сближение между собой, т. е. уплотнение материала. Чем выше внутренние связи между частицами дисперсной системы и соответственно, внутреннее трение системы, тем большее ускорение требуется для разрыхления системы.

При увеличении интенсивности колебаний выше критической дисперсная система переходит в состояние виброкипения. Дисперсная фаза

16 начинает периодически терять контакт с вибрирующими рабочими органами, еще более уменьшаются и периодически теряются связи между частицами. Происходит разрыхление слоя, плотность среды уменьшается. Это является результатом действия на частицы вынуждающих сил, превосходящих силы их тяжести.

Отмеченные закономерности влияния вибрации на поведение дисперсных систем справедливы лишь при достаточно крупных частицах, составляющих твердую фазу, когда можно пренебречь молекулярными силами сцепления в контактах по сравнению с силой тяжести частицы. Для тонкодисперсных сыпучих материалов, силы сцепления выступают как основной фактор структурообразования агрегатов. В подобных случаях для разрушения связей требуются вибрации значительно большей интенсивности [19-22].

Для обработки тонкодисперсных сыпучих материалов в ряде случаев эффективно совместное воздействие вибрации и продувания газа через материал, так как при этом формируется однородный кипящий слой, причем вибрация разрушает образующиеся сквозные газовые каналы; возможно снижение скорости газового потока и, следовательно, уменьшение уноса продукта [16, 19].

1.4. Способы подвода тепла к материалу при сушке в виброкипящем слое

Сушка в виброкипящем слое может проводиться при различных методах подвода тепла к материалу. Наиболее часто сушку осуществляют при кондуктивном и конвективном подводе тепла, а также инфракрасными лучами. Широко применяют и комбинированные методы сушки [23-29].

Самой распространенной в промышленности является сушка конвективным методом [24, 30]. Сушильный агент продувают над слоем либо че

17 рез слой материала. В первом случае движение сушильного агента осуществляют в прямотоке, противотоке или перпендикулярно (перекрестный ток) с направлением перемещения слоя. Во втором - поток сушильного агента может быть направлен снизу вверх или сверху вниз относительно слоя. Применение каждого из этих вариантов определяется свойствами материала как объекта сушки, а также технологическими условиями процесса.

Подача сушильного агента через слой обеспечивает лучшие условия межфазового теплообмена. Кроме того, дополнительный поток газа через слой снизу вверх способствует созданию лучшей структуры слоя, позволяет снизить параметры вибрации.

Высокие скорости перемещения материала при продувке газа над слоем не позволяют использовать этот вариант в качестве базового при проектировании малогабаритных установок виброкипящего слоя. Кроме того, в данном варианте наблюдается значительный унос материала из аппарата.

При перекрестном токе воздух меньше оказывает влияние на перемещение материала, что позволяет использовать более высокие скорости теплоносителя. Жесткий режим сушки в этом случае сокращает продолжительность сушки [24, 30].

Сушку конвективным методом с продувкой теплоносителя через виб-рокипящий слой применяют для различных сыпучих материалов, в том числе трудно поддающихся переводу во взвешенное состояние, а также когда необходимо снизить скорость ожижающего агента и тем самым снизить унос тонких фракций из слоя.

1.5. Особенности процесса сушки дисперсных материалов в вибро-кипящем слое

Результаты оценки влияния вибрационных воздействий на процесс сушки в виброкипящем слое приведены в ряде работ [23, 26, 30-38]. Уста

18 новлено, что наложение на слой материала механических воздействий приводит к повышению коэффициентов тепло- и массоотдачи, снижению критической влажности и повышению общей интенсивности процесса .

В.А. Членов и Н.В. Михайлов [23] пришли к выводу, что величина начальной влажности при сушке сыпучих материалов в виброкипящем слое кондуктивным методом не влияет на скорость сушки в первом периоде, а определяет только продолжительность процесса. Повышение частоты вибраций ускоряет сушку в периоде постоянной скорости, но удлиняет прогрев материала, и в результате дает незначительное сокращение общего времени процесса. Увеличение амплитуды колебаний приводит к значительно большему возрастанию скорости сушки в периоде постоянной скорости. В виброкипящем слое создаются условия для лучшего распределения влаги в слое, вследствие чего первая критическая точка смещается в направлении меньшей влажности.

Ю.Л. Фрегер [38] при исследовании процесса сушки зерна в виброкипящем слое с продувкой газа через слой установил, что перепад влажности и температуры зерна по высоте слоя практически отсутствует.

Это свойство виброкипящего слоя позволяет повысить температуру сушки, не допуская перегрева материала, и тем самым значительно интенсифицировать процесс. Было также установлено, что процесс сушки в виброкипящем слое происходит более равномерно. Максимальное отклонение по влагосодержанию высушенного зерна от среднего значения не превышало 0,5%.

При исследовании влияния вибрационных воздействий на сушку ди-хлоральмочевины И.И. Чернобыльский и В.З. Фещенко [39] установили, что вибрационные воздействия повышают скорость сушки на участке постоянной скорости, при этом участок постоянной скорости сушки удлиняется, а критическая точка смещается по направлению к более низким значениям влажности.

19

1.6 Тепло - массообмен при сушке дисперсных материалов в вибро-кипящем слое

Изучению сушки дисперсных материалов при кондуктивном подводе тепла в слой и нахождению оптимальных параметров вибрации для проведения процесса посвящено подавляющее большинство работ по тепломассообмену в виброкипящем слое [23, 27, 40-47 ].

Однако при конвективном подводе тепла возможна организация более интенсивного и экономичного процесса сушки [24, 48, 49]. Также исключается возможность налипания продукта на греющие поверхности. Поэтому основное внимание при проектировании аппарата для сушки полупродуктов органических красителей в виброкипящем слое следует уделить конвективному методу подвода тепла.

Конвективный теплообмен реализуется при омывании тела газом, имеющим температуру, отличную от температуры тела.

Процесс переноса тепла и массы при сушке описывается системой дифференциальных уравнений, которая не всегда может быть решена применительно к конкретным условиям тепломассообмена. В этом случае методы расчета процесса сушки базируются на экспериментальных данных, для обобщения которых пользуются теорией подобия [12, 24, 30, 49].

Основным факторами, определяющим интенсивность процесса тепло- массообмена виброкипящего слоя материала со средой является его гидродинамические параметры [16, 23].

М. Хоц и И. Шнеллер исследовали влияние скорости продувки воздуха и параметров вибрации на тепло- массообмен между газом и частицами нафталина с размером 2-4 мм. Результаты исследований приведены в [23] Закономерность изменения коэффициента массообмена от параметров вибрации имеет три ярко выраженных участка. При относительном ускорении вибрации X < 1 коэффициент массообмена практически не зависит от параметров вибрации; при А, большем или равном единице (при

20 переходе слоя из состояния виброожижения к виброкипению) коэффициент массообмена резко увеличивается; при дальнейшем увеличении X коэффициент массообмена увеличивается незначительно.

В.А. Филипповым и В.Н. Лихвацкой проведены исследования теплообмена виброкипящего слоя угля с воздушной средой в процессе сушки [50] для частиц с размерами 1-3, 3-5 и 1-5 мм. Результаты исследований обобщены авторами в виде эмпирической зависимости

N11 = 1,16-Ыед\0,8 , л 0,96

ГУ

1.1)

Полученные данные по скорости сушки угля при конвективном и кондуктивном подводе тепла, свидетельствуют о том, что интенсивность сушки угля конвективным методом была выше, чем кондуктивным, даже при более высоких температурах нагревателя, чем воздуха-теплоносителя.

В [23] приводится полученная М.Е. Сбродовым эмпирическая зависимость числа Нуссельта от числа Рейнольдса и относительного ускорения вибрации лотка

N11 = 0,142-Яе

Г 9 Л°'04 А-со2

1.2)

При исследовании массообмена в процессе сушки поливинилхлорида различных марок Муштаевым В.И. и др. была получена зависимость коэффициента массоотдачи от параметров вибрации и скорости воздуха [34] Р

0,181 • Б • V

0,4

Г тЛ

А-со2

1.3)

1-в)0'4^0'4.с10'6

3. Паковски [51] предложил для расчета внешнего тепло- массообмена при сушке в виброкипящем слое зависимость, аналогичную зависимости (1.1)

N11 = 0,827-Яе

1,04

А-со

2 л 0,483

§ ;

1.4)

21

Авторы [43] изучали процесс сушки термолабильных химических реактивов в виброаэрокипящем слое. Обработка полученных данных позволила получить следующее соотношение

Иид -2,22-103 - Re0'48-Se0'3

1.5)

Borde I. и другие [52, 53] рекомендуют для расчета коэффициента мас-соотдачи при сушке в движущемся виброаэрокипящем слое следующую зависимость

0,5 оДЗЗЗ

2 + 0,6- Re ' • Se Мид=7-í

1 + cw '(Tgaz Tm

1.6)

Е.Д. Зайцев [36] при изучении внешнего тепло- массообмена в вибро-кипящем слое установил, что вибрация оказывает более сильное влияние на межфазный теплообмен в случае мелкодисперсных материалов, чем крупнодисперсных. Например, при сушке в виброкипящем слое фармацевтических препаратов коэффициент теплообмена в 1,5-3 раза выше, чем в кипящем, а в слое силикагеля - не более, чем в 1,3-1,5 раза. Автором было получено критериальное уравнение для расчета коэффициента теплообмена в виброаэрокипящем слое

N11 = 0,028 -Яе1'1-!^'2, (1.7)

Однако, следует отметить, что эмпирические уравнения для расчета коэффициентов тепло- массоотдачи включают в себя высоту слоя или удельную загрузку сушилки материалом. В критерии подобия части этих уравнений введен размер аппарата, не являющийся определяющим параметром.

В [52] для слоя частиц диаметром 0,7-0,8 мм, продуваемом воздухом комнатной температуры проведен расчет высоты зоны релаксации Ье (в пределах которой действующая разность температур между газом и частицами уменьшается в е раз) при минимально возможном значении критерия

22

Нуссельта Митт=2. При е=0,4, Рг=0,72, Яе/8<25 отношение высоты зоны релаксации к диаметру частиц ЬеМ становится меньше единицы.

Таким образом, поток газа мог бы прогреться до температуры частиц на высоте слоя меньшем диаметра частиц. В этом случае, понятие коэффициентов тепло- и массообмена становится неопределенным [54, 55].

О балансовом характере процесса сушки во взвешенном состоянии материалов с размерами частиц меньше одного миллиметра утверждается в ряде работ [49, 54, 55]

В виброаэрокипящем слое коэффициенты тепло- массообмена имеют значения большие, чем в кипящем слое. Большинство сыпучих полупродуктов органических красителей имеют средний размер кристаллов порядка 0,3-0,8 мм (Приложение 1), для их сушки используется теплоноситель, максимальная температура которого определяется термолабильными свойствами полупродукта.

Все вышесказанное позволяет сделать вывод о том, что при проведении исследований процесса сушки полупродуктов пиразолонового ряда и класса арилидов в виброаэрокипящем слое необходимо экспериментально определить область протекания процесса.

1.7. Гидродинамика виброкипящего слоя

Основные выводы:

1. Подтверждена возможность применения метода сушки в виброаэроки-пящем слое для сыпучих полупродуктов органических красителей (пиразолонового ряда и класса арилидов) с внедрением на АО "Пигмент", г. Тамбов.

2. Разработана математическая модель процесса сушки полупродуктов органических красителей в виброаэрокипящем слое, учитывающая изменение степени перемешивания и скорости перемещения материала по лотку в процессе его сушки.

3. Предложены эмпирические соотношения для расчета значения условного критического влагосодержания, эффективной вязкости виброаэрокипя-щих слоев, коэффициента продольного перемешивания для полупродуктов пиразолонового ряда и класса арилидов.

4. Разработана методика инженерного расчета сушилок с направленно перемещающемся виброаэрокипящим слоем материала.

5. Проведены исследования процесса сушки полупродуктов органических красителей в виброаэрокипящем слое на опытно-промышленной установке и доказана адекватность предложенной математической модели процесса сушки реальному процессу

6. Решена задача параметрической оптимизации процесса сушки в направленно перемещающемся виброаэрокипящем слое по условию энергосбережения.

7. Разработаны рекомендации по проектированию установок с направленно перемещающемся виброаэрокипящим слоем для сушки сыпучих полупродуктов органических красителей. (Переданы для использования АО «Пигмент», г. Тамбов).

138

1. Воронцов И.И. Производство органических красителей М.: ГХИ.-1962 г. 554с.

2. Чекалин М.А., Еремин Ф.Ф. Производство азокрасителей М.: ГХИ, 1952г. 448с.

3. Голомб JT.M. Физико-химические основы технологии выпускных форм красителей. Л.: Химия, 1974. - 224 с.

4. Степанов Б.И. Введение в химию и технологию органических красителей. М.: Химия, 1977. - 487 с.

5. Обезвоживание термолабильных продуктов (анилида ацетоуксусной кислоты) / С.Ю. Чупрунов, JI.H. Чемерчев, Н.П. Утробин и др. // Труды молодых ученых и студентов ТГТУ: Тамбов, 1998. Вып. 2. - С. 33 - 36

6. Интенсификация процесса сушки термолабильных продуктов / А.И. Леонтьева, Н.П. Утробин, С.Ю. Чупрунов и др. // Прогрессивные технологии и оборудование для пищевой промышленности: тезисы докл. международной научн. техн. конф. - Воронеж, 1997. - С. 216-218

7. Обезвоживание полупродуктов органических красителей в виброкипящем слое/ В.И. Коновалов, А.И. Леонтьева, С.Ю. Чупрунов, и др. // Химия и химическая технология. Т. 42, вып. 1, 1999. - С. 78 - 82

8. П.Лыков A.B. Теория сушки. М.: Энергия, 1968. 472 с.

9. Krischer Die wissenschaftlichen Grundlagen der Trocknungstechnik Erster Band. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1978. 489.

10. Сажин B.C., Сажин В.Б. Научные основы техники сушки. М.: Наука. 1997. 448 с.

11. Урьев Н. Б. Физико-химическая механика в технологии дисперсных систем . М.: Знание, 1975. 66 с.

12. Гончаревич И.Ф., Сергеев П. А. Вибрационные машины в строительстве. М.: Машгиз, 1963. -311с.

13. Варсанофьев В.Д., Кольман-Иванов Э.Э. Вибрационная техника в химической промышленности. М.: Химия, 1985. 240 с.

14. Плановский А.Н., Муштаев В.И., Ульянов В.М. Сушка дисперсных материалов в химической промышленности. М.: Химия, 1979. 286 с.

15. Карамзин В.Д. Техника и применение вибрирующего слоя. Киев.: Наукова думка, 1977. 174 с.

16. Голубев Л.Г., Сажин Б.С., Валашев Е.Р. Сушка в химико-фармацевтической промышленности. М.: Медицина, 1978. 272с.

17. Рыжков А.Ф., Баскаков А.П. Вывод уравнения движения засыпки в вибрирующем аппарате. // ИФЖ. 1974. -Т.27, №1. С. 15-22.

18. Колосов И.В., Черномаз В.Е., Урьев Н.Б. Контактные взаимодействия в процессе образования виброкипящего слоя в высокодисперсных порошках. // ТОХТ. 1982. Т.16, №2. - С.46-48.

19. Колосов Н.В., Урьев Н.Б. К теории виброожижения структурированной дисперсной системы в плоском канале. // ТОХТ. 1986. Т.20, №3. - С.414-416.140

20. Членов В.А., Михайлов H.B. Виброкипящий слой. М.: Наука, 1972 . -344с.

21. Лыков М.В. Сушка в химической промышленности. М.: Энергия, 1970. -428 с.

22. Ворошилов А.П. Сушка дисперсных химических реактивов в виброаэроожиженном слое. Дисс. канд. техн. наук. М.: ВНИИ химических реактивов и особо чистых химических веществ, 1987. - 225 с.

23. Базилевич Л.П., Жебровский А.К. Современная аппаратура для сушки токсичных сыпучих материалов. // Химическое, нефтеперерабатывающее и целлюлознобумажное машиностроение. 1966. №2. - С. 19-20.

24. Якуба А.Р. Исследование процесса сушки дисперсных материалов и разработка новых конструкций сушилок. Дисс. канд. техн. наук. -Рубежное.: НИОПИК, 1972. - 162 с.

25. Strumillo Cz., Pakowski Z/ Drying of granular product in vibrofluidized beds. Drying 80. Vol. 1. - Waschington e. a., 1980. - p. 211-216.

26. Kudra and Cz. Strumillo Thermal processing of bio materials. Series: Topics in Chemical Engineering, Gordon & Breach science publishers, Switzerland, 1986. -669pp.

27. Романков П.Г., Рашковская Н.Б. Сушка во взвешенном состоянии. Л.: Химия, 1968. 358с.

28. Муштаев В.И., Чевиленко В.А., Коротков Б.М. Исследование сушки дисперсных материалов в аппарате с виброкипящим слоем. // ТОХТ. 1974.-Т.8,№6.-С. 866-871.

29. Черняев Ю.И. О расчете внешнего теплообмена в псевдоожиженном и виброкипящем слоях . // ТОХТ. 1989. Т.23, №4. - С. 477-481.

30. Зайцев Е.Д. Гидродинамика и межфазный теплообмен в виброаэрокипящем слое. // Химическая промышленность. 1990. №1. -С.42-44.

31. Зайцев Е.Д. Влияние диаметра аппарата на внешний теплообмен и эффективную теплопроводность виброкипящего слоя // Химическая промышленность. 1980. -№10. С.43-44.

32. Фрегер Ю.Л. Об интенсификации процесса конвективной сушки зерна в слое за счет вибрации. // В кн.: Техника сушки во взвешенном слое , вып. 5. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1966.

33. Чернобыльский И.И., Фещенко В.З. Некоторые результаты исследований вибрационной сушки дихлоральмочевины. // В кн.: Химическое машиностроение, вып. 3. Киев, 1966.

34. Букарева М.Ф., Членов В.А., Михайлов Н.В. Исследование теплообмена поверхностей нагревателей с вибрирующим слоем. // Химическая промышленность. 1968. №6. - С. 21-22.

35. Букарева М.Ф., Членов В.А., Михайлов Н.В. Сушка тонкодисперсных материалов в виброкипящем слое. // Химическое и нефтяное машиностроение. 1970. №2. - С. 17-18.

36. Установка для сушки термолабильных адгезионных химических реактивов в виброаэрокипящем слое. / М.М. Яковенко, И.С. Глух, В.А. Успенский и др. // Химическая промышленность. 1991. -№8. С. 54-57.

37. Бабенко В.Е., Шипулина Т.А. Расчет процесса сушки в виброаэрослое при терморадиационном энергоподводе. // ТОХТ. 1995. Т.29, №2. - С. 217-219.

38. Оптимизация режима сушки микрокапсулированных продуктов в виброкипящем слое. / Тихонов В.А., Юленец Ю.П., Чусов Н.П. и др. // Деп. ВИНИТИ АН РФ. 1980. №4005-80. - 4 с.

39. Сапожников Б.Г., Новиков C.B. Мгновенные значения коэффициентов теплоотдачи в виброкипящем слое. //ТОХТ. 1994. Т.28, №1. - С.77-79.

40. Локальный теплообмен между виброкипящим слоем и пучком горизонтальных труб. /Г.Д. Косенко, Е.Г. Решетников, Н.И. Сыромятников // В кн. : Термия-75. Л. 1975. -С.52-55.

41. Гинзбург A.C. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов. М.: Пищевая пром., 1973. 528с.

42. Гельперин Н.И., Айнштейн В.Г., Кваша В.Б. Основы техники сушки. М.: Химия, 1967. -664с.

43. Исследование процесса сушки угля в виброкипящем слое / В.А. Филиппов, П.А. Шишов, В.Н. Лихвацкая и др. //В кн.: Обогащение и брикетирование угля, №7-8. М.1970. С. 25-31.

44. Струмилло Ч., Паковски 3., Жылла Р. Проектирование сушилок с кипящим и виброкипящим слоем с исплоьзованием ЭВМ. // ЖПХ. 1986. -№9. С. 2108-2114.

45. Borde I., Dukhovny M. and Elperin T. Heat and mass transfer in moving vibrofluidized granular bed. // The 2nd. Israel conference for Conveying and Handling of Particulate Solids. Jerusalem, Israel, 1997. P. 12.39-12.45.143

46. Borde I., Dukhovny M. and Elperin Т. Heat and mass transfer in vibrofluidized bed. // Drying-98. 11th International Drying Symposium (IDS^). Halkidiki, Greece, 1998. Vol. A. -pp. 110-117.

47. Айнштейн В.Г., Захаренко В.В., Захаров М.К. О потоковых задачах и пропускных способностях при описании химико-технологических процессов. // Химическая промышленность. 1998. №11. - С.40-48.

48. Расчеты аппаратов кипящего слоя: Справочник / Под ред. И.П. Мухленова, Б.С. Сажина, В.Ф. Фролова. JL: Химия, 1986. - 352с.

49. Пановко Я.Г. Вибрационные транспортирующие машины. М.: Машиностроение, 1964. -285с.

50. Блехман И.И., Джанелидзе Г.Ю. Вибрационное перемешивание. М.: Наука, 1964. -410с.

51. Блехман И.И., Джанелидзе Г.Ю. Вибрационное перемещение. М.: Наука, 1964. -198с.

52. Рыжков А.Ф., Толмачев Е.М. О выборе оптимальной высоты виброожиженного слоя. //ТОХТ. 1983. -Т. 17, №3. -С.206-213.

53. Накорчевский А.И. Математическая модель динамики агломерации в аэровиброкипящем слое // ТОХТ. 1995. Т.29, №5. - С. 500-503.144

54. Исследование закономерностей образования статического разрежения под виброкипящим слоем. / М.Ф. Букарева, Р.А. Татевосян, В.А. Членов и др. // ТОХТ. 1974. -Т.8, №1. -С. 139-142.

55. Марковский В.М., Сапожников Б.Г., Сыромятников Н.И. Об аналогии между виброкипящим слоем и жидкостью.// ТОХТ. 1974.- Т.8,№4. -С.636-638.

56. Akiyama Т., Aoki К.М. and Tsuruta Y. Bistability of particle bed surface levels in single tubes immersed in vibrating particle beds. // in CD-ROM: World Congress on Particle Technology 3, Brighton, UK, 1998. -Article № 346.-pp.l-8.

57. Air pressure dependence of vibrated beds of particles. / T. Akiyama, K.M. Aoki, K. Yamamoto, T. Oishi and T. Yoshikawa. // in CD-ROM: World Congress on Particle Technology 3, Brighton, UK, 1998. -Article № 344. -pp.1-8.

58. Капустин E.A., Просвирнин B.H., Буторина И.В. Динамические характеристики виброкипящего слоя. //ТОХТ. 1980. -Т. 14,№5. С.720-727.145

59. Исследование гидродинамики при сушке полимерных материалов в виброкипящем слое. / Муштаев В.И., Коротков Б.М., Чевиленко В.А. и др. // Химическое и нефтяное машиностроение. 1973. №12. -С. 13-14.

60. Якуба А.Р., Ворошилов А.П., Кузьмин И.Ф. Критическая скорость псевдоожижения увлажненных материалов. // ЖПХ. 1985. -№8. -С. 19361939.

61. Потанин A.A., Урьев Н.Б. О текучести виброожиженных систем. // ТОХТ. 1989. Т.23, №2. - С. 229-234.

62. Кавецкий Г. Д., Никонов JI.B., Крохин Н.Г. Аэродинамика виброаэропсевдоожиженного слоя. //ТОХТ. 1976. Т. 10, №6. - С.935-937.

63. Реусов A.B., Михневич A.B., Таганов И.Н. О расширении псевдоожиженного слоя в коническо-цилиндрическом аппарате с вибрирующей решеткой. //ТОХТ. 1985. -Т. 19, №1. С.69-73.

64. Бондаренко И.С., Гвоздев В.Д., Табунщиков В.Г. Локальная порозность виброкипящего слоя при круговой траектории рабочей камеры аппарата. // В кн.: Гидродимика, тепло- массообмен в зернистых средах. -Межвуз. сб. научн. трудов.- Иваново. 1983. -С.50-54.

65. Осипов A.B., Лосик В.И., Бабинцева Б.Л. Химические реакторы с виброперемешиванием. // В кн.: Химреактор-6, тез. Всесоюзн. конф. -Дзержинск. 1977. 239-240.

66. Баркан Д.Д. Виброметод в строительстве. М.: Госстройиздат. 1959. 120 с.

67. Волик Р.Н. Некоторые теоретические вопросы воздействия вертикальных вибраций на слой зернового материала и146экспериментальные исследования // В кн.: Проблемы сепарирования зерна и других сыпучих продуктов. -М.: ВНИИЗ 1963. -146 с.

68. Пористость виброкипящего слоя. / Г.К Бахман, Г.Ф. Жирнова, Г.М. Михайлов и др. //В кн.: Труды волгоградского политехнического ин-та., 1970.-С. 27-33.

69. Муштаев В.И., Чевиленко В.А., Плановский А.Н. Физическая модель псевдоожижения в условиях вибрации и определение скорости начала вибропсевдоожижения //В кн.: Расчет и конструирование массообменных аппаратов. Труды МИХМа. - 1974. - С. 74-79.

70. Гухман A.A., Кондуков П.В. Прохоренко H.H. О движении твердой фазы в псевдоожиженном слое. Теоретические основы химической технологии, 1973, т. VII, №3. - С.401-406

71. Перемешивание во взвешенных слоях / Г.Д. Кавецкий, JI.B. Никонов, В.Н. Картечин и др. //Химическая технология топлив и масел. 1976, Т. 10. -С. 6-14.

72. Reay D. Proc. 1st. Int. Symp. Drying, Montreal, Science Press, Princetot N.J., 1978,- 136 p.

73. Вибрационные машины в строительстве и производстве строительных материалов. Справочник. / Под ред. В.А. Баумана. М.: Машиностроение. 1970.

74. Математическое описание процесса сушки сыпучих материалов в виброкипящем слое / С.Ю. Чупрунов, А.И. Леонтьева , М.А. Иванова и др. // тезисы докл. 4 ой научн. конф. ТГТУ - Тамбов, 1999. - С. 13-14

75. Математическое описание процесса сушки полупродуктов органических красителей в виброаэрокипящем слое / С.Ю. Чупрунов, Л.Н. Чемерчев, М.А. Иванова и др. // Труды молодых ученых и студентов ТГТУ: Тамбов, 1999. Вып. 3. - С. 122-127

76. Рудобашта С.П. Массоперенос в системах с твердой фазой. М.: Химия, 1980.-248 с.

77. Рудобашта С.П., Очнев Э.Н. К зональному методу расчета процессов массопередачи в системах с твердой фазой ( сообщение 2). В кн.: Труды МИХМ. Выпуск 51. Процессы и оборудование химических производств. -М., 1974.-С.8-11

78. К теории углубления зоны испарения при сушке капиллярно-пористых материалов/ Муштаев В.И., Тимонин А.С., Ульянов В.М и др. // ТОХТ, 1983, T.XVII, №6. С.740 - 744.

79. Kroll Tocknen und Trockner in der Produktion Berlin, 1989. 615

80. Kroll Tockner und Trocknungsverfahren Zw. Band. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1978. 653

81. B. Keey Drying: principles and practice Pergamon press, 1975. 376 pp.

82. Jean-Maurrice Vernaud Drying of polimeric and Solid Materials: Modelling and industrial applications. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1992. -336pp.

83. Keey Drying of loose and particulate materials Hemisrhere Publishing Co., 1992.-504 pp.

84. Фролов В.Ф. Моделирование сушки дисперсных материалов. Л.: Химия, 1987. -208с.

85. Исследование кинетики сушки сыпучих материалов во взвешенном слое. / Т.В. Павлова, Л.Я. Рудобашта, Г.Н. Дробышев, и др. //В кн.: Расчет и конструирование массообменных аппаратов. Труды МИХМа. - 1974. - С. 58-62.

86. Рыжков А.Ф. Промышленные печи с кипящим слоем. Свердловск, 1973. -264с.

87. Псевдоожижение / В.Г. Айнштейн, А.П. Баскаков, Б.В. Берг и др. М.: Химия, 1991. -400с.

88. Cz. Strumillo and Т. Kudra Drying: principles, applications and design Gordon & Breach science publishers, Switzerland, 1986. 448pp.

89. Ю7.Кафаров B.B. Методы кибернетики в химии и химической технологии. -М.: Химия, 1971.-496 с.108.3акгейм А.Ю. Введение в моделирование химико технологических процессов. - М.: Химия, 1973

90. Прохоренко H.H., Тихомиров С.А. О моделировании аппаратов с псевдоожиженным слоем. Теоретические основы химической технологии, 1991, т.25, №2. - С.241 - 246

91. Харин В.М., Шишацкий Ю.И. Кинетика сушки во взвешенном слое. // ТОХТ. 1995. Т. XXIX, №2. - С. 179 - 186.

92. Павлов A.C., Бабенко В.Е. Оценка режима движения дисперсной фазы в проточном аппарате с виброожиженным слоем. // Химическая промышленность. 1982. -№10. -С. 45-46.

93. Характер движения материала в аппарате с псевдоожиженным слоем прямоугольного сечения. / Крюков Г.В., Габескерия О.В., Лыков М.В. и др. // Химическая промышленность. 1979. №8.- С. 50-51.

94. Сушка сыпучих продктов в горизонтальных псевдоожиженных слоях. /

95. A.A. Ойгенблик., В.Е. Бабенко, Э.М. Жиганова и др. // Химическая промышленность. 1982. - №8. - С. 499-502.

96. Математическое моделирование непрерывных процессов сушки сыпучих продуктов. / В.Е. Бабенко, A.A. Ойгенблик, В.П. Назаров и др. // ТОХТ. 1972. - Т.6, №3. - С. 400-406.

97. B.И. Муштаев и др. // В кн.: Массообменные процессы и аппараты химической технологии. Труды МИХМ, М., 1975. -С.34-36.

98. К расчету аппаратов для сушки тонкодисперсных материалов в вибропсевдоожиженном слое. / В.И. Муштаев, В.А. Чевиленко, А.Н. Плановский и др. // В кн.: Массообменные процессы и аппараты химической технологии. Труды МИХМ, М., 1976, вып.69. -С.9-19.

99. Расчет стационарного непрерывного процесса сушки дисперсных материалов в виброкипящем слое. / А.В. Марков, В.А. Тихонов, И.И. Евлампиев и др. //ЖПХ. 1981. - Т. 54, №12. - С.2762-2766.

100. Сажин Б.С., Чувпило Е.А. Типовые сушилки со взвешенным слоем. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1975. 72с.

101. Perry's chemical engineers' handbook. 7th ed. McGraw-Hill Co 1997. -2624 pp.

102. Каганович Ю.А., Злобинский А.Г. Промышленные установки для сушки в кипящем слое. JI: Химия, 1970. - 175 с.

103. Островский Г.М., Волин Ю.М. Методы оптимизации сложных химико-технологических систем. М.: Химия, 1970. - с.

104. Айнштейн В.Г. Скорости начала псевдоожижения и витания сферических частиц. Химия и химическая технология, 1996, №6. - С. 96 -103.

105. Бретшнайдер С. Свойства газов и жидкостей. Инженерные методы расчета. М.: Химия, 1966. - 536с.151

106. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам жидкостей и газов. М.: Наука, 1972. - 720 с.

107. Дэвидсон И.Ф., Харрисон Д. Псевдоожижение твердых частиц. М.: Химия, 1965. - 184 с.

108. Серебренников Г.Г., Френкель Л.И. Вероятностные оценки времени пребывания твердых частиц в псевдоожиженном слое. Химическая промышленность, 1980, №1. - С.46 - 47.

109. Тюрин Ю.Н., Макаров A.A. Анализ данных на компьютере. М.: Химия, 1985

110. Химмельблау Д. Анализ процессов статистическими методами. М.: Мир, 1973.-958 с.

111. Ляшков В.И. Компьютерные расчеты в термодинамике. -Тамбов: ТГТУ, 1997. 163с.

112. Крылов В.И., Бобков В.В, Монастырный П.И. Вычислительные методы. -М.: Наука, т.П, 1977. -310с.

113. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. -М.: Наука, 1977. -656с.1. Продолжение таблицы П-2