автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Моделирование, оптимизация и расчет сушильно-десорбционных процессов в аппаратах с пневматическим и механическим движением дисперсных материалов

гго

КАЗеЙКИЙ ХИЛИСО-ТЕХЮЮГЩЕСКИЙ ШСТИГУТ

/ - 1 <

• На правах рукописи

КУАТЕЕКОВ ШАНЕЕТ КУАТЕЕКОВИЧ

МОДЕЛИРОВАНИЕ, ОПТИМИЗАЦИЯ И РАСЧЕТ СУШИЛЬНО-ДБООРБЦЮННЫХ ПРОЦЕССОВ В АППАРАТАХ С ПНЕШАТИЧЕСКШ И МЕХАНИЧЕСКШ ДВШЕНИЕМ ДЙЗПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ

05.17.08 - Процессы и аппараты химической технологии

■ДИССЕРТАЦИЯ .

в форме научного доклада на соисканиг ученой степени доктора технических наук

Шымкент - 1993

Работа выполнена в Научно-производственном объединении "Казлегпром" и ОНЖ Мшудобренай СССР при ДкамЗудском технологическом институте легкой и пищевой промышленности.

Научные консультанты:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор КУЦАКОВА Валентина Брэмаевна

доктор технических наук, профессор БА1АБЕК0В Оразалы Сатимбекович.

ХОЛПАНОВ Леонад Петрович -........

доктор технических наук, профессор

РГОАЕВ Наби Убайдуллаавич ---------

доктор технических наук, профессор

АЛТЫНБЕКОВ Феликс Ембергенович доктор технических наук, профессор'

Ведущая организация: Институт химических наук НАН РК

Защита-состоится 2 апреля 1993г. в 14-00 часов да заседании специализированного Совета Д 068.06.01. в Казахском химико-техно- ' логическом институте по адресу; 486018, г.Шымкент, пр.Тауке. хана, 5.

Диссертация разослана"

_1993г;

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казахского химико-технологического института."

Ученый секретарь специализированного Совета, кандидат технических наук, доцент п Д.С.САШРХАНОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Значительный вклад в совершенствова-ниэ научно-технического прогресса при решении современных социально-экономических задач общэстэа делает развитие технологических процессов в системе газ-твердое тело с дисперсной твердой фазой перспективным и эффективным направлением создания новых и совершенствования существующих технологий практически во всех отраслях народного хозяйства. Однако их интенсификация сдерживается как недостаточной изученностью сложных, одновременно и порой конкурентно протекающих процессов переноса в условиях взаимовлияния характеристик переноса, физико-химических и механических параметров, совмещенного тепло- и маосопероноса, слояннх релаксационных и ис-точниковых факторов, так'и малоисследованным параметрическим-влия-ниом организующих структурных .факторов (насадок,' направляющих лопаток углов наклона и т.п. ) на шкрокинетичэские"функции- распределения с интенсификацией движения дисперсной твердой фазы пнев-' матическими (псевдоояижанннй воздухом слой) и механическими (рота-ционно-барабанннв устройства)' способами. • • .................

Разработка васокоинтенсквных технологий на базе сушильных-" • процессов с интенсификацией движения дисперсной твердой фазы требует создания и проверки адекватности сложных математических"мо-' делей, основывающихся на система данных и физико-химических свойствах материалов, макрокинетяческих методах описания процессов в" системе газ-твердоэ тело и предлагаемых и модернизируемых конструкциях аппаратов. .........

Работа по созданию высокоэффективных процессов и аппаратов и модернизации'существующих сушильных установок с интенсивным дви- ■• жением дисперсной фазы осуществлялась в соответствии с Координации онным планом научно-исследовательских работ АН СССР на 1981-1990гг. по направлению "Теоретические основы химической технологии" (код 27.2.19).

Наиболее актуальные задачи в рамках данной проблемы: ■

- комплексный анализ материалов объекта сушки (исследование кинетических закономерностей);

- отыскание теплофизических, массообменных я гидромеханических характеристик исследуемых материалов;

- оптимизация процесса сушки в аппаратах с интенсивным движением твердой фазы;

- моделирование циклических рекуперационных процессов;

- разработка методик инженерного расчета промышленных агрегатов. ....

Цепь и задачи работа.'Целью работы является развитие теория и создание на ее основе научнообоснованных методов математического описания, оптимизации и расчета аппаратов с пневматическим и механическим движением дисперсных материалов, что сопряжено с необходимостью решения следующих задач:

- разработать способы интенсификации процессов совмещенного тепяомассопереноса при сушке и десорбции путем модернизации внутренних устройств аппаратов;

- разработать математические модели тепломаосообменных процессов с интенсивным движением дисперсной фазы и построить'расчет-но-оцтимиэационнне алгоритмы нахождения технологических параметров процессов тепло-массопереноса; ' ' ...-..-

- создать методики определения и описания физико-химических процессов истирания, теплообмена, диффузии, совмещенного тепломассообмена с получением кинетических описаний; "

- определить манрокинетические характеристики реальных процессов сушки о интенсификацией движения дисперсной твердой"фазы в разработанных и модернизированных конструкциях аппаратов; .....

- экспериментальная проверка моделей и алгоритмов на исследованных системах; _ .........

- модернизировать существующие или внедрить высокоинтенсивные сушильные барабанные агрегаты и рекуперационные установки на практике. ~ "

Научная новизна ааключаэтся в разработке и развитии теорети-~ ческих положений переноса массы и тепла з системе газ-твердое тело в условиях взаимовлияния параметров тепло- и дассообменннх'потоков, физико-химических и механических свойств, совокупность которых имеет ватаое значение ддя развития сушильных процессов И"техники.

На основе рассмотрения внутреннего тепло- и массопереноса в' частице обрабатываемого материала, а также введения динамического уравнения относительно заполнения агрегата продуктом в непрерывном процессе: получены математические модели сушки и десорбции в условиях пневматического и механического движения высушиваемого материала в различиях аппаратах.

Теоретически определены:

- теплофизичесгсие и массообменяые коэффициенты внутренней ■ диффузии при послойной обработке зерна адсорбентов в изотермическом и ноазотермичвском режимах;

- - истираемость объекта в заторможенных псевдоожиженных слоях в неустановившемся и установившемся режимах;

- потенциалы сочместного тепло- и массопереноса;

- для ряда аппаратов интенсивного движения дисперсной твердой фаз!» экспериментально получены и статистически обобщены в виде функций распределения характеристики макрокинетического описали методом подуэмпирических корреляций, корректирующие стандартную модель идеального слешения;

- для свободных и заторможенных псевдоожиженных слоев разработан метод кусочной линейно-экспоненциальной аналитической аппроксимации реальных кривых распределения. Для механического ротаци-онно-барабанного перемешивания взодилась многопараыетричэская аппроксимация с учетом запаздывания (времени задержки).

Полученный класс математических моделей использован для по-~ строения алгоритма оптимального управления процессом, выбора конструктивных и технологических характеристик разрабатываемых и модернизируемых аппаратов для суиильно-десорбционных процессов с -" твердой дисперсной фазой при интенсивном пневматическом (в свободном и заторможенном слоях) и механическом.движении. ............

Практическая ценность и реализация результатов работа в промышленности. На основе результатов физико-химических и макрокика-тических исследований и математического моделирования разработаны технические и технологические основы интенсификации сушияьно-де-' оорбционннх процессов, реализованные в предложенных и модернизированных конструкциях аппаратов в системе газ-твердое тело с активным пневматическим (свободным и заторможенным) и механическим движением дисперсных материалов.

Предложон и внедрен рекуперационный трехступенчатый процесс с термической десорбцией псевдоожкжекного отработанного•сорбента в неподвияном слое насадки. Применение аппаратов с заторможенным насадкой ясевдоожижонным слоем на всех трех стадиях (адсорбция/ термическая десорбция,, охлаждение) отработки сорбента,'снижение" истираемости последнего (почти на порядок) по сравнению с истиранием его при перемешивании в свободном псевдоожиженном слое, что определило улучшение технико-экономических показателей технологического процесса.

Разработан, реализован, испытан и внедрен комплекс решений по модернизации и интенсификации сушильных процессов обработки дисперсных материалов путем ротационно-барабанной, механической акти-

визации движения высушиваемого материала. Макрокинетические исследования, позволившие"оптимизировать процасс по углу наклона бара-бака, числу его оборотов и параметрам конструктивной формы направляющих лопаток, привела к разработке методик расчета оптимальных конструктивных параметров модернизируемых промышленных барабанных агрегатов, на основе которых разработаны и внедрены новые высокоинтенсивные технологии обработки семенного материала масличных и волокнистых культур.

Создана, оптимизирована и внедрена технология сушки хлопка-сырца и семян сахарной свеклы, подсолнечника и хлопчатника, на основа активного барабакно-рогационного перемешивания, испытанная и реализованная путем крупномасштабной модернизация серийно выпускаемых промышленностью барабанных сушильных агрегатов с обобщением опыта и рекомендации в методическом руководстве по модернизации барабанных агрегатов.

Реализация разработанных процессов и аппаратов с пневматическим и механическим движением дисперсных сред позволила наряду с значительными экологическими преимуществами получить экономический эффект (в ценах до 1990г.) 2,35.млн.руб. в год.

Апробация работа. Основные результаты работы доложены на Ш Всесоюзной теоретической конференции по адсорбции (Ленинград, 1971), Всесоюзных научных конференциях "Современные маашш и аппараты химических: производств" (Чимкент,_ 1977, 1980), на выездном'заседании секции ТОХТ "Колонные и массообшнные аппараты" (Джамбул, " -1978, Чимкент, 1991г.), Всесоюзной научно-технической конференции (Харьков, 1986), Всесоюзном семинаре-совещании заведующих кафедрами теплотехники (Тшкенг, 1982), Всесоюзной конференции по технологии неорганических веществ (Чимкент, 1982), Всесоюзной научно-практической конференции по интенсификации сельскохозяйственного производства (Алма-Ата, 1989), Республиканском совещании по повышению качества продукции химической промышленности (Актюбинск,1977) Республиканской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов (Актюбинск, 1982), Республиканской научно-технической . конференции (Джезказган, 1982), У1 Республиканской научно-методической конференции (Алма-Ата, КазГУ, 1983), Всесоюзной научно-методической конференции (Москва, МГУ, 1982), Всесоюзной научно-технической конференции по фосфорной прошияешюсги (Чимкент, 1986), Диамбулской областной научно-практической конференции (Джамбул, 1988), Республиканской НТК "Рациональное использование отходов производства с применением экологически чистых технологий (Джамбул,

(1990), Республиканской научно-практической конференции "Охрана и новые форш освоения объектов интеллектуальной и промышленной собственности (Алма-.'та, 1993), I Городской научно-технической "" конференции молодых ученых (Чимкент, 1970), Научно-технические конференции ЛГИ им.Ленсовэта (Ленинград, 1968-1970), IX Научно-техническая конференция КазХГИ (Чимкент, 1971), У Научно-технических конференциях ДГШП (Джамбул, 1972-1985).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 53 печатных работы, получено 4 авторских свидетельства и одно положительное решение.

СОДЕРИНИЕ РАБОТЫ

Г. Кинетические закономерности процессов сушки дисперсных материалов

Сушка является нестационарным термодиффузионныи процессом, " в котором в общем случае влагосодоржание материала и его температура непрерывно изменяются во времени. И без того сложный'анализ становится еще более затруднительным при осуществлении этого процесса в неп{зонвном режиме для обработки дисперсных материалов. При применении агрегатов с кипящим, фонтанирующим, вихревым"слоями и барабанных установок следует учитывать-совместно'весь сложный комплекс явлений (гидродинамику, тепло- и массообмен). Для разработки их рациональных конструкций и оптимальных режимов сушкя " необходимо знать кинетические закономерности процесса и условия его моделирования.

Непрерывный процесс сушки вла-хных материалов представляет собой не только теплофизический, но и технологический процесс, на характер протекания которого решающее влияние оказывают организация его в данной технологической схеме и особенности материала, обуславливающие форму связи влаги с материалом. Общим в"" ' рассматриваемых агрегатах является организация процесса, в котором теплоносителем служит нагретый воздух, фильтрующийся через слой твердого влажного материала.

Имеется ряд работ по изучению особенностей теплообмена между газом и твердыми частицами в кипящем слое, но в болшей части исследований определяются лишь средние значения коэффициентов теплоотдачи. Еще меньше работ по изучение процессов массоотдачи. Однако ввиду сложности определения среднего температурного напора, а часто и суммарной поверхности материала в агрегате,отыскание

коэффициента теплоотдачи является трудноразрешимой задачей.

Комплексный подход н исследованию кинетических закономерностей процесса сушки предполагает учет всех факторов, влияющих на тепло- и массообменные процессы, протекающие в каждом конкретном сушильном агрегате.

Первый, наиболее простой подход - аналитическое решение уравнений, описывающих тепло- и массообменные процессы. Он с помощью эмпирически полученных коэффициентов, входящих в исходные уравнения, позволяет вполне полно описать кинетику сушки единичных объектов, например пластины, а также продуваемых неподвижных слоев частиц правильной геометрической формы, обрабатываемых в периодическом режиме.

Насколько иначе описывается кинетика процесса сушки в агрегатах непрерывного действия с регулируемым заполнением агрегата, а следовательно, и регулируемым временем пребывания продукта в агрегате. К таким агрегатам, в частности, относятся сушилки с вихревыми, кипящими, аэрофонганными слоям. Здесь удобно использовать макрокинетичэский метод описания процессов с дисперсной средой.'Он, как известно, состоит в том, что в условиях, определяющихся технологической схемой процесса, исследуется кинетика обработки малого объекта (частицы зерна), а затем результаты этого исследования рассматриваются совместно с параметрами среды с учетом особенностей обработки в% изучаемом агрегате. Ввиду большого количества факторов, влияющих на процесс сушки, получить аналитическое решение из исходных уравнений тепло- и массообмена практически невозможно. Поэтому единое кинетическое уравнение представляется в критериальном виде.-"

• Ыакрокиьетичзский метод в ряде случаев может использоваться и при исследовании агрегатов непрерывного действия с нерегулируемым заполнением. К последним относятся барабанные агрегаты. В этом случае одного кинетического уравнения недостаточно, так как время пребывания продукта в. агрегате непосредственно связано с заполнением агрегата продуктом. Последнее функционально связано со рсеми параметрами проведения процесса.. "

Таким образом, для того, чтобы описать кинетику сушки, необходимо иметь два кияэтичесг:х уравнения: одно в критериальном виде, разрешенное относительно копанного вяагосодерлашш материала или производительности агрегата, и шороо, определяющее связь заполнения агрегата с параметрами процесса.

" Кроне того, з агрегатах непрерывного действия отдельные частицы материала имеют различное вреил обработки. Разброс во времени обработки частиц определяет неоднородность материала по конечному злагоеодержанию. Оц характеризуется функциями распределения материала по времени обработки или пребывания.

Следует отметить, что когда влагосодеряание на поверхности сохнущего материала болыш гигроскопического, задача полагается внешней. Как известно, при обтекании поверхности частицы потоком теплоносителя в пограничном слое возникают градиента скорости и температур. В связл с тем, что рассматр:юав!Я!й процесс осложнен испарением со свободной поверхности, уравншшо теплообмена необходимо дополнить новым членом (отрицательным источником теплоты, характеризующим объемное испарение влаги). Анализ эксперикон- ' тальных данных (увеличение значения коэффициента теплоотдачи при наличии испарения по сравнению с величиной коэффициента теплоотдачи при чистом теплообмене) позволил предположить следующее: при обтекании платяного капиллярно-пористого тела в пограничный слой попадают вместе с паром мельчайшие субмикроскопические частицы жидкости (молярное диспергирование). Перемешиваясь'с потоком воздуха, они постепенно испаряются, следовательно, испарение"жидкости происходит не только на поверхности материала, по и в'"объеме пограничного слоя. Объемное испарение субмикроскопических частиц жидкости происходит в адиабатических условиях независимо от температуры поверхности пластин. Температура частиц жидкости равна температуре адиабатического насыщения воздуха.

Согласно отмеченному, процесс сушки можно описать системой, включающей уравнения: поля скоростей и температур в пограничном слое; количества движения; сплошности; теплообмена, осложненного испарением; граничных условий Ш рода.

Для процесса переноса теплоты, осложненного внутренним массо-обменом во влажном теле, использованы уравнения Л.В.Лыкова с граничивши условиями И рода, полного потока теплоты на материал в аппарате и баланса теплоты для элементарного участка аппарата. Обработав эти уравнения методом теории подобия получили следующую критериальную зависимость, описывающую процесс сушки в барабанном агрегате:

E-ffРг, Ь, Ко, 6 и, (I • I)

в котором число Косовича модифицировано в виде:

Ко,, =Г(ие -Ll)/(C„ (1- lf/Uo). (1.2)

При этом симплекс влагосодержания {l-U/lï0 ) обозначен через

Е.

При рассмотрении процесса, протекающего в конкретном аппарате, влияние части критериев подобия оказывается незначительным или могут появляться дополнительные определяющие критерии подобия и явный вид уравнений приобретает модифицированный вид. В частности для барабанного сушильного агрегата следует учесть, что во вращающемся барабане одновременно с сушкой происходит продольное и поперечное перемешивание материала. Характер движения твердых частиц при этом зависит от их скорости. Для каждого агрегата существует определенная критическая частота вращения Ai =42,3//5' , при превышении которой частицы материала под действием центробежной силы вращаются вместе с барабаном. На практике Ж=(0,35-0,6)Л£, при этом материал поднимается на высоту диаметра и падает вниз по параболической траектории. ■ • -.

Процесс движения материала моделируется с помощью числа.Фруда:

Fr^bfR/g- (1.3)

где ОЭ =2¿¡МЛ- угловая скорость, 1/с; Я~ радиус цилиндра,

Если ,Fr=l. • .....

Процесс продольной дисперсии моделируется модифицированным числом Пекле-Боденшт: "ша (отношение средней продолжительности "пребывания частицы в барабане к длительности процесса диффузии мате-териала при заданной длине агрегата):

Bo-ap/fvAr) - - (i,4)

где^/U - коэффициент продольной дисперсии, м2/с; 1Г- линейная

скорость материала, м/с. .......

Все переменные, кроме угла наклона агрегата к горизонту, определяющие продольную дисперсию, войдут в кинетическое уравнение. Угол наклона (относительная разница высот загрузочного и разгрузочного отверстий) определяется синусом угла наклона барабанного агрегата к горизонту. Таким образом, для учета радиального смешивании материала вводим определяющий продольное смешивание синус угла наклона агрегата к горизонту - SLn.fi .

Следует заметить, что на каждом элементе длины агрегата частицы обрабатываемого материала находятся в неидентичных условиях. Сушка частиц, находящихся на внешних слоях струи материала, падающей с лопаток, близка к сушке во взвешенном слое. Частицы, находящиеся во внутренних слоях струи, обрабатываются менее интенсивно. Таким образс:л, в общей массе частиц на каздом элементе длины

агрегата могут присутствовать частицы, обрабатывающиеся в первом и втором периодах сушки.

Кроме того,'■нами экспериментально было найдено, что при прочих равных условиях для сушки полидисперсных материалов с малой плотностью (например, семена подсолнечника) оптимальной по производительности является секторная насадка с Г-образггами лопатка;®. В этом случае уравнение должно быть дополнено переменными, описывающими продольное и поперечное перемешивание материала, т.е. числом и синусом угла наклона агрегата к горизонту.

Для получения кинетического уравнения в явном виде проводилось экспериментальное интегрирование с помощью метода наименьших квадратов и определялись показатели степеней при комплексах, входящих в расчетное уравнение при сушке семян подсолнечника

е = А 'кГга^ф >'< Зве' ; (1;б)

Решив уравнение (1.5) относительно производительности, получим:

(? = ае ко /ке а (//а/ыг) в 'уг ( ..

Значения коэффициентов к, о,, В , А*, определяются в зависимости от угла наклона агрегата к горизонту.

Погрешность расчета по уравнению (1.5) составляет ¿12$.

Кроме того, расчет процесса сушки в барабанном агрегате и особенно создание оптимизационных моделей осложнены тем, что единовременное заполнение агрегата продуктом нерегулируемо и является функцией процесса. При коэффициенте заполнонияуь^»/^. (1.7) масса продукта, единовременно находящегося в агрегата,- '

«Й.г-^гЯг/З«. (1.8)

Кроме того, в качестве примера могут быть приведены кинетические закономерности нагрева и десорбции в псевдоожиженном слое сорбента, которые изучались методом "дифференциального слоя" (в одно зерно), "свободного", слоя без насадки и "заторможенного" насадкой слоя.

Кинетические кривые периодических процессов обобщались на основе простейшей линейной модели в виде зависимостей вида Е (Ро):

ис-иР ' (1.9) ; (1.Ю)

где А и_В являются степенным эмпирическими функциям! скорости иг , ^ и , явный вид которых, например, для цеолита:

A-ios.IOV^W* (I.ID

^ t L'° ^ (1.12)

Полученные кинетические описания и закономерности процессов обезвоживания и десорбции носят локальный, микрокинетический характер и для переноса на реальный аппарат требуют знания его макрокинегичееких характеристик.

Наш такяз был проведан расчет температурного поля и влаго-содержания при сушке сомян подсолнечника и хлопчатника. Выбрана модель для решения поставленной задачи, получены расчетные соот- , ношения по температуре и влагосодераангоз объекта по его линейным размерам. Однако сэмена по своей структуре весьма неоднородны и слоисты и поэтому точность расчета во многом определяется точностью отыскания коэффициентов тепло- и массопереноса, которые в литературных источниках отсутствуют, что потребовало от нас анализа и разработки методов определения этих коэффициентов.

2. Геплофизические, массообмонные и трибомеханические характеристики объектов сушки

Исследования предусматривали изучение теплофизических (теплопроводность, температуропроводность) и массообменных (коэффици- ' енты диффузии) характеристик разделанного "тепло- и массопереноса, параметров сопрянанного тепломассопереноса и трибомеханических' ' характеристик частиц, в основном на примере сорбентов,- используемых в рекуперационных установках. Для определения теплофизических и термодиффузионных констант разработан метод увеличенной плоской модели зерна, составленного из спрессованных таблеток, получившихся прессованием измельченных порошков синтетических цеолитов" марки МаХ и активной окиси алюминия A-I. Поэтому в первую

очередь были изучены и испытаны прочностные и трибомеханические характеристики частиц при интенсивном воздействии и перемешивании в процессах десорбции и сушки.

Трибомеханические задачи многоцикяового использования ци/гин-дрических зерен цеолитнях {А'аХ) и углеродных (АР-В) размером 4x6мм решались в параметрических исследованиях кинетики истирания при интенсивном перемешивании в псевдоожшкенном слое. Была разработана методика мониторинга истирания периодически и непрерывно загружаемой в аппарат-десорбер с псевдоожакеннкм слоем диаметром 150 км навески с использованием непрерывного аэродинамического "взвешивания" - измерением с помощью чувствительного

микроманометра, после отфильтровнвания демпфирующими емкостями пульсаций, перепада давлений в елос ЛР( Т ).

Существенным результатом явилось выявление основного пара" метра, определяющего возможность снижения интенсивности истирания - использование насадки различной конфигурации, применение которой, обусловленное рассматривавший низке макрокинетиче сними соображениям!, дало одновременно и весомый трибомеханический эффект. Так, в типичной серии экспериментов с интенсивным перемешиванием слоя сорбента наличие одного из типов насадки приводит к снижению истираемости угля АР-В в 6, а цеолита М*Х~ в 4 раза, соответственно. Интенсификация перемешивания при увеличении скорости продувки и снижении высоты слоя усиливала истирание, в то время как рост средней по слою температуры не оказывал влияния.

Полученные результаты легли в основу как методического обеспечения проводимых экспериментальных исследований, так'и проектирования опытно-промышленных рекуперационннх установок." •

Существует широко распространенное мнение о лимитирующем' • влиянии прогрева при термической десорбции. Определение, влияющих на динамику прогрева, теплофизичэских констант -теплопроводности Л и температуропроводности а1 для пористых гранул в засыпке при' различных температурах явилось самостоятельной и актуальной метрологической и расчетно-теоретической задачей. Разработанная методика представляет собой комбинацию теплофизичэских методов 1 ' нестационарной теплопроводности (В.С.Волькенштэйн - одновременное экспрессное определение -Л. ж образца, но при комнатных температурах) и регулярного режима (А.С.Кондратьев - раздельное определение констант, но в высокотемпературных условиях). Это позволило получить согласующиеся и весьма точные результаты в широком диапазоне температур (табл.2.1).

Учет теплофизических констант представляется существенным как при оценке лимитирующей стадии тепломассопереноса, так и для количественного анализа нестационарных эффектов.

Значения коэффициентов диффузии определялись различными методами: как известными - для спрессованных таблеток в ®Х АН СССР в стационарных и нестационарных условиях, так и предложенным - ■ изотермической десорбцией и адсорбцией паров воды. В двух последних нестационарных методах процесс диффузии предполагался достаточно медленным, чтобы пренебречь гиперболическими эффектами высокоскоростной диффузии по ИЛГ.Таганову:

ввиду т.е.п^е*3, можно было пренебречь и получить

параболическое соотношение для расчета коэффициента диффузии при послойной отработке зерна плоской формы из таблеток

ъ-Щ^й'

где Д - коэффициент диффузии; <2 - концентрация целевого компонента в газовой фазе; - время; а. - величина адсорбции; 1Г- скорость газа.

Таблица 2.1

Метод измерение

Температура

°С

МяХ

¿*/(нк)

ш

м2/с

ссга

Л

¡здо7"

м2/с

А-1 'Л '

м2/с

ЛГИ им.Ленсовета (В.С.Волысенштейн) 25

0,261- Г, 310,277 1,41

ЛИГМО (А.С.Кондратьев)

25 35 69 96 121 145 169 195 222

0,22 0,26 0,175 0,185 0,181 0,163 0,190 0,194 0,197

1,27 1,26 1,19 1,16 1,04 0,89 0,69 0,58 0,51

0,2210,224

0,222 0,212 0,200 0,206 0,210 0,216 0,220 0,225 0,237

1,231,31

1,22 0,95 0,91 0,89 0,83 0,76 0,63 0,55 0,50

0,194- 1,410,239 1,49

0,215 0,168 0,176 0,182 0,183 0,190 0,192 0,197 0,202

1.44 1,84 1,56 1,49 1,33 1,14 0,81 0,76 0,85

Найденные этими методами значения коэффициентов изотермической диффузии для мелколористнх сорбентов такне совпадают с данными ®Х АН СССР и др. литературными данными.

Наибольший интерес представили неизотермические адсорбционно-десорбционные эксперименты, проводившиеся на модельном стенде (рис.2.1) для кинетических опнтов по методу составных плоских гранул (таблеток)1 Теплорегулирующее и метрологическое обеспечение позволяло осуществлять эффективную теплоизоляцию, обдув исследуемого зерна воздухом и дифференциальные тврмодьезоизмерения. Погрешность термостатирования не превышала ¿2° в течение опытов продолжительностью до 36ч и фактически проводился прецизионный сорбционно-теплофизический эксперимент. Опыты по термической десорбции в течение 0,5-36 часов при степенях заполнения пор 0,16-1,0, температурах воздуха 25, 136, Г75 и 206°С и скоростях его 3,5; 6,5; 9,2 м/с

позволили одновременно снять кривые диффузионной-^г ( , X ) и температурной кинетики для различных систем сорбент-сорбтив. Типичная пространственная картина приведена на рис.2.2 и 2.3.

РисД.4. Схема набора таблеток: J~ таблетка, г —втулка, 3 — фтпроплагтовая лента, 4 — асбестовое волокно, 5 — крьнп-1 ка, й — прокладка, 7 — донышко, § — термопара, 9 — прокладка из еплокеаппвой рсжшы, 10 — кольцо с внутренней реаь-бой, 11 — десорбшюшгая камера, 12 — продол4ные перегородки, 13 — лепта вз стеклоткани

Анализ полученных нестационарных полей позволяет сделать вывод, что для мэлкопористых сорбентов МгХ и <ЪА (в отличие от-крупнопористых А-1) термическая стадия прогрева достаточно"быстра и, в отличие от внутридиффузлонного сопротивления, не лимитирует процесс десорбции (за 2-3 часа достигается почти стационарный температурный режим при 50$ остаточном содержании адсорбтива, что опровергает категоричность распространенной расчетной рвкоменда-ции о термической десорбции как температурно-контролируемой стадии) . С другой стороны установлен эффект "источника" - факт увеличения концентрации целевого компонента по сравнению с начальным содержанием в удаленных от открытого торца сечениях зерна (до 40?).

Рассмотрены гидродинамическая (за счет возникновения 'избыточного давления внутри пористого сорбе_нта), термодиффузионная (за счет влияния термоградиентного переноса) модели эффекта.

При наличии гидродинамического, фильтрационного переноса-целевого компонента конденсация долша приводить к появлению внутреннего источника тепла (за счет фазового перехода). Предложен метод выявления динамики этого источника (связанного с нестационарным полем избыточного давления пара) из графического решения обратной задачи для одномерного уравнения нестационарно?! теплопроводности с распределенным источником.

Рис. 2.2 Концентрационные (0) и температурные (л) поля по длине зерна адсорбента.

Рис. 2.3 Кривые кинетики десорбции и нагрева отдельных таблеток.

-На рис.2.4 наглядно видно поглощение тепла в первых по ходу сорбттза слоях составного зерна, что свидетельствует о наличии внутреннего конденсационного источника (стока) тепла, генерирующего в начальные моменты времени избыточное давление, ответственное за фильтрационный (гидродинамический) перенос пара. Этот дополнительный перенос, ответственный за первоначальное накопление целевого компонента з удаленных слоях, со временем релаксирует к открытому концу, что снижает эффект. Разброс значений теплофизичес-ких параметров но меняет существенно мощности источника тепла.

Термопотенцпальная модель переноса следует пз объяснимого массопероноса при их оовгостном протекании.

Уравнение переноса десорбирувмого Еещества внутри капилляр-нопориотого тела

Щ^с^^а^Уь-^^р) (2.4)

учитывает влияние градиентов температуры и давления на массоперэ-нос. Если предыдущее рассмотрение позволяет, в первом приближении, пренебречь градиентом давления, задача расчета внутреннего переноса массы

вновь сводится к обратной задаче - нахождению соответствующих' коэффициентов - потенциалопроводности и термоградиентного

(</"). -

Аналогично изложенному вьпие, здесь также предлагается графический метод получения коэффициентов совместного тепло- и массо-переноса изгобратной задачи: приведенное гравнение обезцазмери-ванием по у^я приводится (с учетом )

к уравнению прямой

а си, (2.6)

Это позволяет графическим дифференцированием двух кривых ■ нестационарной десорбции (X,) и а. (X ,<6 ) определить термоградиентный коэффициент <Г и коэффициент потенциалопроводности а.

изученных систем сорбент-сорбтив в широком диапазоне параметров. При погрешностях графического дифференцирования метод дает из реального процесса качественно интересные параметрические зависимости (рис.2.5).

Исследования совместного тепло- и массопереноса в составном зерне были завершены серией опытов по термической десорбции воздухом о целью получения явного вида кинетических зависимостей. Параметрические зависимости отработки зерна-—- ( "с ) от темпера-

Рис. ¿Л Величина внутреннего источника тепла для отдельных таблеток набора при различных олособах определения коэффициента температуропроводности (Я*).

\ \

1 1 Mf&D O-Ö n-&tn CaA-lhO х-сг;

1 \ и \ г-У

} а \ а\ о

\ 2А А 4 \ \ л \ O^Sw Sa^^ 0 0

: X / a X 0

у- а ■"-ча

1Za 130 Mo i50 160 aO i80 190

РИС. Z.5 ЗАВИСИМОСТЬ ТЕШ ОГРАДИЕН1НОГО КОЗМ-ИЦИЕНТА (¿P) И КОЗМИЦИЕНТА ПОТЕНЦИАЛОПРОВОДНОСШ (<Хч) ЦЕОЛИТОВ Л/аХ, СаА ОТ ТНШЕРАТУШ.

туры £ и от начальной величины адсорбции а* , давления, природы

пары сорбент-сорбтив, скорости агента обобщались в виде функции

безразмерных величин Ет - — ~а>' от /х>гп „ а*,-ар

где &/> - усредненная по зерну равновесная величина адсорбции.

Для всех систем предложены эмпирические выражения кинетических функций Е ( с физически обоснованной асимптотикой на бесконечности.

3. Функции распределения материала по времени отработки и влагосодерканио

Важнейшая характеристика современных высокоинтенсивннх аппаратов для проведения тепло- и массообмена в системе диспергирования твердая фаза - газ (и контактная поверхность нагрева - макро-кинетическая функция распределения по временам пребывания и в ■ пространстве объема аппарата) может быть определена в так назн- " ваемых "холодных" опытах, то есть в экспериментах на гидродинамически х моделях аппаратов для десорбции и сушки. Была отработана методика экспериментального определения соответствующих макрокино-тических характеристик перемешивания для аппаратов с гидродинамическим (псевдоожижением) и механически (вращением барабана)' активизированным движением дисперсной системы, что позволило затем' ' экспериментально изучить оптимизационное управление этими макроки-нетическими характеристиками с помощью внугрислоевьгх конструкционных элементов - насадок.раз личного типа при псевдоошшении и направляющих лопаток - во вращающемся барабане.

После получения функций распределения по временам пребывания использовался полуэмпирический подход - введение в стандартную теоретическую модель идеального смешения эмпирически* поправок, коррелированных по параметрам управляющих оптимизацией макро-кинетических характеристик перемешивания твердо^ фазы устройств (насадок, лопаток и т.п.).

Схема односекционной лабораторной установки диаметром 150 мм для макрокинегдчэских исследований на холодных моделях псевдоожи-кенного слоя приведена на рис.3.1. На рис.3.2 - лабораторная модель барабанной сушилки (в 1/7 натуральной величины) с отрицательным углом наклона, на которой также проводились макрокинетические исследования методом трассера.

Рио. 3.1 Схема экспериментальной установки (односекционный колонный аппарат):

I - колонна; 2 - тарелка; 3 - сборник материалов; 4 - насадка; 5 -слианой порог; 6,7 - дифманометры; 8 - пибёр; 9 - термоперы; 10 -сборник пыли; II - циклон; 12,18,25 - термопары; 13 - бункер; 14 - тарельчатый питетель ; 15 - электродвигатель; 16,17 - одноточечный и многоточечный потенциометры; 19 - релз ; 20 - электрокалорифер; 21 - диафрагма; 23 - вентили; - газодувка.

1-БИНТ РОГ-уЛИ1'ОЬОЧНиЙ,8-6-(НИОРЗЛП*УЗОиИ1,|И. З-ПИГАТелЬ. Ч"БАГА6АН . 6- Б¥НКОР РАЗГРУЗОЧНЫЙ. 6- РСШОТКА.7-ЗАСЛОНКА в-РАМА , Э-РОПУКТОР , 10-ЭЛОКТРОПвИГАТОЛЬ.

Рис. 3.2. Схема экспериментальной барабанной сушильной установки.

9

Ръс.'З^З- Л-сепа; б-иольдь

/и

-г

м

Рис. 3.4. Стержневая насадка.

- Доя управления движением частиц в псевдоожиженном слое была применена как стержневая насадка (с расположением в шахматном либо корвдорном порядке при шассе по вертикали 15, 30 и 60 мм (рис.3.3), так и насадка в виде концентрических колец, скрепленных стержнями, и загружавшаяся в аппарат "навалом" (рис.3.4). Функция распределения определялась счетным или мановым методом регистрации "трассера'.'

а среднерасходное время пребывания - по соотношению

Я S jj (/8 Яе+0,36 Я?у*'(3.2)

- Статистические характеристики функций распределения оценивались методом моментов по соотношениям

(3.3)

.(3.4)

Это позволило оценить улучшение качества распределения зернистого материала по временам пребывания в непрерывно работающем • односекционном аппарате при размещении неподвижных насадок различного типа, что видно из сводных результатов таблицы 3.1.

Таблица 3.1

Тип аппарата

Односекционннй Односекционнпй

Односекционннй

Односекционннй Одноеекционный Трехсекцио/шый

Без насадки

Стержневая насадка; коридорный порядок; шаг 60 мм

Стержневая насадка; шахматный порядок; шаг 30 ж

Кольцевая насадка; коридорный порядок; шаг 60 мм

Кольцевая насадка; шахматный порядок; шаг 30 мм

Без насадки

Параметры распределения по временам пребывания____ _

0,417 0,319

0,379 0,282

0,385 0,301

0,390 0,275

0,386 0,279

0,292 0,113

гч

Корреляция параметра К по числу псевдоожижения свидетельствует также об улучшении качества распределения твердой фазы с ростом последнего.

Для использования реальных кривых распределения зернистого материала в расчетах непрерывных процессов газ-твердое тело в аппаратах с псевдоожиженным слоем необходима их аналитическая аппроксимация, осуществлявшаяся кусочной линейно-экспоненциальной зависимостью:

(3.5)

Причем параметры аппроксимации получаются из условия сшивки

при

Г (3.6)

и нормировки^ ( ) на I, приводящей к трансцедентному урав-

нении:

удовлетворительное приближение которого в реальной области С и I) дается линейным разложением

^ = (3.8)

Аналогичные эксперименты проводились при механической интенсификации движения частиц в барабанном агрегате. Особенностью мак рокинегики этих устройств явилось наличие времени запаздывания (задержки)^ , ввиду чего аппроксимация функции распределения по временам пребывания имеет многопарамзтряческую форму

Численная обработка экспериментальных данных позволила получить явный вид (3.9) в обобщенной форме для семян масличных куль-

где - коэффициент запаздывания (Кз=0,5 для семян хлопчат-

ника и Ез=0,2 - для семян подсолнечника).

Однако при одном и том же "Г для различных видов внутренней насадки барабанных агрегатов доллшы быть учтены некоторые особенности проводимого процесса. Например экспериментально исследоваш

функции распределения сомяи в поперечном сечении барабана дня различных видов внутренних лопаток. На рис.3.5 сравниваются гистограммы и аппроксимирующие их функции распределения семян подсолнечника в поперечном сечении барабанного агрегата для Г-образ-ного и предложенного слояного профиля лопатка. Наглядно ввдна неравномерность отработки продукта в аппарате с Г-образной лопаткой, приводящая к появлению зон с низкой плотностью падающих семян, контакт теплоносителя с которыми малоэффективен, что снижает термический к.п.д. сушильной установки. Повышение частоты вращения барабана не устраняет этой неравномерности, однако переход на более сложный профиль лопатки, создавшей более равномерную скорость сснпания семян, приводит к сглаживанию неравномерности распределения. Для семян хлопчатника обычно применяется весьма неэффективная радиальная насадка. Переход к Г-образной насадке приводит к повышению эффективности обработки семян, сглаживанию неравномарностей. Применение же лопаток сложного профиля не дает существенного эффекта, что объясняется меньшей текучестью семян хлопчатника.

4. Математическое моделирование аппаратов для интенсификации десорбционно-сушилышх процессов с активным движением дисперсных сред

Проведенные кинетические исследования трибомеханичоско-проч-ностныхи тепломассообмэнных физико-технических характеристик процессов обезвоживания и термической десорбции вкупе с макрокине-тическими свойствами конкретных процессов аппаратурного оформления с активным перемешиванием дисперсной фазы позволяли ставить задачу создания замкнутой математической модели.

Основой единой модели, обобщающей все результаты проведенных исследований, является функциональная зависимость вида

_ (4.1)

где ^(оЦч )- кинетическая функция, задаваемая в С -мерном пространства параметров; макрокинетпческая характеристика процесса в аппарате активного перемешивания, К-того типа; -оцениваемая -я макроскопическая характеристика эффективности.

Так, для адсорбционно-десорбционного цикла рекуперативных процессов с активным перемешиванием сорбента в псевдоолсихенном слое, "заторможенном" насадкой, предлагаются следующие реализации:

- для идеализированной и аппрокслрующей (3.5) функций:

Рис, 3.5 Гистограммы функции распределения семян подсолнечника в поперечном сечении лол'аток:

1 - для Г-образной лопатки в статическом режиме;

2 - -"- в динамическом режим е ;

3 - для лопатки со сложным профилем.

{й> Щ

(4.2)

где и , У , м , - соответственно среднее влагосодержание, энтальпия и истирание продукта (пыли) на выходе из дэсорбера непрерывного действия.

Для произвольного закона $(Т, Т)

ОО —

¿7-/^ Г) и (т, I, КХ, и. с ■4.3)

+ Сел и(% 1,¿/оА)]^Т' Ыщо^т: 4)

и/ЧГ] т^К Н, ¿, Г) с1<-? С4- 5)

Принимая $("с,Т') - вхр(- 4-) (4.6)

- закоп идеального смешения, удачно аппроксимирующий макрокине-

гику свооодного слоя, имеем, например, 1 V А г I и.-- Ь + Тмг

и,

М

Для истирания адсорбентов получим ^

(4.7)

(4.8)

(4.9)

Следует остановиться на результатах экспериментальной проверки адекватности предлагаемых моделей.

Результаты сравнения расчетов а по (4.7) с данными экспериментов приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Сравнение расчетных и экспериментальных данных по влагосодержанию зернистых материалов

Система сорбэнт-сор<5гав

Расчетные данные для ¿/} Хкг/^гI _________

идеальное рас пределенио

■реальное рас пределение

Данные эксперимента мг (кг/кг)

А«А~НгР

0,129

0,0721

0,0513

0,127

0,0712

0,0506

0,122 0,056 0,031

МаХ-^О

0,104 0,0533

0,0963 0,0475

,0,09 0,032

АР-В-этилацотат

0,106 0,077

0,1012 0,0705

0,098 0,и32

Анализ данных свидетельствует о достаточной сходимости расчетной аппроксимации по уточняющимся макрокинетическим моделям к эксперименту и соответственно о работоспособности предлагаемого пакета моделей.

Аналогичные, но более громоздкие уравнения получены для барабанного агрегата. Для получения более удобных методов расчета необходимо исходить из полуэмпирическогс подхода.

Так, при разработке математической модели процесса сушки в барабанном агрегате с отрицательным углом наклона приняты следующие допущения: учитывая, что разница скоростей продвижения через барабан газовой и твердой фазы велика, принимаем, что газовая фаза находится в условиях идеального вытеснения, а твердая - в условиях идеального перемешивания; теплоемкости сухой части материала, влаги постоянны по длине и в поперечном сечении сушилки, а также не зависят от температур; температура и влажность всех частиц материала и газа в поперечном сечении слоя одинаковы и различны по длине аппарата; поскольку при идеальном перемешивании отдельные частицы находятся в контакте с поверхностью барабана очень короткое время, то передачей тепла ;от барабана материалу пренебрегаем; температура барабана равна температуре газа на выходе из сушилки; передачей тепла от воздуха гс материалу путем лучеиспускания также пренебрегаем; барабанный агрегат работает в стационарных условиях, и в теплообмене участвует весь материал, находящийся в сушилке.

С учетом этих допущений описание процесса сушки проведено на основе уравнений сохранения:

1. Энергии для воздуха:

АЯ-А'Ух-А*Ь'н[бг2 ~(6«~ '¿м,)/^-О (4.10)

2. Массы для Цс(,~с1г)-ь&(ц,. ц^,)' О (4Л1)

3. Энергии для материала:^?^_)~0 (4.12)

4. Массн для сухого материала; (4.13)

5. Массы для влаги в материале:

+ ' (4.14)

где ¿5а- количество материала, единовременно находящегося в барабане, кг; А - расход сушильного агента, кг/о; ¡з4- объемный коэффициент теплоотдачи, влагосодержание сушильного агента, кг/кг; - эптальпич газа, кд?:;/кр; , Ь- - температуры материала и теплоносителя, °С.

«

В уравнении (4.10) объемный коэффициент теплообмена находится в зависимости от массовой скорости теплоносителя ( &А- ). скорости- вращения барабана п и коэффициента заполне-ния^г

(4.15)

где Ко - опытный коэффициент, зависящий от свойств

материала и конструкции аппарата. Коэффициент

,. я-» 1 (-"Я ■> „ л

где ур- - угловая скорость вращения барабана.

Для упрощения работы с моделью предложены эмпирические уравнения для расчета равновесной влажности пшеницы и относительной влажности воздуха:

(4.17)

( • 15о-с(г ехр(с,оее44- ¿г~ о, овд^ь +$,¿3]

(4.18)

Решая систему уравнения (4.10... 4.14) относительно выходных параметров материала и теплоносителя и приведя ее к итерационному виду, имеем: ^ = ^ + ~ ^Ау ,

-[^(Ч , (4.19)

= Л/ +&(- Ыц,) ,

Сг1ч - ——*— + т~т-—

Система (4.19) решалась численными методами.

Проверка матемычтеокой модели на адекватность по двум основным параметрам влажности и температуре пшеницы на выходе из сушилки по критерию «йопера показала, что она соответствует критериям адекватности описания процесса сушки.

5. Постановка и решение задачи оптимального управления процессом сушки в бараошшом агрегате

Рассмотрим эту задачу на примере предложенного кинетического уравнения для расчета процосса сушки семян подсолнечника.

В качестве критерия оптимальности выберем производительность агрегата по сухому продукту. Для удобства рассмотрения задачи оптимизации тождественно преобразуем уравнение (1.6) таким образом, чтобы разделить физические константы и управляющие режимные параметры: ^ _ Н?"

— ^____о*'* ^ гттггт

— х

' '

Это уравнение справедливо только для барабанных агрегатов, установленных под отрицательным углом к горизонту. Необходимо отыскать глобальный максимум лритерля оптимальности, выраженного уравнением (5.1) и подчиняющегося ело двум дополнительным уравнениям, связывающим между собой управляющие параметру, т.е. нужно найти условный экстремум производительности.

Первое дополнительное уравнение - уравнение теплового баланса теплоносителя и материала на входе и выходе агрегата. Его можно переписать в явном виде относительно (г :

г_о,юг АУгХГс.,- Ьм) {с- 9)

1<с„0+ис)(е£и7зб->гг(и< -и*)

Второе дополнительное условие представляет собой эмпирическую связь коэффициента заполнения барабанного агрегата с остальными управляющими параметрами процесса.

= (ис-зо,"г)- (5>3)

Эта зависимость (с точностно около 5%) согласуется с номограммой (рис.5.1) в области изменения параметров:^ = -6°г0° ; /г = 4г20<^; = 1,2-3,0^ ; & = 100-400*<?; 0,05-0,402'(5.4)

Эта область полностью отвечает физическим и конструктивным возможностям барабанных агрегатов, установленных на перерабатывающих предприятиях.

Таким образом, сформулируем задачу оптимизации: необходимо отыскать условный максимум производительности, заданной уравнением (5.1) при наличии ограничений типа равенств (5.2) и (5.3) и ограничений типа неравенств (5.4).

В этих уравнениях содержится восемь управляющих параметров (переменных), из которых не все перэменнче независимы.

//9:'*, fj.fr; йу; ¿с^, Г/ (5.5)

Во-первых, коэффициент заполнения, агрегата V является функцией остальных управляющих параметроа и его с помощью уравнения (5.3) можно исключить из рассмотрения. Выясним* какие параметры можно считать независимыми.

Экспериментально установлено, что. с увеличением модуля отрицательного угла наклона барабана р производительность установки возрастает, но в заводских условиях максимальный угол наклона обычно определяется' размерами цеховых помещений, допустимыми нагрузками на опорные подшипники- и устанавливается при монтаже раз и навсегда конкретно для каяздого_/Э= -4 ~ -2° . Таким образом, угол наклона является фиксированной величиной и из числа переменных также условно исключается. Аналогично и начальная влажность материала являвтся фиксированной величиной и зависит только от погодных условий¿4= 0,10 - 0,25 . По условиям хранения семена подсолнечника на выходе из барабанного агрегата должны иметь заданную конечную влажность Ш =0,0?.

Экспериментально было обнаружено наличие условных экстремумов по переменным л к, следовательно, для решения задачЬ оптимизации классическими методами математического анализа нужно исключить из числа независимых переменных температуры ¿ь. И .

5.1. Оптимизационная задача при^<?* = сспз1:.

Фиксируем дискретный значения температуры теплоносителя на входе, т.е. полагаем /л-= , и решаем уравнение (5.2) относительно ¿ци . Тогда задача оптимизации сведется к решению системы

Решение уравнения (5.2) относительно test» связано с подстановкой в левую часть этого уравнения выражения для (? из (5.1):

гдвВ-г^Зг- константы, зависящие от размеров установки, физических свойств материалов и других постоянных управляющих параметров. Решаем это уравнение методом линеаризации степенных сомножителей. Линеаризация выражения д _ ( ^внх -^35 ,)0.3

мзх — и^ых + 15

была проведена совместно графоаналитическим методом и методом наименьших квадратов с применением ЭВМ п в результате получена

(5.1.1)

(5.1.2)

следующая аппроксимация:

П= 0,038 (¿вх - 140)1/3 + 1,44 (5.1.3)

вх

Подставляя (5.1.3) в (5.1.2) получаем уравнение второй степени относительно

1тх + В? + 2,62 х Ю~3 ¿-вх (¿вх - 140)1/37-<

¡1,44ф -1

¿2

X' -¿вх + 3,2 ¿ВХ (¿вх - 140)1/3 - о (5.1.4)

где ф-В,^'***' '5.1.5)

_ Решив уравнение (5.1.4), полуим:

¿г—-*'- <>*'■ (5.1.6)

Д/Щт - за ь<Сп, - ко) *

Теперь, при подстановке выражения (5.1.6) в уравнение (5.1) или (5.2) мы получаем & = eif.fr ; >г- ). Таким образом, можно решить систему (5.1.1).

Легко показать, что уравнение ¿?7Г ~ эквивалентно

ЪЬш/дп=0 (5Д-7)

Подставим в это уравнение выражение для. £ вых (5.1.6), тогда (5.1.7) примет вид:

Г Шр1-6'"1'3' *е< 7 (5.1.8;

я*?1/' + ^ у-/*-; ^

1

Очевидно, что выражение в скобках не равно нулю, следовательно, уравнение (5.1.8) тождественно преобразуется к виду

-Эф/Э» = 0 (5.1.9)

Из уравнения (5.1.9) с использованием выражения для V (5.3) получена формула для оптимального значения частоты вращения барабанного агрегата.

, ~зо,заг/г -с\/07/И1у +4,¿у-

+ -//,4 (5.1.10)

- /.?, sj'r с,г * с? / и* - а, б

Уравнение д=0 из системы (5.1.1) можно записать

в виде:

(Ь* - ь*,) ^ +вг)-(^лг)л * = (5ЛД1)

- // «Ч/3'7 + < ч» 3,/йп - X

•¿}х/г,$гср + /, з/. - ].(5.Г.12)

Таким образом, решение системы уравнений (5.1.1) свелось к решению системы двух трансцендентных уравнений (5.1.10) и (5.1.11). Уравнение (5.1.11) неявное относительноу?-.

В результате анализа данной системы на сходимость и устойчивость при применении классических итерационных методов решения в уравнений (5.1.11) был введен поправочный коэффициент К=КГ^ и оно приобрело вид:

^¿п - "г (б.1.13)

Результаты расчета оптимальных управляющих параметров, обеспечивающих экстремум производительности' & , полученных'решением системы (5.1.13) на ЭВМ приведены на рис.5.1.1, 5.1.2, 5.1.3.

Расчеты были проведены для конкретного барабанного устрой-

С ТВ £12 /

' ¡2); ¿¡-Юн-, /= (¿г/^

в пределах области (5.4).

Недостатком этого способа построения и расчета задачи оптимального управления является то, что задавая Лу , мы не знаем, какую получим в результате расчета температуру теплоносителя на выходе из агрегата, а она варьирует в очень широких пределах "£-вых= 30 г 115^1 Это значит, что при низкой'^ вых не обеспечивается заданная конечная влажность семян /Л, а при высоких вых семена пересушиваются.

Наиболее удовлетворительные режимы, соответствующие вых= =70°С (что обеспечивает получение равновесной конечной влажности и,\ =0,07), приведены на рис.5.1.3.

Указанного недостатка мозкно избежать, использовав второй способ построения задачи оптимального управления процессом сушки.

Рис.-^^Зависимость частоты вращения барабана агрегата от температуры теплоносителя на входе и от угла наклона

Рис. Заакснчосгь оптимальней

нроилшдмимыюсти к частоты вращении барабана от угла намина о - я: о С: I. г - <•> « 3»0 С:

!,,,„,) « 3 кг/(«'-с); 3. 4 : .-• ■|i.u,i != 2.R кг/(м'-с)

PiK.f-ti Заниоимосгь олгичальнмл управляющих параметров от угла циклона барабана при постоянно" температуре ц> выходе: 70'С; I -- 1|>,ь,): ? - л; 3—0; 4 -

5.2. Оптимизационная задача пщ~Ь<>б<х-Со1гН:.

Изходя из физических условий процесса сушки семян подсолнечника до заданной конечной влажности, необходимо поддерживать ibux=70°С.

Это означает, что при проведении процесса сушки необходимо обеспечить обратную связь, позволяющую вариацией остальных управляющих параметров (например^, ,ßUr) поддерживать cc"Si.

В этом варианте необходимо явно разрешить уравнение (5.1.2) относительно ^¿v. Это намного сложнее, чем в первом варианте, так как ¿л входит в выражение для переменной Y . Нам удалось свести это уравнение (5.1.2) к квадратному алгебраическому, так как оказалось, что сомножитель

7** , . П d ccuSi

Т-е* " (5.2.1)

с точностью до 3fo дляТ^я 150-^400 .

Следовательно, уравнение (5.1.2) с учетом (5.2.1) можно записать в виде:

ß.Y^Vsü.ß/^'irO^O (5.2.2)

где B3-=.co*st

Сделаем еще одно допущение:"

где - эмпирическая постоянная.

Выражение (5.2.3) справедливо с точностью до 2% для реальной области изменения

Теперь получим из (5.2.2)

t]x - 140t?, + foco- ßt tl^fs-Ziß f'Ji0 (5.2.4.)

Решив это уравнение, получим __^

-бу=с 1+\!с*-4т+с2с.

(5.2.5)

где = о, - С] УС'У/Си + О, & / С3) ;

+ у?// Ч-Э, /2/г Иг - -Я,*;

Таким образом, задача оптимизации производительности барабанного агпегата снова сведена к рэпепим спстоми (5.1.1).

При вычислении частных производных де/г(/г Иг) и получаются чразвычайно громоздкие выражения, что затрудняет анализ методов решваш на устойчивость, поэтому данная система была решена численно методом сканирования на ЭВМ.

Из представленных графиков (рио.5.2.1, 5.2.2), на которых изображены оптимальные значения управляющих параметров, обеспечивающие максимальное значение производительности, следует, что единственным независимым управляющим параметром является угол наклона барабанного агрегата. Задав его, мы можем однозначно определить экстремальный расход теплоносителя, частоту вращения барабана и температуру теплоносителя на входе.

Начальная влажность материала не влияет на экстремальные значения управляющих параметров, от нее зависит лишь производительность агрегата. При увеличении начальной влажности производительность уменьшается по гиперболическому закону.

Массовый расход теплоносителя и частота вращения агрегата растут с увеличением абсолютного значения отрицательного угла наклона барабанной установки к горизонту.

Оптимальная температура теплоносителя незначительно возрастает с повышением начальной влажности, т.е. практически постоянна при любых значениях ис .

Для удобства вычисления графический материал обработан по методу наименьших квадратов и представлен в виде:

(я Чо = 'г>7~ ~ (5.2.6)

; (5.2.7)

1и-0,04Л (5.2.9)

Таким образом, задача решена, т.к. найдено однозначное соответствие между всеми управляющими параметрами процесса, позволяющими достичь экстремума критерия оптимальности.

РиоДСЗависимость оптимального расхода теплоносителя и частоты вращения от угла наклона барабана

РиоДМЗависимость отимальной температуры теплоносителя на входа ипроизводительности от начального впагосодержания материала и угла наклона Сарабана: 1,2 и 3 - 6= -2, -^соответственно

6. Методика инженерного расчета сушильно-

десорбционных установок с активным движением дисперсных сред.

а) Расчет барабанного агрегата для сушки семян подсолнечника

Информация к проектированию барабанного агрегата включает широкий круг вопросов; вид и свойства сырого материала; режимов движения материала и газа; природа сушильных агентов; место нахождения сушилок; способ подачи теплоносителя, потери давления у воздушных потоков в сушильных агрегатах и др.

При сушке семян подсолнечника сырой материал поступает в барабан из загрузочного бункера вместе с горячим теплоносителем, подхватывается лопатками, поднимается на определенную высоту и падает с лопаток вниз, при этом материал продувается теплоносителем, на выходе сушилки происходит разделение продукта и отработанного теплоносителя, который выбрасывается в атмосферу после циклона. Как объект сушки семена подсолнечника являются сложной биоколлоидной системой. Поэтому при использовании для сушки барабанных агрегатов следует умэнмшть время термообработки, используя теплоноситель с повышенной температурой.

Выбор сушилки и способа сушки определяется в первую очередь требуемой,, производительностью и влагосъемом. Так модернизиро-' ванные барабанные агрегата (при-¿V =2,2 и ¿-Ют) обеспечивают производительность 10-12 т/ч и изменение абсолютного влагосодер- ' жания семян подсолнечника с 15-20$ до 1-1,%.

Экспериментально установлены оптимальные параметры проведения процесса, получены критериальные уравнения, описывающие кинетику процесса сушки,

G-=AE Ко (a//?) Gar I tie P'Frst/t%

При этом £=0,78S-J>UrD\; <6-2) (6.3)

Для облегчения расчета заменим в уравнении (6.1) значения безразмерных переменных составляющими их размерными переменными:

ГДе „ с-Г „ <, ,«

А' °> & £Лг//Sep) . /

Х --- ^ (

(6.7)

(rarопределяется равенством (6.3), air - равенством (6,4),

Для упрощения расчетов,'связанных с определением величин, входящих в уравнение (6.3) приводим графини на рас.6,1, 6.2.

Чтобы рассчитать производительность сушильного барабана по равенству (6.4), нужно отыскать оптимальный угол наклона барабана JI , частоту вращения Л- , массовую скорость агента сушки в барабане J>tUb , коэффициент заполнения барабана семенами подсолнечника и температуру отработанного теплоносителя на выходе из барабана jfew .

Проведенные исследования показали, что производительность сушильных барабанов возрастает с увеличением отрицательного угла наклона к горизонту.

Установлено, что при положительных углах наклона производительность барабана возрастает с уменьшением частоты его вращения (оптимальное значение /г- =4 об/мин.), а при отрицательных углах наклона, наоборот, производительность возрастает с увеличением частоты вращения (оптимальное значение =10-12 об/мин.).

Оптимальная массовая скорость теплоносителя в барабанном агрегате устанавливается по данным,, приведенным на рис.5.1.3. Коэффициент заполнения барабана семенами подсолнечника определяется по рис.6.3.

Температура отработанного теплоносителя на выходе из сушильного барабана на может быть выбрана произвольно и должна рассчитываться из уравнения теплового баланса,- решенного совместно с уравнением кинетики сушки (6,3). Это решение может быть представлено в виде равенства: ♦

Г, !ИМОСТИ

(6.8)

Таблица 6.1

Значение теплоемкости семян подсолнечника зависимости от влагосодержания

0,1 0,2 0,3 0,35

См. ,■ ДдДкг.град)

1,928 2,119 2,279 2,351

0,Iß 0,15 O.ZO 0.25 Э.ЗОИ.чкг

Рис 6i Зависну ость Л'« от I/o при U {в абс. %): / — 6: 2 — '', 3 — 8, 1—9; 5 — 10

1SO 200 250 300 ЗШ 400 450

Риц. 6'Зависимость П от te* при,

1-60:2-80; 3-100:4-120; 5-140;6- !&0;7-180; 8-Z00

Рис 6-2 Howüi'pama для определения коэффициента заполнения Сарзб.ниого агрегата семемами подсилисчнкм

Найдя значение Я по равенству (6.5) методом последовательных приближений, задавая температуру отработанного агента сушки

» добиваемся равенства правой и левой частей уравнений (6.8); по уравнению (6.4) определяем производительность барабанного агрегата.

Таким образом, производительность сушильного барабана диа-метромЛг и длиной ¿т рассчитывается в следующем порядке: задаем начальное и„ и конечное 14к влагосодержание семян подсолнечника; устанавливаем угол наклона агрегата (^ = -I ~ -3°); задаем частоту вращения сушильного барабана и температуру теплоносителя на входе в барабан ¡¿у ; определяем средний эквивалентный диаметр частиц, из рис.5.1.3 определяем оптимальную массовую скорость агента сушки и по рис.6.3 - коэффициент заполнения барабан-

ного агрегата семенами подсолнечника У , по рис.6.1 устанавливаем значение ; по равенству (6.5) рассчитываем значения Л ; по табл.6.1 определяем значение ; по равенству (6.8), добиваясь тождественности левой и правой частей, устанавливаем расчетную температуру отработанного теплоносителя; по рис.6.2 и уравнению (6.7) определяем значение И, по равенству (6.4) находим производительность & сушильного агрегата.

При проектировании вновь устанавливаемого сушильного агрегата задача состоит в определении оптимальных размеров барабана по заданной производительности.

Тогда расчет ведется в следующем порядке: задаем начальное и конечное влагосодержание семян подсолнечника;, выбираем оптимальный угол наклона барабана из выражения (5.2.9); выбираем оптимальную частоту вращения барабана из выражения (5.2.7); задаем температуру теплоносителя на входе в агрегат и эквивалентный диаметр семян подсолнечника из выражения (5.2.8); определяем оптимальную массовую скорость агента сушки (5.2.6); по рис.6.3 устанавливаем коэффициент заполнения сушильного агрегата семенами подсолнечника; по рис.6.1 иаходим значение; задаем производительность агрегата по сухому материалу и температуру отработанного теплоносителя на выходе из барабана ( '¿-вых=Э0-100оС).

Количество циркулирующего в барабане теплоносителя определяем по уравнению:

А = »-ХЬ»"! ГС* +")]' (6'9)

Находим диаметр сушильного барабана 2)г по уравнения

(6.10)

Далее по рис.6.2 или уравнению Сб.7) определяем П, по уравнению (6.4) устанавливаем значение Л , по равенству (6.5) определяем , по невд находим длину барабана.

Полученная длина барабана может корректироваться подбором температур отработанного теплоносителя £-вых. С повышением '¿■вых.' уменьшается длина барабана & ( 7^-вых не должна превышать 140-150°С).

Определяются потери напора при движении теплоносителя через барабанные сушильные агрегаты. Рассчитывается полное гидравлическое сопротивление системы, складывающееся из сопротивления воздуховодов, сопротивления расширительной камеры, сопротивления циклона &рц . По значению суммарного сопротивления и расходу газа выбирается вентилятор.

б) Расчет непрерывного процесса десорбции

Построенные на основе проведенных физико-химических и макро-кинетических исследований математические модели позволиои разработать эффективные алгоритмы аналитического и численного расчета предложенных высокоинтенсивных аппаратов с активным движением высушиваемой дисперсной твердой фазы.

Так, ¡акрокинетическая оптимизация термической десорбции путем псевдоожижения отработанного сорбента в неподвижном слое насадки позволила предложить трехотупенчатый процесс с адсорб-ционно-десорбционно-охлаждаюшими стадиями замкнутого по сорбенту непрерывного цикла для промышленной технологии рекуперации летучих растворителей в экологически чистом производстве. Оптимизация цикла по лимитирующей кинетически стадии термической десорбции производилась на основе разработанной расчетной методики с использованием усредняющих и итерационных процедур.3" Она сводится к следующему:

а) в качестве первого приближения задается температура ~Ь теплоносителя, усредненная по высоте псевдоожиженного слоя по начальной температуре материала и температура £ на входа в аппарат, к которой приводятся все тэплофизические константы сред и потоков;

Акынбоков 1С.К., Куатбеков М.К., Дкапдаркулов А.Г. Методические указания к выполнению с применением ЭВД курсового проекта по оамдолам "Десорбция" и "Сушка" курса ПАХТ, ЛЮ КазССР, Алма-Ата, 1589г.

б) расчет на основе этих параметров температуры теплоносителя на выходе по соотношению:

где кинетические параметры теплоотдачи в пористой продуваемой

■ь~ег<иг*я (6Л2)

в) усреднение влагосодержания и энталшии ^ с учетом макро-кинетической характеристики $ (Т, Т ), требует использования кинетических зависимостей первого порядка (1,10) и (1.11) с эмпирическими выражениями зависимостей А и В от параметров й, , И» кит . Например, для системы ЛбЛГ- вода она получена в виде (1.12), а для равновесного содержания

(6ЛЗ)

г) усреднение влаго- и теплосодержания производится методом

разбиения на интенсивную кинетическую (до£* ) и замедленную,^

аппроксимируемую экспонентной (после ) стадии, что позволяет

свести нахождение // и & к сумме интегралов: к

и(т, /¿(т, Ьуехр(-гГ)и&. (6Л4)

с.

и аналогично: s;

Лfj>(r, Ьл ufc ¿>Zfcirfa+tbyexrf-zv)!* (6.15)

Исходя из экспериментальных зависимостей Ц () и $ ( 2* ) реально задаваемых дискретными значениями (»"робами, замерами) при 2? в интервале от О до*2й , первые слагаемые оцениваются графоаналитически либо по интерполяционным формулам. Для оценки вторых интегралов в суммах из данных эксперимента по всем изученным системам проводилась графическая экстраполяция зависимостей , - . -,

иъ t ) = /ю (616)

fCrj т).[с„ ^ ufc tjjefâ I) =у(т)

(6.17)

при различных £ .

Последующая обработка методом наименьших квадратов позволила получить для исследованных систем зависимости U ( ^ ) и ^ ( 'à ).

Например, для системы АР-натурная смесь растворителей имеем коррэляционныэ соотношения

и = 0,192 - 0,00082I , кг/кг (6.18)-

и

39 4- 0,7 £ , кДж/кг (6.19)

д) последовательными итерационными ■ процедурами минимизируется невязка энергетического баланса

е) по найденному и соответствующим значениям теплофизических параметров определяются характеристики псевдосжижения и насыщение теплоносителя.

7. Реализация результатов работы в промышленности

На основе исследования процесса десорбции был разработан рекуперациошшй цикл для улавливания паров летучих растворителей (ацетона, бутил- и этилацетатов, этанола). Полупромышленная установка производительностью 6000 мЗ/ч была испытана на Джамбулском заводе резиновых изделий. Были применены три аппарата псевдоожи-женного слоя с насадкой - для адсорбции, десорбции и охлаждения угля, что позволило снизить истирание угля АР в 6 раз по сравнению с незаторможенным слоем. Внедрение процесса в цехе "нитро- ■ искусственных" кож дало экономический эффект в 40000 руб. в год (в ценах 1980г.). Естественным направлением использования этой технологии являются компактные, экологически полезные рекупера-ционные установки замкнутого цикла, минимизирующие потери и экологическое воздействие за счет истирания сорбента.

Значительно больший масштаб внедрения возможен при рота-ционно-барабанной активизации движения высушиваемого материала, так как среди всего многообразия конструкций сушильных установок наибольшее распространение (более 50$) получили барабанные агрегаты.

Первый инновационно-внедренческий цикл разработок процессов с активно-перемешиваемыми с целью интенсификации тепло-массо-переноса дисперсными средами относится к сушке семян сахарной свеклы. Взамен трудоемкого и погодозависимого метода конвективно-естественной сушка этих семян в свеклосеющих хозяйствах Казах-

стана предложено использовать барабанные сушилки с механическим перемешиванием установленные с отрицательным углом наклона.

После 12-часового замачивания водным раствором с добавкой (0,001$) стимулятора роста "Аешинол" семена сахарной свеклы (примерно 50^-ной влг "ности) подвергали сушке в барабанном агрегате длиной 2м и диаметром 0,5м. Удаюсь добиться практического отсутствия травмированности семян при режимах:

температура горячего теплоносителя (воздух)

на входе в сушилку 150-160°С

на выходе 42+3°С

скорость на выходе теплоносителя 1,3 м/с

угол наклона барабана -(1,5-2,0°)

число оборотов барабана 14 об/мин.

производительность по высушенному

продукту 25-30 кг/ч

Влачшо-тепловая обработка семян (ВТ0С) сахарной свеклы и кукурузы по сравнению с естественным методом ускоряет всхожесть на 3-5 дней, причем не отмечено негативного влияния температуры теплоносителя даже при трехкратной сушке в барабанном агрегате.

В 1983-89 годы результаты научных исследований по ВТОС внедрены на площади',2750 га (1550га - сахарная свекла и 1200 га -кукуруза) 12 хозяйств трех областей Южного региона Казахстана (Джаибулская, Алма-Атинская, Талды-Курганская)'. Всхожесть семян составила 90-100$ (вместо паспортной 75$), сахаристость корнеплодов возросла на 1,25-1,8$, урожайность в среднем поднялась на 70 ц/га. Прирост урожая кукурузы сорта "Одесская" составил 8-10 ц/га. Обвщй полученный экономический эффект (без учета экологического эффекта) составил 2,Э? млн.рублей.

Следующий цикл охватывал проблемы интенсификации сушки масличных культур - семян хлопчатника и подсолнечника. В результате применения разработанных расчетных алгоритмов, методов и конструкций, рассчитывались производительность промышленной сушильной установки при заданных геометрических размерах барабанного агрегата или геометрические размеры по заданной производительности.

Реконструкция на основе полученных результатов одной барабанной сушилки для семян подсолнечника на Полтавском маслоэкстрак-ционном заводе дала годовой экономический эффект 58204 руб.

На конструкцию барабанной сушилки с отрицательным углом наклона, снабженную для предотвращения засала в узле загруз:ш

/

.Таблица 7.1

Сравнительные технико-экономические показатели опытно-промышленных испытаний сушилок 2СБ-10 и 2СБ-10М

Показатель Един. ___ Туркестанский завод _____ _ Кировский завод _

изм. _ I СВЕИЯ_____ . _ П се2ия ___ 2СБ-10 . 2СБ-10М

2СБ-10 |2СБ-10М 2СБ-10 |2СБ-10М

I. Производительность т/ч 5,35 8,2 4,44 6,85 4,62 6,61

2. Угол наклона барабана градус 0 -2 0 -2 0 -1,5

3. Число оборотов барабана об/мин. 10 10 10 10 10 10

4. Расход сушильного агента мЗ/ч 22000 22000 22000 30000 22000 30000

5. В^а-сность начальная % 21,4 21,4 12,8 12,8 16,6 16,7

конечная % 9,9 9,9 8,7 7,2 11,7 10 Д

6. Влагоотбор % 11,5 11,5 4,1 5,6 4,9 6,6

7. Температура сушильного агента на входе °С 225 225 150 140 258 205

на выходе 65 47 . 60 48 80 62

8. Температура материала до сушки « 18 14 3 3 8 6

после сушки II 40 44 39 45 40 44

9. Коэффициент заполнения 1 Ю-П 30-33 Ю-П 30-33 Ю-П 30-33

10. Бреет пребывания мин. 6,75 8,32

II. Экономический эффект т.р./ год _ 72,86 _ 106,99 _ 84,5

отражателем и специальным загрузочным устройством, а также устройством для обеспечения равномерности распределения сыпучего материала по сечению барабана получены авторские свидетельства.

Были проведены опытно-промышленные испытания по сушке семян хлопчатника и хлопка-сырца на натурных установках Туркестанского и Кировского хлопкоочистительных заводов (табл.7.1).

Модернизация только одной сушилки Туркестанского хлопкоочистительного завода позволила получить экономический эффект 107 тыс. руб./год.

Если иметь в виду, что в системе ПО "Каззаготхлопкопром" Шымкентской области на 9 хлопкоочистительных заводах и 14 СОЦ установлено 62 сушилки 2СБ-Г0, то их модернизация на основе подготовленного по результатам проведенных исследований и испытаний на Туркестанском и Кировском ХОЗах "Методического руководства по модернизации барабанных агрегатов для сушки хлопка-сырца" • позволит получить экономический эффект более 6 млн.руб. в год (в ценах 1990г.).

Барабанные агрегаты также широко применяются в производственных объединениях фосфорной промышленности.'Барабанный агрегат с отрицательным углом наклона с распределительным устройством, обеспечивающим равномерное распределение падающего с лопаток' материала по поперечному сечению барабана,принято к внедрению " на ШЛО "Фосфор" для сушки кокса и. применяется для сушки минеральных удобрений на трех агропромышленных комплексах Южно-Казахстанской и Павл^одарской областей. Ожидаемый экономический эффект -1,8 млн.руб. ' .....

По результатам НИР изготовлена и смонтирована на автоприцепе полупромышленная передвижная барабанная сушильная установка диаметром 0,63м и длиной 3,0м. ,

ОСНОВНЫЕ вывода И РЕЗУЛЬТАТЫ

I. На основа комплексных исследований переноса массы и тепла, физико-химических и механических свойств применительно к системе газ-твердое тело разработаны теоретические положения по созданию, математическому описании, оптимизации и расчету новых сушилыю-десорбционвдх агрегатов с активным движением дисперсной твердой фазы.

2. Предложены физико-математические модели осложненного теп-ломассопереноса, функции трибомеханических процессов в аппаратах с активным пневматически.! и механическим перемешиванием твердой фазы.

3. Разработаны оригинальные экспериментальные и расчетные методики для определения теплофизических и массообменных характеристик на основе метода послойной отработки зерна.

4. Сформулированы и решена задачи оптимального управления процессом сушки, в которых критерием оптимальности выбрана производительность агрегата по сухому продукту в условиях использования уравнения связи коэффициента заполнения агрегата с управляющим! параметрами.

5. Построена математические аодзли предсказания и расчета параметров переноса в процессе сули:;:" з аппаратах с механическим к пневматическим перемешиванием ка основе сверток соответствующих кинетических и макроышетичзсклх функций. Адекватность моделей проверена в экспериментах различного масштаба.

6. Разработан, оптимизирован и внедрен в виде полупромышленной установки трехступенчатый циклический процесс рекуперации летучих растворителей для создания экологически чистого производства на Дкамбулском заводе резиновых изделий с использованием на стадиях адсорбции термической десорбции и охландения сорбента интенсификации перемешивания при минимальном истирании путем псевдоожижения в насадке.

7. Предложена методика инженерного расчета сушилышх агрегатов с активным перемешиванием дисперсных сред в процессе сушки.

8. Разработан, рассчитан и параметрически оптимизирован модернизированный процесс сушки с механической интенсификацией перемешивания ротационно-барабанным способом, организуемом направляющими подвижными и неподвижным лопатками при отрицательном угле наклона.

Суммарный годовой экономический эффект от внедрения разработанных технологий и аппаратов (в ценах до 1990г.) составил 2,35 млн.рублей.

На основании результатов НИР создана полупромышленная передвижная барабанная сушилка, смонтированная на автоприцепе, диаметром 0,63м и длиной 3,0м.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих

работах:

1. Куатбеков М.К., Куцакова В.Е. Барабанные сушилки. - Алма-Ата: Рауан, 1993. - 52с.

2. Мендебаев Т.М., Жомартов Э.Ш., Куатбеков М.К. Технологиялык процестерд; яобалау - Алматы: КазНИИНКИ, 1992 - 133с.

3. Балабанов 0.0., Балтабаев Л.Ш., Джомартов АЛ., Куатбеков М.К. Диагностирование машин и аппаратов - Алма-Ата: Рауан,

1993. - 32 бс.

4. Куатбеков М.К., Романков П.Г., Фролов В.Ф. Прессование пористых адсорбентов и определение их термических характеристик. //Нурн.прикл. химии. - Л., 1969. - т.ХУЛ. /И4. - С.949-952.

5. Куатбеков М.К., Романков П.Г., Фролов В.Ф. Экспериментальное исследование процесса десорбции.//Журн.прякл.химии. - Л., 1Э711 3> С• I524•

6. Куатбеков М.К., Романков П.Г., Фролов В.Ф. Внутренний телло-и массопереноо в процессе термической десорбции./ТОХТ, 1973, т..»« 3. - С.429-433.

7. Куатбеков М.К., Романков П.Г., Фролов В.Ф. Кинетика обработки и нагрева увеличенной модели зерен адсорбентов при конвективной десорбции.//йурн.прикл.химии. - Л., 1973. - т.Х£У1. -П 6. - С.1265-1268.

8. Куцакова В.Е., Логинов Л.И., Куатбеков М.К., Альпеисов Е.Л. Расчет температурного поля и влагосодержания при сушка семян подсолнечника.//Изв.АН КазССР, сер.физ.-мат., Алма-Ата, 1986. - № I, С.28-32.

9. Куатбеков М.К. Исследование адсорбционно-десорбционных процессов на плоской модели зерна адсорбента.//Изв.АН РК, сер.хим. Алма-Ата, 1992, й 5. С.11-16.

10. Куатбеков М.К., Романков П.Г., Фролов В.Ф. Измерение полей температуры и концентрации адсорбтива на модели плоского зерна адсорбентов.//Сб.научн.тр. Массообменные процессы химической технологии. Вып.4: Химия. -'.I., 1969. - С.51-52.

11. Куатбеков М.К., Фролов В.Ф., Романков П.Г. К вопросу кинетической закономерности конвективной десорбции.//В кн.: Труды семинара кафедр теоретической механики и высшей математики. - Джамбул, 1973. - С.255-264.

12. Романков П.Г., Фролов В.Ф., Куатбеков М.К., Акынбеков Е.К. Распределение зернистого материала по времени пребывания в аппарате псевдоожиженного слоя с насадкой.//В кн. Материалы I Всесоюзной научной конференции "Современные малины и аппатты химических производств", т.1, Чимкент, 1977. -С.393-399.

13. Логинов 1.И., Куатбеков М.К., Альпеисов Е.А. Численный метод исследования изменения температуры и влагосодержания при сушке семян хлопчатника.//Пооцессн, упразленпа, мазани и аппараты пищевой технологии". Межвуз.сб.науч.тпудов. - Л., 1985. - С.64-67.

14. A.c. Jí 1229338. Устройство для определения механических свойств материалов в агрессивной среде. Куатбеков М.К. и др. Бюлл.й 17, 1986.

15. А.с.Ж 150899. Устройство для сушки сыпучих материалов// Куцакова В.Е., Куатбэков М.К. и др. - Волл.№ , 1987.

16. Положительное решение на заявку № 4861641/06 (061073). Распределительное устройство сушильного барабана.// Алтухов A.B., Балабеков О.С., Куатбеков М.К., 1990.

17. А.с.М 1655324. Способ предпосевной обработки семян сахарной свеклы.//Куатбеков М.К. и др. - Бюл.№ 22, 1991.

18. А.с.К I72694I. Загрузочный узел сушилки для хлопка-сырца.// Куатбэков М.К., Баитуреев А.М., Альпеисов Е.А., Алимов A.A. -Бт.№ 14, 1992.

19. Куатбеков М.К., Фролов В.Ф., Ромзлков П.Г. Исследование кинетики процесса десорбции из пористых адсорбентов.//

В бр."Краткив сообщения НТК ЛТИ шт.Ленсовета. - I., 1968. -С.23-24.

20. Куатбеков М.К., Кривоборская Л.Е. Измерение избыточного давления при нагреве влажных сорбентов.//В кн. "Тезисы доклрдов I городской НТК молодых ученых". - Чимкент, 1970. -0.37-38.

21. Куатбеков М.К., Романков П.Г., Фролов В.Ф. Физическая модель и кинетические уравнения процесса десорбции паров воды из мелкопористых адсорбентов.//Там же. С.38-39.

22. Куатбеков М.К., Романков П.Г., Фролов В.Ф. Термическая

Шорбция и адсорбция паров воды.//В бр.: Краткие сообщения ЛГИ им.Ленсовета. - Л., 1970. - С.48.

23. Куатбеков М.К., Фролов В.Ф., Романков П.Г. Коэффициенты внутреннего переноса пористых адсорбентов,//Там же. С.126^_

24. Куатбеков М.К., Романков В.Ф., Фролов В.Ф. Десорбция бензола из пористых сорбентов.//В кн. Материалы XIX НТК КазХГИ. -Чимкент, 1971. - С.89-90.

25. Куатбеков М.К., Романков П.Г., Фролов В.Ф. Определение коэффициентов диффузии для спрессованных адсорбентов.// Гам же. 0.121.

26. Куатбеков М.К., Романков П.Г., Фролов В.Ф. Микрокинетика процессов термической десорбции.//Там же. С.145,

27. Куатбеков М.К., Фролов В.Ф. К вопросу тепло- и массспереноса процесса десорбции и послойной отработки зерна сорбента.//

В кн. Материалы И Всесоюзной теооетической конференции по адсорбции. - Л., 1971. - С.63-64".

28. Куатбеков М.К., Д-:умагулов Б.Л., Аппельганс I.I.P., Акпнбеков 3. Сушка хлопка-сирца в кипящем слое.//В ки. Тезисы докладов У Научно-теоретическои и методической конференции профессорско-преподавательского состава института. - Джамбул. - 1972. -0.79-80.

29. Куатбеков М.К., Дясумагулов Б.Д. Влияние некоторых параметров на скорость конвективной десорбции паров воды из пористых адсорбентов.//Гам же. С.80-81.

30. Куатбеков М.К., Акынбеков В.К. Контактная термическая десорбция ларов воды из пористых адсорбентов.//Там же. С.82-83.

31. Куатбеков М.К., Акынбеков Е.К., Джумагулов Б.Д. Сушка хлопка-сырца во взвешенном слое и мокрая шлеочистка.// В сб.научн.тр. КазПТИ "Технология легкой промышленности

и бытового обслуживания", вып.1, Алма-Ата, 1974. - С,104-112.

32. Куатбеков М.К., Романков П.Г., Фролов В.Ф., Акынбеков Е.К. Исследование кинетики контактной термической десорбции.// В сб.науч.тр. КазПТИ: Зерноперэрабатнвающая и пищевая промышленность. Вып.З. - Алма-Ата, 1974. - С.107-112.

33. Акынбеков Е.К., Фролов В.Ф., Куатбеков М.К., Темирбеков Т.Т. Истирание промышленных адсорбентов в псевдоожиженном слое

с неподвижной насадкой.//В кн. '"Тезисы докладов республиканского совещания по повышению качества продукции химической промышленности Казахской ССР". - Алма-Ата, Актюбинск, 1979. -

34. Акынбеков Е.К., Фролов В.Ф., Дясурумбаев А.И., Куатбеков ИД. Исследование и расчет процесса сушки в псевдоожиженном сЛое с неподвижной насадкой.//Там же.С.10-12.

35. Акынбеков Е.К., Фролов В.Ф., Куатбеков М.К. Исследование истирания промышленных адсорбентов в псевдоожиженном слое с неподвижной насадкой.//Библиогр.указ. ВИШИ, Депон. научн.труды ОНШГЭХШ, г.Черкассы, № 2739/79, № 9, 1979. -

36. Акынбеков В.К., Фролов В.Ф., Куатбеков М.К. Расчет процесса десорбции в непрерывно работающем аппарате псевдоожиженного слоя с неподвижной насадкой.//Библиогр.указ. ОНШГЭХШ, гЛеркассы, J5 2735/79, 1979.

37. Куатбеков М.К., Фролмз В.Ф., Романков II.Г. Исследование поглотительной способности некоторых адсорбентов по фтористым соединениям.//В кн.: Маториа-н Всесо-озн. НТК "Современные машины и аппараты химических производств". -Чимкент, 1980. - С. 56-57.

38. Акынбеков Е.К., Куатбеков (Л.К., Фролов В.Ф. Расчет процесса непрерывной десорбции в псевдоожиженном слое.//Библиогр. указ. ВНИГИ г.Черкассы, К 537хп-Д81, ii II, 1981. - С.102.

39. Байтуреев А.М., Куатбеков М.К. Совершенствование конструкции барабанных сушилок.//В сб.научн.трудов молодых ученых. Джамбул, 1985.

40. Куатбеков М.К., Налкеноэа С.Т., Лекеров A.A. Исследование влияния параметров влажно-тепловой обработки сэмян сахарной свеклы на урожайгасть.//Интенсификация ироцоссов шщевмх производств, управление, дошпГл аппаоатн. Ножзузовский сб.научн.трудов. - Л,, 1937. - С.47-18'.

41. Куатбеков М.К., Альпеисов Е.А., Байтуреев A.M. К вопросу о времени пребывания хлопка-сырца в барабанном сушильном агрегате.//В кн.: "Тезисы докладов областной научно-практической конференции". - Джамбул, 1988. - С.14-16.

42. Куцакова В.Е., Куатбеков М.К., Альпеисов Е.А., Байтуреев Инженерный метод расчета барабанного сушильного агрегата .. В кн.: Современные машины и аппараты химических производств "Химтехника 88". - Чимкент, ч.Ш, 1988. - С.9-10.

43. Куатбеков М.К., Куцакова P.E., Альпеисов Е.А., Петров C.B. 0 времени пребывания зернистых материалов в барабанном агрегате.//Там же. С.182-183.

44. Фролов В.Ф., Куатбеков М.К., Акынбеков Е.К., Джапаркулов А.Г Расчет процесса непрерывной десорбции с учетом реального распределения дисперсного материала в псевдоожиженном слое./,

45. Акынбеков Е.К., Куатбеков М.К., Дкаппаркулов А.Г. "Методические указания к выполнению с применением ЭВМ курсового проекта по разделам "Десорбция" и "Сушка" курса "ПАХТ", Мин.нар,образов. КазССР, Алма-Ата, 1989. - 40с.

46. Байтуреев A.M., Куатбеков М.К., Еалкенова СЛ. Интенсификаци процессов тепло- и массообмена в барабанных сушильных агрегатах.//В кн. Тезисы докладов НТК "Повышение эффективности производства на основе внедрения новой техники, передовой технологии, НТР". - Джамбул, 1989.

47. Куатбеков М.К., Декеров A.A., Калкенова G.T. Исследование сушки семян сахарной свеклы в барабанном агрегате.// Процессы и аппараты пищевых производств, их интенсификация и управление. Межвуз.сб.науч.трудов. - Л., 1988. - С.64-66.

48. Куатбеков М.К., Байтуреев A.M. - Методическое руководство пс

по модернизации барабанных агрегатов для сушки хлопка-сырца. -

Алма-Ата, 1989, 48с.

49. Еалкенова С.Т., Куатбеков М.К., Декеров A.A., Мамыров K.M. Интенсификация технологии предпосевной обработки семян сахарной свеклы.//В кн.: Материалы всесоюзной НТК "Вклад молодых ученых и специалистов в интенсификацию сельскохозяйственного производства". - Алма-Ата, ч.П, 1989. -

С•77-78•

50. Байтуреев A.M., Альпеисов Е.А., Куатбеков М.К. Цути повышения производительности барабанных агрегатов при сушке волокнистых материалов.//В кн. "Повышение эффективности производства на основе внедрения новой техники, передовой технологии, научно-технических разработок. - Джамбул, 1989. - C.il5-II6.

51. Куатбеков М.К., Калкенова С.1'. Исследование влияния параметров влажно-тепповой обработки семян сахарной свеклы на урожайность.//В сб. материалов научно-практической конференции ДТЮШП, Джамбул, 1990.