автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Моделирование процесса и структуры потоков в барабанном грануляторе-сушилке

На правах рукописи

ХАБАРОВА ЕЛЕНА ВЛАДИМИРОВНА

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА И СТРУКТУРЫ ПОТОКОВ В БАРАБАННОМ ГРАНУЛЯТО РЕ-СУШ ИЛКЕ

Специальность 05.17.08 - Процессы и аппараты хиюгчссхой технологии

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических няух

Тамбов -1997

Работа выполнена в Тамбовском государственном техническом университете на кафедре " Технологическое оборудование и прогрессивные технологии "

Научные руководители: доктор технических наук, профессор Долгунин Виктор Николаевич кандидат технических наук, доцент Борщев Вячеслав Яковлевич

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор Гришаев Игорь Григорьевич; доктор технических наук, профессор Попов Николай Сергеевич

Ведущая организация: Уваровский химический завод

' Зашита состоится часов _минут в ауд. 60, ул. Ленинградская, г на заседании диссертационного

совета К 064.20.01 Тамбовского государственного технического университета. Отзывы в двух экземплярах, скрепленные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 392620, г. Тамбов, ул. Советская, 106.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке '11 ТУ. Автореферат разослан " г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доцент В.М. Нечаев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Процесс гранулирования широко применяется в производстве самых разнообразных материалов, например, минеральных удобрений, пищеаых продуктов и медицинских препаратов, продуктов микробиологического сшггеза

Гранулирование позволяет существенно улучилгть потребительские свойства продуктов и повысить их экологическую безопасность. Очевидно, п связи с этим во мнопгх случаях дня минеральных удобрений предпочтительной выпускной формой является гранулировашшй продукт. Совершенствование процесса гранулирования и широкое внедрение его в народное хозяйство остается до настоящего времени актуальной проблемой

Среди актуальных проблем гранулирозашш выделяются проблемы повышения однородности гранулометрического состава продукта, а также снижения энергоемкости и повышенна экологической безопасности оборудова-юш.

Производство минеральных удсбретгй является крупнотоннажным с широким ассорпшентоа продукта«. В этих условиях большое значение имеет создание и эксплуатация гралулэтороя большой единичной мощности. Простота п надежность а эксплуатации, высокие теплотехнические показатели, значительная удельная производители! ость, а также созмещише в одном аппарате процессов сушки п гршгулирешцша указывают на перспективность использования барабанных гргшулятороа-сушилок (БГС).

Техтпсо-зкопоьагссеаге показатели гранулирования и сушки в БГС определяются кинетикой процессов, протекающих в падающем слое завесы, образуемой лопастями вращающегося барабана, и структурой потоков взаимодействующих фаз. Адеккппое иодеязгровагше указгышых процессов возможно только при учете локальных ХЕраэтсрпстех зггесы я взаимодействующих потоков, вследствие высокой их пеодпородпостя в поперечном сечеюш и по длине барабана л

В сааз» с эти» нодотрозатю процесса гргнуяироваиия и сушки и предложенные в данной работе рекоиенданш! по организация процесса гранулирования а БГС имеют актуальное научное и народнохозяйственное значение.

Цель работы. Настоящая дпссертешюипгд работа посвящена исследованию процесса грануЛ5ф038хшя п <ушт а бзргбшиои гранудэторе-сугпилке с учетом локальных харгхгернетх взззиодгйсгеуннщп потоков. В соответствии с этим, в задачу дгпта.1 работа входило:

- шашггпческое псследозашм псраксгрсз мвежы, образуемой падающими с лопаток гразуланз, с цмыо разработал истода определения ее локальных геометрическая я пакашпчеегта хераетерветше;

- разработка штеютетеекой модели взаякодгЗсшш потоков твердой и гвзояэдкостоой фаз;

- разработка общей модели процесса, гранулирования и сушки в БГС с учетом локальных харвотеристик перекрестных потоков и структуры потока гранул в аппарате.

Научная новизна. Получено выражение дм определения локальных параметров завесы, образуемой ссылающимся с подьешш-лопастной насадки материалом.

Разработана вероятностно-статистическая модель столкновения перекрестных потоков твердых частиц и капель в БГС.

Предложена модель гидромеханического взаимодействия перекрестных потоков в БГС, позволяющая моделировать процесс роста гранул с учетом вероятностно-статистического контакта с каплями газожидкостного потока

Предложена математическая модель процесса гранулирования в БГС с учетом сушки капель в фазе свободного полета. С учетом структуры потока твердой фазы в поперечном сечении и по длине барабана исследованы закономерности влияния технологических параметров на процесс гранулирования в БГС.

Проведено моделирование на ЭВМ динамики процесса гранулирования в аппарате БГС.

Практическая ценность. Разработанная модель процесса гранулообразо-вапия в завесе барабанного гранулятора-сушилки позволяет в значительной мере преодолеть трудности, возникающие на пути поиска оптимальных конструктивных и технологических решений. При моделировании на базе разработанной модели представляется возможный оценить влияние на кинетику гранулирования координат размещения распиливающего устройства в поперечном сечении завесы в зависимости от типа насадки, скорости вращения барабана и параметров газожидкостного потока Многовариантное моделирование гидромеханического взаимодействия перекрестных потохов в БГС позволяет рекомендовать координаты размещения распиливающего узла в поперечном сечении барабана

На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработана конструкция барабанного гранулятора-сушилки, которая позволит значительно повысить однородность гранулометрического состава продукта, а также снизить пыле- н тепловыделение в окружающую среду Конструкция рекомендована к внедрению на Уваровском химическом заводе.

Апробация работы. Результата работы доложены на II и 111 научно-технических конференциях ТГГУ в 1995-1996 гг., 2-ой и 4-ой региональных научно-технических конференциях "Проблемы химии и химической технологии" (Тамбов, 1994,1996 гг.), школе молодых ученых при международной конференции " Математические методы в химии и химической технологии" (Тула, 1996г., Новомосковск, 1997г.)

Публикации. По материалам диссертации имеется 12 публикаций, в т.ч. одно авторское свидетельство на изобретение.

Объем работы Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассмотрено краткое содержание работы и показана актуальность решаемых в ней задач.

В первой главе приведен анализ процессов и оборудования для гранулированных минеральных удобрений, указывающий на перспективность использования в многотоннажном производстве барабанных грануляторов-сушилок. Рассмотрены актуальные проблемы моделирования взаимосвязанного процесса сушки и грануляции в БГС.

Отмечено, что на гранулометрический состав продукта существенное алняние оказывают структура потока частиц в аппарате и локальные характеристики завесы частиц в зоне гракулосбр&зоваши барабана Существующие аналитические и графоаналитические методы, позволяющие вычислить плотность завесы, связаны с необходимостью оперировать эмпирическими и интегральными характеристиками, рассчитываемыми по осредиенным параметрам для всего поперечного сечеши барабана, что находш'ся в определенном противоречии с реальной технологией гранулирования в БГС, осуществляемой в режиме локального ввода газозшдхоспюго потока в завесу. Проведенный аиа-* лиз показывает, что для адекватного моделирования взаимосвязанного процесса гранулирования н сутки необходимы сведения о локальных геометрических и кинематических параметрах завесы, образуемой дисперсными частицами во вращающемся барабане. До настоящего времени отсутствует способ определения названных локальных характеристик завесы, учитывающий взаимодействие перекрестных потоков.

Перспективным направлением при разработке модели сушки-гранулирования является анализ взаимодействия перекрестно движущихся потоков твердой фазы н гвзожидкоспюго факела с учетом переноса импульсов, а также теплоиассопереиоса при локальных характеристиках завесы.

Моделирование на основе указа:шых принципов позволяет научно обосновать технические решеши по иодерщпгщга п интенсификации работы аппаратов БГС.

Вторая глава геосзяшена разработке пероггпюстноЯ модели столкновения перекрестных потеков твердых чгепщ и капель распыленной пульпы в БГС. Разработке подели предшествует шгалиппесгое псследовшше параметров завесы в аппарате.

Представлена упрощешаа методика определения локальной плотности завесы, основании на дспущкшя о том, что частицы материала начинают движение па насадке с некоторой характерной коордшшы лопасти и движутся в поперечном ссчеиет бгрпбгна по зшеоиу свободно падающего тела,

имеющего в начале движения окружную скорость и характерное время запаздывания по отношению к предыдущей частице.

Плотность завеса П (у, г) определена как предел отношения суммарной площади сечения частиц, находящихся в состошши падения на элементарном участке поперечного сечения барабана, к площади участка, если линия его ограничивающая стягивается в точке с координатами у, г сечения завесы. Соответственно плотность завесы на произвольном ее участке с координатами (г, г+с1х, у, у+<!у) в поперечном сечении барабана это отношение площади поперечного сечения частицы к площади участка зааесы, которая приходится на

одну частицу ДБ (у, г).

Площадь Д5(у,г) определена ках произведение среднего расстояния между частицами, имеющими одинаковую траекторию, и расстояния между траекториями падения соседних частиц в поперечном сечении барабана.

Среднее расстояние и езду частицами, падающими по одной траектории, выражалось как фунхция времени. Расстояние между траекториями падения соседних частиц ках отношение функции относительного распределения плотности завесы з поперечном сечении барабана ( по горизонтальному диаметру поперечного сечешы барабана) Цу) к среднему расстоянию между траекториями падения.

Функции распределяли известна дая лопастных насадок большинства видов, причем для Г-образкых лопастей в широком диапазоне из-гхепещщ их геометрических параметров и скоростей вращения барабана

Получено выратание для

Рис. 1. Плотность завесы в попергчаом сече-бграбаиа; - 0,038; 2- ,0101; 3 - 0,0122;4-,0164. б) Р(у, г)=0,0122 о= :1- 0,73 с'1;

2 - 0,84 с1;3 - 0,94с4; 4 - 1,05 с1

расчета плотности завесы, как фу!!кшш координат поперечного сечения барабана, учитывающее влияние на плотность геометрических параметров насадки и барабана ,{(у),Ас?, ИП,Г]), свойств дисперсного материала (<1,ап,с) и скорости вращения барлбаиз о:

ЭвРяГ(уХ1 - еф<1,/(6( 1-е))

П(у,г) = -

2А<?Яп(1в

г} ¡зла я +

■У" - г) / з

(1)

Я

6(1-6)

■ /

н

На рнс. 1 прадегаллкш результаты иодслировишя на ЭВМ плотности залеси в пркосезой зоне поперечного сечения барабана диаметром 0=! м гра-нулгтора-сушилкн типовой конструкции, свидетельствующие, что распредсле-га»г атотпости по абсциссе поперечного сечения барабана блгако к осесим-кетрпчиому с ярко выралсешгьш шпп«{уяои. По ординате поперечного сечения плотность завесы существенно уменьшается при удалении падающих частиц от насадки. Полученные результаты использованы для разработки вероят-носшо-статистичесхон нодсли гранулирования. Процесс гранулирования и сушки в БГС проте?сает при перекрестной токе газожидхостного и твердофазного дисперсных потоков (рис. 2). Взаимодействие потоков сопровождается контактом аншсой и твердой длс-персяых фаз, который имеет определяющее значите д,13 гашеппен гранулкрозгш« ц сутки. Закономерности контакта Едахггса, по своей сущности, всрозгтносшс-сгатасгачеасшш, п аюя с чей полета процесса, базирующиеся па рояттгосгпо-стптпстэтеашя подходах, предстгзляютса кгзОаяег ра-пионзлыгшга.

На перпои зтаде «оделироза-пш для упрощапи полета сделали допущяпгя: I) в окрестпсстсх пеко-торой точки с коордгшагсгга х,уд гранулы материала дзюкугся в зезе-се по параллельным тргксгор:шг, 2) дзгскегше* грзиул в зазссс происходят по заяопу свободно падающего гелз, якегащего начальную скорость.

В общем случсг, квшга пульпы пульпы с п частицы завесы существешю пс-

Рлс. 2. Схема взаимодействия капель гранулами завесы во вращающемся барабане

однородны по размеру. Были проанализированы два вида взаимодействующих сред: 1) с монодисперсными каплями и частицами, 2) с полиднсперсными каплями и частицами.

В случае монодисперсных капель и гранул проанализирована вероятность столкновения капель пульпы с гранулами фронта завесы х е(0, AL), т.е. вероятность их контшсга с элементарным слоем завесы, толщина которого не превышает среднее расстояние между траекториями падения соседних частиц AL в направлении координаты х.

Получена формула для расчета вероятности столкновения капель пульпы с гранулами завесы:

Р(уд)- 48(r4rg)2Vl + (U/Vs)2mf(y)Fn(l-£)AL

gA<pRar}^^smaa + -у2 - z}7g - AL/(шг[|

При этом полагали, что начало 'декартовой системы координат расположено на оси барабана

При определении вероятности столкновения капель пульпы с гранулами произвольного элементарного слоя завесы было учтено, что по мере удаления от фронта завесы вероятность столкновения капель и гранул убывает. Это обусловлено тем, что на х- координате длины факела d столкновении могут участвовать капли, число которых пропорционально вероятности их проскока через все п = х / AL предыдущих слоев завесы.

Получено выражение для расчета вероятности столкновения капель с гранулами произвольного элементарного слоя завесы AL:

P(x,y,2)=P(y,z)[l-P(y,z)]x/AL-1 (3)

и вероятности столкновения капель с гранулами на участке завесы с координатами 0-х:

Р(0-х,у,2) = 1-[1-Р(у,х)]х/ЛЬ. (4)

При решении задачи определения вероятности столкновения капель и гранул в случае полидисперсных гранул и капель завесы учитывались плотности распределения по диаметрам для капель \)/(d*) и для гранул ф(<1). Получены формулы для расчета вероятности :

- для произвольного элементарного слоя завесы (i - 1)AL íx< iAL:

QOaOf .

P(x,y,z) = JI |P(y, z){l - PCy.z)]^-1 U(dK)4(d)ddKád, (5)

- для участка завесы Os x £ iAL :

ODOO,

P(0 - x,y,z) = í J |l - [1 - Píy.z)]^ . (6)

00 '

Разработанная )1этеиат1ггес::п модель бздля использована для исследования взаимодействия капель ггулгпи с грапул^.гн завесы в промышленном ап-

парате БГС типовой конструкции, значимости учета полидзспгро-нсстн потсгса капель на кинет:;; у гралулосбразозаинх Очегцдг.о, что учет полллисперсност указанного ПОТСКЛ СТСНСТ ПрШПХППИ-ШГЫЮ !!ССбХОД!»ГЬШ, ССТИ П'р'/ЛИТГЬ

со пшшанне различную скорость сушки капель неодинакового рсз-иера.

Результаты р*. счета по ургз-1ге:ппо (3) псрогл поста стожзюео-шм полшшсперсных потоке з капель и гранул а аппарате БГС типовой конструхщп! прнзедаш па рис. 3.

Срсанегше крггаых разных Рис.3.

результаты которого свидетельствуют о

Линии

вероятности

Ееровтностей при взаимодействия столкновения полидисперсньгх потоков монодисперсных (рис. 1) и поли- капель н гранул фронта завесы: дисперсных (рис. 3) потоков пока- 2,4,5 - Р(у,х)=0.01б; 0,022;0,025 зьшает, что ход этих кривых прак- при ю~0,419с';

тпческа идентичен, но абсолютные 1,3,5,6 - Р(у, х)=0,022 значена вероатеостей для поли- при а=0,628; 0,523; 0,419; 0,314с'1 дисперсных потоков, тлеющих

меньший средшгй диаметр капель существенно («19 %) выше по всему поперечному сечению барабана, что свидетельствует о преимущественном влиянии па кинетику грйнулообргзовяпия в завесе распределения частиц ретура по размеру. Последний вывод, очевидно, должен быть скорректирован с учетом юшегахн сушки капель в газогащхосгиом факеле.

Очезидно, тго учет реального распределения гсалеяь и гр.игул позволит при дальнейшей развитой модели дифференцированно учесть влияние переноса импульса п тепломассообмена при грапушровашт и сушке.

В третьей пхаяе представлено моделирование роста гранул при взаимодействии перекрестных потокоз в БГС.

К числу Еагспейших ггарсктеряспгк азан? содействия названных потоков, определяющих время пребывания гранул в зоне "факел-завесы" и- кинетику взаимосвязанного процесса грпиулирозалия и сушки, относятся поля скоростей гранул и капель зддкосгз в рабочем объеме барабана

Проведено математическое моделирование гидромеханического вза-нмодейспзия перекрестных потокоз в БГС.

С целью упрощения модели взаимодействия дисперсных потоков были сделаны следующие предположения: относительное движение твердых чгспщ и капель газолащкостного потока проксходзгг в условиях их аэродинамического взаимодействия, действия силы тхксста и переноса импульса при столкновении частиц материала н капель :л1Д5сости, которое подчиняется вероятностно-статистическим закономерностш, ншокашьш в глазе 2, передача импульса происходит с результате абсолютно неупругого удара при налипании капли на гранулу.

Вывод уравнений дапаиики осноасл на анализе взаимодействия одиночной гранулы с элементарным газозжидхоепшы овъсиои.

В соответствии с изложенным движение гранулы б газолоздкостном потоке описывается следующим уравнением:

щ—= —(^-<3) + 022*г2рг(^-0)2 + тг2о. (7)

о! «к

Уравнения изменения импульсов гралулы н элементарного газогзщкост-1юго объема в результате их взаимодействия с учетом сил т;п:жсш по вертикальной координате г поперечного сечения барибала имеют вид: - р{ + = (ш + ш_.Р)иг - тиг0,

(Б)

р1 + тп_£>? = (т,— - т_Р)У - ¡^лгУгО-

Сделав допущение, что в пределах элементарного газозклдкостного объема масса гранулы растет с постоянной скоростью, т.е. с1т/ск=сспзг, и, выразив прирост массы гранулы б виде произведения массы жидкости в элементарном объеме и вероятности столкновения гранулы с кашиши аздаости, запишем прирост массы гранулы в следующем виде:

(1ш_ Дш_шн-Р(1,х>у,2)

_____ _

С учетом (7$) получаем систему дифференциальных уравнений позволяющую рассчитать компоненты скорости гранулы:

= (А - ихВ) + 022^ ихВ)2 + (С + и2В+№)2 (А - ихВ). (10)

й-эгр-ч^к "

+0.22 -^В)2 +(С-и2В+№)2(С-и2.В+№), (II)

ш

где Л= + в = т+тга .

Шпг-т^Р * "т^-т^Р*

С =

МиЛгО-наЦго . т^-ш3Р ' шгя-тяР

;Н =

Рютегааз процедура позволяет определять па каздом шаге соответствующие компоненты стсоросга гранулы а ез координаты при пзалмодейсппш с элементарным газодядкостным объемом. При этом а процессе расчета постоянно уточняется отнсситепыюз скорость гранулы и вероятность стодхнове-¡1x1 с каплями газо^идксстаого потока. Как один из результатоа расчета получаем прирост массы гранулы:

С помощью разработениой истекатагаесхол кодеял проведено исследо-гг.::::е процесса гргиудообразовгапм при теглолспгчес:ск яграметрах, харшс-тсрлыл для протлпляшого бзрабяшсго гргпулзтсра-сушидхи: диаметр бара-б?ла П-3.2 и ; средтй диаметр грг.'гул ретура (1=1.64 мм; тачальная скорость гаюгагдкссп'.сго потока м/с и его начальное алагосодер-ланне

?/0=0.017 кг :хндкосп! / кг поздугл. С целью качественной оценки эффектов, которыми сопрозог£дй£гтсз процесс грсиулсобрязосзная. на первом этапе проанализировано ззсямодейстгпг газо"С1д;'оствсго потеха, с гранулами фронта завесы. При этой предполагались следующие уеяопя взаимодействия: гранулы фронта завесы с начальной (*ассой га> падают с лопасти по определенной грпетторггп с некоторый "ре.-гепгм запаздыгкпз, попадают з зону факела распыла гэздкосгп, пиеа тяаяъиые компонент схсростя и^ а ий .При этом они киггахгаруют со "езегегм" газоллдкеепшм потоком, имеющим постолпше начальные параметры: ?/0=соп£С, У^^спП, =0. После взаимодействия с элементарными газолздхоепшып обьегяшп гранулы изменяют свою массу и компоненты скорости. Пря этом газогепдкостной поток тахзее изменяет свои параметры (17/, V*, V,).

На рис. 4 приведены результата расчета по предложенной модели параметров газогшдаостного потока как функций 2-хоордияаты поперечного сечения барабана пря ззазшодействнп с гранулами фронта завесы, а такзке соответствующей составляющей схоросгй гранулы. Как видно из рисунка (кривая 1), исчерпывапие жидкости из газояидхоспюго потока в верхней и нижней частях факела распыла при взаимодействии с завесой происходит с разной интенсивностью. Процесс взаимодействия с гранулой в верхней части факела характеризуется меньшей интенсивностью исчерпывания влаги из факела распыла По мере роста гранулы интенсивность исчерпывания влаги увеличивается, несмотря на уменьшение относительной скорости потоков.

Дя1 =-| гп-^Р^сЬс,

1

(12)

Характер го-

ризонтальной соспсдшзцсИ скорости ГСЗОЗДЕЗДЯНОГО ШЬ TOIUi (кр£Ш1£ 2) CZli&CrCZLZTjyZT.

об ¡ЮТ1ЕН011 Е03дсйгтс:21 гр„-

1гул иа поток. Прзчги Ейилл верхней гроюдс-' фс^г^а рссгш-Ла ГСЗОГ21ДГ:ОСПЮ2 ЕОТШ ТОр-ыозитса бохгз шачгтспьЕО, чел в южней, что сбьгсагггсг большой потерей его к^пудьег при разгоне частиц зг^сси В icizaieíí част фг^алг ехпропь потоке пзыазяетси с ussunsí:

стелешь поскольку факел uoa- naozssiccrnoro потока и грвнуя фронта за-таетгируег с чаатц&ш, которые кш прд сх Езагшодсйсгааг: ysx шгкот зшявхтешшй cu- j. W/We™fi(z); 2 - VJV-¿rí-Jíz)' пульс вдоль оса бгрг&аг. 3 - U.-fjíz); 4 - V,-fi(z);

В БСрХЕСЙ пово^хз (са- 5. ш/п5гТГ$(г).

ла распыла в ргзудьзетс езро-дннгиягчеездго создсЗвпаг га-

зогшдхоегкего потока с передача кшукьег прп поягшивш кал ель происходит соответственно Елгсзгиглог Topuosaass гргпул в Еергекаяыюц шшразленш (кривая 3). В езепсЗ полосата фекзш рсшшт псбзад^гтсз увеличение сср-тикаяьиой состгадЕощгй ss.оросга грелудц. Кроне того в работе при шшо-гачных допущениях прогедгпо сссиздог^лгв Бзгзиоде&геая периферийного объема газогидкосгаого ф^^ека, дазгущепка вдоль верхней его грзншш, с падаощны сяоехграиузв.

Проведенные вааккоазвкг. ргзушлош когорья предстал шы шше.нг учитывают всех обстогтсвьста шсз:од«£сягелх Чтобл получить ввфориащао о росте всей соЕОлушзэств гранул, овногреиашо паходяинхса п барабане, и> обходииы данные об yesosos: ко^глагга даеперсЕШзг corojos на ягобои участке зазесы с учетом дннаипкв их шиепш^з со вргие&и, различных тратторий даигинки гранул е т.д. Разргботсанаг ыодеяь взазиодсйсгскз с принципе позволяет осуществить такой саализ. Omzzo это трудосшгШ подход, который пр:: необходимость учета логии^гге пгргаяшшгшлг в бзрг&ше требует очень большого шшшного времена. Дне упрещгл^л процедуры еычеслснш: прироста грЕнул Ешользоьааы харгпсриьга дел взгзиодсЗсгсукхщв дашгрг-ных потоков дшшшчасказ параметры

Для упрощешг продздура.утаге, поигргчнзго а продольного пгреисша-ванпя потоков теердой фазы в зоне "фа^га-аазеса'* еппарзта прппгго допуще-ш;е, что траектории ecgz. грснул, копгсжсруюгцих с фохеяоц распыла, ыало-

йл

•з- i

££

•ОМ -0.2. О 0,2. Z,«

Fea. 4. Днп&ыкха вшзкшгг параметров

и

птчны некоторой характерной. Эта траектория определена в работе ише траектория частиц, контактирующих с газозадхостным потоком, из которого исчерпано 50 % пидкосга. поскольку, как показывают расчеты, именно перенос импульса при стодхпсзешз! капель с гргпуягют определает в основном динамику двизеения последних.

Значительному упрощению процедуры шчпешша параметров взаимодействующих потоков способетвоэаво принятие гипотезы о поперечном выравнивании гидродинамических парзигтроз газогсядаостного потока, которое, очевидно, в некоторой мере проявляется в реальном процессе вследствие ре-лахезции давлений, наличия вихрей и т.д.

Предложен алгоритм расчета гранулометрического состава материала после одного цикла взаимодействия, состоящий из следующих операций: расчет числа гранул каздой фракция, коятазппрузощнх с факелом на выделенном его участке в единицу времени; определение прироста массы гранулы и их диаметра для каддой фракции; перераспределение выросших грснул по заданным интервалам и расчет нового распределения гранул материала по диаметрах!. При этом долю ¡-ой фрагщиа в потоке падающих в засыпку гранул определяем кас отношение массы гранул каждого интервала к общей массе

емв.

Далее разработанная модель процесса гргиулсобрззоза-шш а ЕГС доработана путей учета кннегака сушка капель в фазе свободного начета Квиетические закономерности тепломассообмена при этом приняты аналогичным!! геяозьш для сушки капель з распылительной сушилке по данным Далнвсхого -АгА. Движущая сила процесса определена та условия изменения температуры сушильного агента в зоне "фахел-зазеса" по логарифмическому закону.

При анализе наибольшее значение доя кинепгап гранулирования представляло определение момента достижения

Рис. 5. Функции распределения гранул по

пульпой критической алалносш _1_________________________ 1 - начальное;

2 - после однократного орошения

при заданных технологических параметрах процесса гранулирования и сушки. Получены ре-

зультеты расчета момента дсспзхипя каплей критической платности о зази-симости от диаметра кашю, которые были учтены при моделировании процесса гранулирована по £ышеизложенной ыодала при расчете вероятности столкиовсш12 по формулам (5>(о).

На рис. 5 предсгаалгпы результаты расчета гранулометрического состава материала, ссыпающегося с лопасти, после однократного взаимодействия с га-зозкидхостнъш Ьотокои Ркчэт сшюяпгл с сспользогошеи стандартных вычислительных процздр.

В четвертой rassa разработана «эдйе. процесса фанулироаа-

гаш в аппарате ЕГС и прогсдсао исследование ее прогностических свойств.

Анализ показывает, что на есся сгеднгх процесса в БГС имеет место существенное продольное переыешишее зернистой среды, которое долхаю быть учтено при разработка модели гранулирования п сушки в БГС. Для описаний продольного пгреыешшива прлшта однопараметрнчссказ модель, применимость которой для барабанных алпаргггоз подгверадена экспериментальными исследоЕшатл!. Специфика структуры потока твердой фазы в БГС была учтена путей сведения в диффузионную ыодель дополщггелы1ых составляющих, отраясаюпщх шшаяле на формирование структуры потока эффектов взаимодействия гранул с гсзосндтстыы потоком распыленной пульпы в зоне "факел-завеса".

В результате общее уралпаке дкпсыттп распределения i-ro кошгансата в барабанной грапулагоро-сушшке зсппсало в екде:

et & ? dz2 pkd2 v

Уравнение (13) при гргзЕЧнынуссозш; дс

0Х

х=0

= 0 (14)

решг.гто: чнслснкъш методом с сеподздогшягл типового разностного едаво-га.

Проверка адекватности ргзработялпой модели процесса гранулирования в аппарате БГС проведена путей сравнения результатов иодашрованнв с экспериментальными дяшьшп. Эюперямеягеяыше данные получены на промышленном аппарате БГС о пронэзодеггве гранулированного шмофоса на УЕзровском химическом 4аяоде. ГранувоыетрическЕЙ состав продукта и рету-ра определен ситовый методой.

Сравнение расчетных ы зкеперииаггальцых функций плотности раенро-делешш п^анул по размерам (рис. 6) позволяет сделать вывод о том, что расчетные значения достаточно адешагпо согласуются с зкеперпыеэтальпьши данными.

Разработанная модель учитывает влияние на процесс основных геометрических параметров конструкции аппарата (диаметра барабана, размеров лопастей и их количества), ого технологических характеристик (скорости вращения и коэффициента заиол-нения барабана), технологических характеристик распиливающего устройства (скорость газо-жидкосгного потока, дисперсность капель жидкой фазы, расположение устройства) и т.д. и пожег быть использована для технологического расчета аппарата БГС, при решении задач оптимальной организации процесса гранулирования и сушки и прогнозировании эффекта от применения технических решений.

Разработаны рекомендации по организации процесса гранулирования в

аппарате БГС. С учетом ^ 6 фуи^ т(т10ст распределения частиц

рекомендаций разработала поразмсрам:

конструкция барабанного !. рс1ур; 2 . ^д^ расчет .

гранулятора-сушилки, по- 3 - продукт эксперимент,

зволяющая подавать а качестве ретура мелкую фракцию узкого гранулометрического состава и тем самый обеспечивающая повышение однородности продукта, снижение внешней ретурности процесса и повышение терошко-эхономическях показателей производства Конструкция была рекомендована техническим советом Уваровского химического завода к внедрешш. .

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Проведено аналитическое исследование механизма формирования завесы, образуемой падающим с подъемных лопастей дисперсным материалом, п барабанном грануляторе-сушилке. Разработана математическая модель завесы,

учитывающая влияние геометрия ессаг» параметров лопастной насадки и барабана, свойств дисперсного материала и скорости вращения барабана на ее плотность.

Проведено моделирование параметров завесы в иасадочном барабане типовой конструкции.

2. Разработана вероятности га модель столкновения дисперсных фаз перекрестно дажкущцхса потоков в аппарате БГС Получены уравнения для расчета вероятности сгсшшоЕгиия капель с гранулами на произвольном участке завесы. Проведено ыодеянрование вероятности столкновения капель и гранул в барабане типовой конструкции для случаев моподисперсных и полидисперсных потоков.

3. Разработана иахецахвчесхаз модель гидромеханического взаимодействия перекрестных погогхо с берабенпом грануляторе н проведено моделирование указанного взаимодействия.

4. Разработана модель росте гралул в БГС и предложен алгоритм расчета гранулометрического состава материала после однократного взаимодействия с газогсидкосгаым потопом с учетом кинетики сушки капель в свободном полете

5. Проведено моделирование процесса гранулирования и сушки в рабочем объеме БГС с учетом продольного перемешивания твердой фазы.

6. На основе промдеяяых теоретических исследований взаимосвязанного процесса гранулкроаанпа а сушки разработаны рекомендации по рациональной орпшизацка процесса в БГС в совершенствованию конструкции аппарата. Предлоаеяное техническое решение зшашцено авторским саидетель-ствоы в рекомендосапо к внедрении на Уввровасои химическом заводе.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ с, с, - концентрптия 1-го компонепга текущая и в ретуре соответственно, кг/кг, г -диаметр гранулы, м; О - диаметр барабана, и; р. - площадь поперечного сечения насыпного обьема частиц на лопасти, м3; Р - сила взаимодействия, Н;

- расстояние от оси барабана до порога ссылали«, м; г, - расстояние от ссыпного порога до "центра" засыпкп гранул на допасти, м; г» - радиус капли, м; Об ,Оа - углы наклона барабана п сстествапюго откоса материала соответственно, рад; е - порозность насыпного слоя; Аф- угол мекду лопастями насадки, рад; V, и - скорость газоаидкосгаого потока и гранулы соответственно, м/с; - фушаш!' плотности распределения для гранул и капель ; о -

скорость вращения барабана, с'1; АЬ • среднее расстояние мекду траекториями падения соседних частиц, м; П(у,х) - плотность завесы; Р(х,у) - вероятность столкнове: !ия; т - масса, кг, I - время коэтекгв, с; р - плотность, кг/м3, р- коэффициент запшшеаня барабана; Ь - фушащя распределений рстура по дшше

барабана, гЛ(с), , 1у - удельная объемная мощность псчерпывешш материала лопастями на образование завесы и потока грзнуштта из завесы, с".

ИНДЕКСЫ

к - относящийся к капле; пг - относашийся к газогшдкоспюму потоку; ж - относящийся к гсидхости; р - относящийся к ретуру; х, у - х и у компоненты соответственно.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ГОЛОЛЗШО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Долгушш В Н., Будашев В.И., Хабарова Е.В. К определение плотности завесы в барабанной грануляционной сушилке. - Тамбоз, 1987 - 3 е.- Деп. в ОНИИТЭХИМ, Черкассы 10.09 87, К» 451-хп-37.

2. Долгушш ВН., Будаицсэ В.И., Хабарова Е.В. Моделироваш!е завесы в барабанной гранулацноязгой сушилке // Хин. п пефт. нглшпюстроенне. -1990,- Да 2,- С. 4-6.

3. Хабарова Е.В., Долгуннн В Н., Борщев В.Я. О взаимодействии дисперсных потоков в барабанной грануляционной сушилке // П науч. конф. "ПТУ: Тез. докл.- Тамбов, 1995,- С. 120.

4. Борщез В.Я., Долгушш В.Н., Хабарова Е.В. К расчету кинетики процесса в барабанной грануляционной сушилке (БГС) // Проблемы хишш и химической технологии: Тез. докл. 2-ой региональной научно-технической конференции. - Тамбов, 1994,- С.87.

5. Долгунин В.Н., Борщез В.Я., Хабарова Е.В. Моделирование кинетики процесса гранулирования в барабанном грануляторе-сушилке // Математические методы в химии и химической технологии: Тез. докл. школы молодых ученых при меэдународ. конф. - Тула, 1996. - С. 144.

6. Хабарова Е.В., Долгушш В Н., Борщев В.Я. К расчету вероятности столкновения капель пульпы с гранулами завесы в аппарате БГС // Вестник ТГГУ, 1995 -Т. 1, № 3-4.- С. 304-310.

7. Долгушш В.Н., Борщев В.Я., Хабарова Е.В. Моделирование процесса гранулирования в барабанном грануляторе-сушилке (БГС) // Химическое и нефтегазовое машиностроение, 1997 - № 4.- С. 7-11.

8. Хабарова Е.В., Борщев В.Я., Долгушш В.Н. Моделирование взаимодействия двухфазной струи пульпы с падающим потоком гранул в аппарате БГС. // Ш науч. конф. ТГГУ: Тез. докл. - Тамбов, 1997.- С. 148.

9. Борщсв В.Я., Долгуннн В.Н., Хабарова ЕВ. Моделирование взаимодействия газожидхостного потока с падающим слоем дисперсных частиц в баг рабанном грануляторе-сушилке //Проблемы химии и химической технологии: Тез. докл. 4-ой региональной науч.-техн. конф. - Тамбов, 1996 - С.84.

10. Математическая модель процесса взаимодействия компонентов трехфазной системы в барабанном гранулаторе-сушплке/ ЕВ.Хабаров О.О.Иванов, В.Н.Далгушш, В.Я. Борщеа // Тр. молодых ученых и студенгез ТГТУ.- Тамбов. 1997,- Вып. 1,- С.26-30.

11. Борщев В Л., Долтушш В Н., Хабарова Е.В. Математическая модель процесса взаимодействия гранул материала с распыляй ой пульпой в барабанном гранулэторе-суишлкь //Мстеиатачесже методы в химии и химической технологии: Тез. докл. шкалы по моделированию автоматизированных технологических процессов при мег^дународной конференции . - Новомосковск, 1997- С. 35.

12. А с.. 1545048 СССР, МКИЗ ГСб В 11/04. Сушплка-гранулетор/ ВН Дол- . гушш, В.Я. Борщев, А.А. Уколов, Б В. Хабарова п др.- 4 с.