автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Влияние на циркуляцию частиц в псевдосжиженном слое погруженного тела и неравномерного газораспределения

А - ГОСУДАРСТВЕЯНиП КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Р? <> иЛ ■ ' • ПС ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

и " ' МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ академия

ТСНКОЗ АП1ЧБСКОЛ ГЕЙШСПШ им.гл.ь.ле- 'СГОСОРД

ИСЬЕ'.Ш Раф.ил Гьвоакч

ВЛИЯНИЕ НА ЦИРКУЛЯЦИЮ ЧАСТИЦ В ПСР.ВДООЖЕКШ! СЛОЕ Г ГРУЖЕННОГО ТЕЛА И НЕРАВНОМЕРНОГО ГАЗОРАСПРГдаШ5Я

05.17.08 - Прзцо.еси v аппар'«и химической тйхночогия

-' ¿-г

. : • . ■ ' Л 3 Т С Р 3 <Ъ Е ? А Т-диосртацик, ПрЗЛСТППЖ'ШОЯ на сокс.^тав учено? СТ<-:1'-:П

кандидата техтыеских тук

■ !.!Г>'С!1'вя - 1С-93

Работа выполнена в Московской Государственной Академии тонкой химической технологии им. М.В.Ломоносова и Тамбовском филиале Института прикладных проблем коррозии (г. Москва). •

1V-'.-, • > ■■

Научный руководитель - . " \ .

доктор технических наук,'- ";. •

профессор . V Концуков Н.Б,

■Официальные оппоненты.- . .

' •• доктор техкическвх наук, . '. .'<

. дрофе с сор ..»•,.;'.': Носов Г. А. .

. кандидат технических наук Стельмах Г.П.

•' • шцужая организация - Ю ШШЮтром ям. Н.П.Будиикова • {

п'г;

Г1'

( ; Защита состоится,декабря 1993 г. в час на за-'

'/^/оедаяяи смидализированного,совета К063.41»02 при МИТХТ им. .• М.В.Яоыоносовя (119571, Ыооква, просп.:Вернадского, д. 86) в

оуч. ;

■ С диссертацией можно ознакомиться/а библиотеке Академии .'

(ул. М.Пиротовокая, I). ■ . ' -; у' '■'....}■'■■

Автореферат разослан ноября 1933 г. , ;

;; Ученый секретарь • .Г'. сцецйаЬш яро ванного: совета,

кандидат технических наук ' • , С.П.Наушнкав

-''-Л/'' '.'•'-, .'•'-:.

ОБЩАЯ Х^АКТЬ:.РИСТИКА РАБОТа

Актуальность тек». Обширный опит применения ?ех«;:ки поек;о~ оаизкеийя в промышленности покаэивоот, что пальне14ыве совершенствование технологических процессов сдерживается во многих случаях слабым знанием гидродинамической структуры псевпоовиженного слоя,, и ее перестройки с изменением скорости газа, начальной высоты слоя, диаметра составления его частиц и т.п. Соэрзделние аотодч расчетов „. реакторов о псевдоожиженным слоем, .как правило, tie утятыввмг fco-йлкпсвспяя при oupeiuueirnu:: условиях областей локальной циркуляют частиц слоя (очагов кипения), ¿о&иикковояие ж? очагон кинышя л печах обжига сульфидных материалов приводит к снижению эффективно- j сти работы реактора и ухушеению качества целевого продукта (Зак M.G. Обжиг в кипящем слое, ü сб.: "Псевцоожиженпв" под ред. Айнш-теина В.Г. и Баскакова А.П., "Химия", 19&I, с. 189-212). С другой сторони, р-'р^боташшй КГИ им. Ф.Э.Дзержинского эффективный я яко~ логически - -отий способ саиганик низкосортного твердого топлива реализуете.-; только при существовании в слое очагов кипения и их ликвидация приводит к шлакованию топки, росту потерь теп;,а с механически;.: и химическим недожогом (Т-ижаков A.B., Нючев А.м>. и ар. • Обоснование схемы ежлга.чия твердых тошшв на фонтанируюцей решетке// Электрические станции, L9SÜ, А I, с. 34-38).

Для расширения представлений о гидродинамической структуре псевцоожижекного слоя необходимы прямее исследования движения его твердой фазы, которое освещается ъ незначительном количестве публикация. ' . ;

Б известных раоотах движение частиц изучалось в свободном слое ; при равномерном входном газораспределении. Большинство у.е реакторов с асенцоо'гяу.епннм слоем содержит погруженные теплообменьые устройства или вставки для регулирования скорости протекания реакций. Формирование неравномерного входного газораспределения, кьк

• . 4

.у ■ • ■ ' • ■ si ■■

доказано неоднократно, является сродством интено,локация проц^о-соз переноса в псевдоожиженном слое. ' '••'.•-''•.'.'.

тЛзу-юкнп дгижекия частиц в слоях при неравномерном входном гэуораспределении или содертшх погруженное тело расширяет представление о физике внешнего теплообмена, позволяет оптимизировать конструкцию теплообменник элемектов и аппарата оо слоем в целом.

Цель саботыf Целью работы является повышение эффективности протекания химического и «риэического взилдапе^стьия .мааду составлявшими иоевдоотлженяый слои компонентами на основе изучения.особенностей движения твёрдой фис?га сто о в зависимости от способа входного газораспределения и наглтия в слое погруаеняого тола.

Научная ^озиьна./ Вперсие показано влияние входного газораспределения и погруженного тела на дгюгение твердых частиц в пеэв-доожикениом слое. Доказано существование очагового кипения в слое при определенных параметрах псевдоожижеяия (начальная высота олоя и чис.:о псевдоожи*ения) вне зависимости, от способа входного газораспределения и нали шя в слое вертякально погруженного тела. Установлена физическая- сгязь перехода слол к pe:wy очагового кипения о параметрами псевдоокикокия в зависимости от способа входного газораспределения и наличия* 'в слое погруженного тела. Детально изучзпо движение.частиц вблизи погруженного цилиндра,и предложена уточненная физическая модель внешнего теплообмена, учитывающая существование очага кипения (приповер;сяостноЯ зоны) вблизи погруженного тела, Предложена аналитическая зависимость для расчете скоро-. сти движения частиц в приповерхностной зоне и времени пребывани.: частиц в ней., " ' : . -

Практическая ценность. lio результатам исследования разработан способ сжигания низкосортного твердого тошшвр, в псевдоожижЕЖном • . слое,-основанный не неравномерном ("выпуклом") входном газораспределении. Этот способ реализован в топочных устройствах котлов мощ-

ностью от 0,2 цо 3,15 МВт (расчетный экономический аффект от внедрения последнего - 40 глш.руб./год в делах 1995 г.). й>гл» гненро-ви в хозяйствах Тамбовской области л республики Йрнм. , ,

Предложен аппарат для сушки термочувствительна* раетеорс» з псевдоогиг.онкок слов.

Структура и объём, робот. Диссертация состоит я: виеденйя, цятя глав, аинояоз я прздоквнил. Объем работы 1би ступиц основного текста, 60 рисунков и 4 страниц ЩлыохваиЙ. Би^'^люг ссоглржк'.' 75 най.'.зпогзп^й. . '

Автор защиаает: указанные новые научны« результат!/ а^яли»« экспериментального исследования, з также предложенный метод расчета внешнего теплообмена в псевцоожиженном слое. I. ЗАДАЧИ • ИОС-ЩОВАНИЯ И МЕТОДИяА ЗКСПЙг'ШБНГА. й соответствии с установленной целью бшш сформулированы, слоаулцяе " "соледовзнпя:

I) Ис< -опать движение части в свобопком псевдооятагенном ело8 и установить фиэичоскую связь перехода слоя к релизу оптового клпоняя с параметрами псевцооаииженпя.

¿) Исследовать движение частиц в слое, содержащем верти/ольно погруженное объемоустойчивоо газонепроницаемое тело,

3) Исследовать влияние неравномерного входного газораспределения на движение частиц псевдоожиженяого слоя.

В представленном исследовании проведена полная обработка первичных экспериментальных ценных, полученных по идеям, под руководством и при участия ц.т.н., профессора Концукова Н.Б. и инициатора ,

работ, д.т.н., про^ссдря ¡Френкеля л. И. с научными сотрудниками

ТИХМа Пихайляным В.Ф. и Матвеевым О.й., которые по совместному согласию передали автору настоящей работы первичные материалу опн-тсв изучения двияония мргнитсмеченной частицы в псевдоожиженном слое. ■ ■ • •

В указаниях опытах, движение магнитоьйченной частицы в слое

частиц алюмоснликатного катализатора 130 кг/м3 ; d^ =2,5 +

+ 3,0 им) научалось в цилиндрическом аппарате внутреннем диамет- ' > ром I) =172 юл, выполненного из акрилового отекла. Использовалась, газораспределительная решетка из слоя чугунной дроби, зажатого , мзжду перфорированными листами и разделенного концентрическими, отельными перегородками на две секции. Шсота слоя дроби в каждой 'секция менялась, что позволяло формировать;

' I) равномерный входной профиль скорости газа,- высота слоя во ,::'9С8Х секцккх решетки одинакова; '■ .. •• V . • 1 -

■ 2) неравномерный -выпуклый - профиль скорости газа - высота гдоя дрсбк » цв.нтрахьиой секции (диаметром 40 им) решетки умень-., ,шалаоь так,что скорость газа на входе в слои в центре аппарата ! ;'бнла'й -2 ра^й ^ше, чем на перафераи, ' . / > ■ '

. i Число -по9Вяоо*иж<шия менялось от 1,5 до 3,5 ; начальная вц;/; Обта слоя - от 0,25 цо 1,03) . .'-', ' • / ',' ■'.'--,' : ' , Для олежшшя за дахчштомбченной частицей использовался чувст-1 вител1)ннй трвхкомпонентний феррозондовый магнитометр, функциональ^ , н'а'я ахеш' которого включала • «агниточувствительный. датчик,' сигналы;' ,от которог?; в виде амшхйтудио-моцулироэашшх^.колебаний подавались

-на, из'Йдрате^нцй усилитель, 'а затем-- »а синхронный детектор. :Иос- « ; ле. детектирования сигналы поступали на интегрируйдай каскад в реги- . ' , (стриру!адю,аппаратуру '(ХЕмичесмя промыилеикостЬ, -1934,: Jt;4,: о. 243),.'! ■■':"|1агшточ^ртЁитёл^'ная аппаратура, состояла из трех трехкошо- , ' - венг№х:;уагщ1том0Т,Р,ов,- каждой. из которых изыэрял. соотБетствувдйе '. ; час?ицы' к был'раополохенвнё' аппарата' :: ,|

'."•'.'' о псеййоожикенйыи слоач. /<• , '.г.'л';--. •' !

■ '^^иитомоченная .керообразная; частица била' подучена путем спе-■'- кония цоляпропклена 'я ферромагнаткого порокка так,' что'ее магнсгт*- ' шй-'равеэ'-pi W«& масса и -размеры -такво ¿е,.' как и

..у обтйлышх частиц, слоя. '• ' Г. i.;;-'-'- г*-~ - ■:,,'■

Шходвие сшп^ла магнитометра свмголучвйнк onv'«orp¡i«M ■ H-II5 регистрировались на фотобзигаге. Опытные дшш;» '-'¿i --¡бат^ь« iiov, hbwk на эк-*. Длительность наблюдения за ча«тяце£ е kus-iom опито определялась по методу, предложевноиу Прохоренко L'.'i. (IUI. 19U4, т. Alii, ¡í 5, с. 79c-Vt?ü).

ТТртасе'/ перемещения "частины1 по вертикали (Z\ L,j и но радиусу (спятая цг-нтр.а пяпзр&та) слоя - R (-t) - pare:: vi 'ла&г.ът. как''случайный продесси, стационарные в.узком смысле (т.к. какцый с ант яропопило* tífee ^¡.-.ünorsz xsaeznrrs в«ят»в1"ягний ня Чзлй: ..

сулить о поведении частиц в слое по движение одной частица необходимо, чтобы длительность наблюдения за ней или длина реализации Т случайного процесса была в два раза больно зффектквного времени корреляции, численно равного Площади под кривой' нормированной кор-. реляционной функция процесса ft ("t) или Н (t). Нами установлено, ,; что эт.ч : пель 'мачс:ягалънэ Яри 1!о=1Ь ; .пля случало-'

го apouo ft (t ).

Гасч'яаяя длина реализации до пуль бить ее тне-е V8 с, а фактическая была не меньше I0Ü с; осибка в определении координат частица не превышала

Состявлдицие вектора скорости частицы определялись методой . численного ди££зр;енцярряа1шя.при интервале дискретизации оощшгаг- ' psiM 0,2 с.' Э»в- '»елйчияа бралась аз расчета, чтобц.на высокочастотной аолугар.тонаке осциллограммы ю.еть 3-4 значения случзГшо-. го процесса, а ход саь-ой осциллограммы между этими значениями бнл _бы линейкам. - ... . '.,'.,' ••''.■

Па полученное :.uoi?>íTf.e значений состазляюгюг вектора скорости и декхоро перешцзаий г-ечонноЛ частица строились:

оценки плотности р ютрцдмкшда. частиц по слоя

оценки плотности распределения частиц яо высоте слоя; . оценки плотности распределения^ значений Ул я V2 частика.-

...2,. ЩЛЪ'ШЮиИСШЮВАШ ДВИШД1Я ЧАСТИЛ В СЮЮЩЮЬГ "

ПСЩООЕИЖШОМ СЮЕ ПРИ РАВНОМИГЩМ ВХОДНОМ ГА50- . '■ . РАСПРЕДЕЛЕНИИ._ '_______

Эксперименты проводились с системным подходом по выбору высот

• слоя и скоростей газа. Особое внимание уделено результатам опытов

: при Ко=£,25Ь, Но*3,5Ь, fío«IТ) и числах псевдоожижения W^I.SW^;

При Ко-0.£ф и y«I,6VK(l частицы совершают медленное цлркуля-доошюе , движение' с периодом 22 с, на которое накладываются резкие . флуктуация вблизи верхней границы. Подъём частиц происходит, как . правило, в центре, а опускание - у стенок аппарата. ,

■ С ростом скорости газа интенсивность циркуляции частиц повышается, а период уменьшается до 14,9 о (при W =2,5 ) и до

4,2 о (при W «3,5 W«p ).

•,"..'• При скорости' rasa V/ «1,5 нахождение частиц примерно рав-• .¿ювероятно е лябой точке радиуса аппарата ¡ при W c--2,5W*P снижается вероятность'нахождения частиц в центре и у ¿тенки аппарата, но повышается в области/ЭО ш <R < 60 ш, а зри в еще бо-

' лее узкой ноне 20 мм <R < 40 мы. Т.е. о. ростом, скорости газа цирку' ляцзя частиц локализуется вблиаи узкого кольца вокруг,вертикальной. !. оси, что может быть объяснено возникновением здесь .очага кипения . дли локального ^оятаяироваякя, ..'-''' ',-

; ' ;. Снишние Но по О^.бЪ приводит к появлению очага кипения 'вбли-йи кольцо со^среднш радиусом 45 мм ухэ при V »1,5 W*P. При Но=> ' «0,25 ]) с ростом скорости газа ^продолжительность .циркуляционного цикла уыртшретоя'от Г>,2 о при V/ «I.&W»* до 2,8 с при We3,5W^

При Но=1 Ъ и V5наблюдается своего родавнутреннее очаговое кипение. Частицы практически не поднимаются выше 90+100 мы

над решеткой,- а их наховдение наиболее вероятно в области ' " ■

■ • _ ■( '.•■■.■.•-..■....' .....i .

'25 мм <45 мм. Foct. скорости газа выравнивает вероятность нахож-

;дения частиц в различных точках слоя, т.е. очаговое кипение исчазе-'

вт. Частица перемещаются по всей шеого слоя, переход.'. ¡¡.;п-сл"°во9 пространство.

При возникновении гезяма очагового кипения ан&ченш \ацваль-пос состоэлятаей" скорости частиц (в очаге кипения) должны ои?ь иа- . :ч. Де1',отвитолы.'о, при Ьу-0.256 е-тшса плотности распределения ве-рчгности значеш;'! дзо? погпороятяойвев вначенив 7«« 0 ми/о, причем, чем выше скорость газа, т.и. чем сильнее вара«но очаговое кипение, тем уже -максимум распределения, т.е. вероятность сообщения частице скорости Ц - 0 м«/о иоьышавчсв.

Аналогично, при Но<=0.6& с ростом скороотя газа от 1,6 до 3,5 V/,,,, , т.е. с появлением и развитием очагового кипения, максимум в центре распределения сужается, а вероятность сообщения частицам \/ц= 0 мм/с повышается. . ' '

С другой стороны, при Н6=1Р о ростом скорости газа очаговое ', кипение вирс-'и-.отся и вероятность сообщения частицам скорости IV,, | > 0 мм/с '.ОЕЫшается.

Анализ оценок плотности распределения вероятности значений V» показал, что движение частиц по вертикали представляет собой су- , , церлоэицию случайного я детерминированного процессов.

Случайный процесс, как показа анализ траекторий движения частицы, связан с флуктувциями частиц под воздействием взаимных соударений, взаимодействий их гидродинамических следов и т.п., .когда чао-тиш перемещаются на расстояния до 15 ш и приобретают относительно небольшие .скорости (на оценках плотности распределения вероятности , значении Ч, этим скоростям отвечают максимумы с модой при Чг=0мм/с).-Под воздействием газовых пузырей и их'гидродинамических следов 1 застили участвую в детерминированном циркуляционном движении. Зто-.1у процессу отвечают два крайних максимума оценки плотности распределения по у Скорости, соответствующие этим, максимам, есть шявороягнейшие скорости "свободного пробега" частиц при их подъёме г опускании в одрку/^вдопном контуре.

;

С увеличением скорости газа скорость "свободного пробега" частиц изменяется следуидал образом:

при Ho=0.25D скорость "свободного пробега" вверх возрастает . от V, -(60+ SU) мм/с при V-l^W^p до \£=<80+1б0) т/с при V = «=3,5 V/«,, , а скорость "свободного пробега" при опускании увеличивается от % = -(60+ 80) >ш/с при Vv'eI,5Víp до -(60+ 120) мм/с при W«=3,5WKp ;

при HoMD.SS скорость "свободного пробега" вверх возрастает от \ = (40 + 60) мм/с при W=I,bW«,, до V¿ *(8С + 120) мм/с при W « =3,5 Wkp , а скорость "свободного пробега" при опускании увеличивается от Va= -(40 + 80) мм/с прц V«= 1,5 Wkp до Va= -(80 + 120) мм/с при W =3,5 Wkp ;

при HoeID и ' W*2,5W*P флуктуации оказывают определяыдее . влияние на поведение частиц; при V> 2,5 W*,, скорость "свободного пробега" частиц вверх увеличивается от N/¿«=(60 + 80) ж/о при V » =2,5 W«p до У, »=(80+ 120) мм/с при W=3,5W»P , а скорость "свободного пробега" частиц при опускании увеличивается от Va «= -(60+ + 80) мм/с до (80+ 100) мм/с. ,.

Таким образом, переход слоя при равномерном входном газораспределении в режим очагового кипения зависит от начальной еысоты слоя. При Но < II) рост скорости газа приводит к образованию очагов кипения, причем, чем меньше Но, том прл более низком значении числа псевдоожижения образуются очаги хлиеиш. При Но ^ 13> рост скорости ' газа, наоборот, улучшает перемешивание частиц слоя и ликвидирует очаги клпенкй. Образование гле очага кипения означает умеяьввние значений радиальной, составляющей скорости частицы и увеличение ее вертикальной составляющей, ухудаение перемешивания частиц в слое., • Существование очагов кипения подтверждается опытами Б.В.Рёп-ницкого, Н.И.Яуклна, Л.И.Френкэля, Whiieh^ad А.В. о сотрудниками., причем последними установлено такое же, как у нас влияние ьы-

соты слоя на образование очагов и перемешивание чзстиц в них.

¡1.15.Прохоренко, Ч.К.Тагапозым, Н.ИДукиным получены f5j.nr,кие по форме к нашим оценки плотности распределения по Уд и V*.

¡¿ино ответить л количественное совпадение с результатпг/и А.Н.Кэрнилаева, полученного с теми, что и у нас частицами в таком же аппарате: при Ко=0,£5Ь и =12,5 ;.:м/'с (у нас

\/г-50,7 им/с) ; при Ко-0,;:1Т) л У/=Г;,0У/,р Уг«83 юд/с (у пас при V/ =-2,5\Л„ мм/с) ; при Ко =0,51) и =

=83,5 ил/с (у нао \'л=22,7 мг/с) я т.т.

Все это подтверждает корректность г/.агьитокстрятесгсог'о гвтодв исследования движения чест:щ псявдоожи..;ен1гого слоя.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЖ0ВА1Ш ДВУЯЖ7ШЯ ЧАСТИЦ 3 CJ.CS

_С ^РТИ^ЪНО ШГР СШШ цИМЩРОМ.__

Выполненный из нержавеющей стели цилиндр диаметром 40 мм со . скругленный нижним торцов был установлен аа оса аппарата на зысс-те 10 мм над решеткой.

Исследования Н.И.Сырог/ятнгскова я З.К.Королева, а также П.Ь. Конлукова и Л.И.С'ренкел^! показали, что вбдлзи вертикально погрумэ-ч-ного тела формируется особая приповерхностная зона, псрозность ко-то;о'1 выше лорозностя остальной части оься, а скорость газа в это5: зоне гыше окоростл газа в ядре слоя.

Очевидно, этот высокоскоростной поток газа, зарыващи2ся иг-лод нижнего торца тела при ¡!о=0,51) и эастагляет час-

тицы, находящееся нэ расстоянии до 45 мм от его образующей перемещаться к цилиянру, а затег: отбр^ачвает яти частит от цилиндра к отекке. ¿оадоьстяле отэго стог остлого лоток.-: обеспечивает повыые-няе иедоиодгга лахо:кч£НИ;: частиц ь кошевой зоне 20 м». < й < Сч% в сравнении с область?), огрэдтошивк й? 65 ..и к стекко'! ашярата.

Рост скорости газа до 2,5'V«* при По =0,5 В доэ.жет вероятность нахождения частиц в кольцевой зоне 20 мм <й < 50. ш и резко

.-..•■•-■■-• ' „ 12

у- ■ ' ."•'.•'.••'.' '.';''

■"■ (в сравнении. о: режимом при Но<=0,51) ц V/,) сшжает вероятность нахождения частиц в области 50 мм. Частшш в основ-Н07.5 поднимаются в упомянутой кольцевой зона ; выбросы частиц у ' стенки аппарата редки,, -

^ Дальнейший рост скорости газа до V =3,5 способствует повкювншо вероятности, нахоздекия чаетдц в приповерхностно]) зоне ', (20 '-т '< К -с 40 км)., - где; практически; локализуется'. цодьёмио-> опускное движение.частиц. Причиной образования приповерхиоотной зо-• ды ^ локализации движения частиц в вей является, на наш, взгляд, об*>. нартенный В.Н.Королевым и'Н.И.Снромятняковым поток газа, проскаки-варщий вдоль поверхности цилиндра без отклонения от нее.

Мэьно говорить об образовании в приповерхностной зоне очага "кипения или области локалъного .фонтанирования, т.к. при Но=0,5В и V/.«Э.ЬЧл/ир наивероятнеЁше& значение ;,У«-0 т/о. При формировании ■ этой зовы (при V*/ ) скорость перемещения частиц к цилинд-

ру и от него равна У л » (80+120) мм/с, причем вероятность сообщения члстидш,! отрздательньа • ачоростеЛ из этогсС диапазоне, примерло в две раза выше, чем полоаителз>ных, т.е. более вероятно двяже-( нпе чоотиц к далкндру, чей о? него.

С ростом скорости 1газа от 1,5 до 3,5 V«/«, при Но=0,5Ь окоростц "свободного пробега" пр^, подъёма я оиуоканаи частнд увешивается' от *(4С*ео) мм/о до V, «--(60+ 140) ш/с и от Уа = -(60+ 100)т/о

' 'до *= -(100+160) ш/с, соответственно. ;

• Образование очегов кипенил уменьшает длительность подъемко-оцусш'.о^о дат.йт .2.,74 с до ,1,52 с, ' ;" \ ■

Снижение начальной высоты слоя приводит к образованию очага "кипения в приповерхностной роде .'ара более'.яиакюс скоростях, газ^ Так, при Р.о-^0,251> уже при V/ «4,5\\/«т движение чаотиц локализует^ сд в лридовер&юстиой года; толщиной 10+.15 мм,: В' этой зоце каблю- ; деется, очбговор кидокие, т.к. при ХА/^Й.бЦ^ , уаиверояткейлео «на-:

гз

no/me' V¡> —О мм/с. При формировании приповерхностной зоны (при \J <2,1 Ыс«> ) íK'po»m'ocii, &Bas.3«."ti v«cmc. -.^яиепко.а

Чйа !/.:. * ~¿k¡?, от него. .Эк» висказиг.:.^ лу/.» «ßc<f-

реиш;к- части елол гч. uílv п_гс-vn;.':.: тотото",

вдоль «алиняра.

Образование очага дгаънш зрхвощк цря ílc<=0,2SD и со:ср -л ■ иодъ^мьо-опускного цикла 'с'Г,82 c-itb 1,5 с, a скорости. n.cso6ona>\- ¡ пробег«" ЧАСТИЦ при шдьёмй И опуакзнал С Í-OCTOJ.; окоростг. ,T»3¡: . дачаиштся от V* =(80+120) ш/с'до Va« (100+ 160) мм/о и ох Va -= - (40 + 100) ш/й до ~ - й?С + 1£С) ил/с, cooTBeTc-taéiáio. ■ '

Пш Ко-IB и скоростях raaa V/>2,5 W*» дэженяе частиц локализуется вблизи цилиндра (на расстоянии 10+ 20 ш от него). Но вероятность нахождения частиц в области R>50 т при Но=11) и V/выше, чем при той же скорости, ко Ko=0,5I)' ,T.s. в s-j-саг.ои слое (Но=1Ь ) поток газа, форкйруицйй пргшоверхвостнук зову, рказывбея ¡«шыив© эя&ктярущее вослацота^- на частили, чем я вязко» слое.

Характерной особенностью двкисшл члг.гпц в сл:'о с .irr :»>*..•.. является локализация их иешеит в oí льсти Н $ Ко, хотя л г,-г.: даиения при вьбросая чйстмцу достигают с - -1Яс.

Такал образе», установлен кзхэлком сс?«.гоаегшл ппоъь-1 ной зоны я ее 83вимодвйо«ь4Я с. ядром СЛОЛ. ЭТЭ ЗСК£

блаодаря ?«л»гвру1у,еку пбз-ойстгто газового потоке, движущегося 1

вблязй цы^ццра,. í/j-'стем с ¿«ото» скорсотк i»rot am стг°с.....

,оя причиной ухудавяия обмена частиц между приповерхностной scaoi: н ядром слоя.. Рост .начально2 висота слоя прег. ггетвует локализаций чаегкц е адь;'.>;«.рлоССWjC* .-с»^ я р£-¿i;;i'n::: ркпяепя.

л. реодътуи jggjsiiCB^q,двязгщш. часгкц в сюбсдрж - -,, ■ оюв ПРИ ю,?А1г;о?1Щж jt^-^F^TÉ^W..

При KÓ43.6X) при относительно няздих сдорос-гях rasa ejö кцео-

сЛ 1 14

косксросткой поток 203действует, в оспорю ,;, 'на центральную част*» • слоя (10 ¡л: <Р <Е5 км), где образуется внутренний ;|онтля, "шалко" которого располагается в области 45 км < Н < 130 мм.

КаиверсятнеПиее значение \/й-0 км/с при Но=0,ЬЬ и V =1,5У^,

в центре елок имеет место очаговое кихенле. Наиболее вероятная скорость "свободного пробега" частиц при подъеме Уг^(60* 1Г.0) мм/с, а при опускании - V* = -(60 + 120) и/с.

Рост скорости газа до повышает вероятность нахождения

частиц ъ6xzi.ii стенки и снижает вероятность их нахождения в области

Ко (т.е. слой исы»-ается").

Длительность лодъёмно-опуеккоге цикла зозрастяет до 5,1 с.

Зона поцъёгя частиц не фиксирована, как при очагово..! кипении, а мигрирует по поперечному сечению слоя (подъё?.: возможен как у стен-' 'ки, так и ближе к центру слоя). Поднявшись, частим долгое время мигрирует вблизи Н-Но, совершая крупкомасштебные циркуляционные дккекия от центра к стенке и обратно. К стекке частицы перемещаются со скоростью V« =(80+120) ю/с, а обратно - сс скоростью =Ш+-80) ;.;.:/с. Отмечается выравнивание вероятности сообщения частицам различных значений Уг, что может быть интепретировано движением слоя, как единого целого.

При Ко=0,5Ъ л V =3,Ь У/*,, четко прольется ььпагкиванпе распределения гастац по радиусу, относительно' режима при ,

а вероятность нахождения частиц б области И>Но снижается (т.е. слой "'снимается"). Зоны подъёма мигрирует, ©длительность поцъёы.но-оиускного цшо1& увеличивается до 6 с. вблизи Е=Но частицы совершают резкие перемещения от центра сс скоростью \4=(?С+120) ш/с, в обратно - со скоростью Ч)=(0*-&0) мк/с. Сообщение частшем различных значений Уа равновероятно, т.е. слои циркулирует как' единое целое.

Скгосетае начальной высоты елок до 0.251) способствует ликви-

дации очагового кипения при меньшей скорости газа. Так, при Ко= =0,25Х> и W=I,b\V«f частицы примерно также распределена по радиусу, как при V=3,5 V/«,, и iio=C,5D .Дальнейший рост скорости газа с.юсоо-стьует цошеению скорости перешивная частиц в ¿«дальнок направлении до Va--(160 + 180) мм/с, при этом вероятность нахождения частиц, у стенкк аппарата несколько повышается при сяну.ешш вероятности их нахождения в центре аппарата.

Обращает на себя вшшшше цкисх равно:: вероятности соооаснкя цастэдсм скоростей йз диапазона (-i^0)< М, < ¿iL т/с. Данный факт интерпретируется нами движением слон как единого целого.

При Но=1Р очаговое кипение наблюдается вплоть до V/=2,5WKf . Это подтверждается теш фактами, что при 2,5W«P нанверолтной скоростью является скорость V«-0 ¡т/с, а веронтность нахождения частиц в кольце 20 мм* R 60 т выше, чем э остальном слое.

При V=3,5V/,P повышается вероятность нахождения частиц за пределами указанного кольце. Наблюдается циркуляционное авгленкв частиц в радиальное направления со скоростью 0 ^ V* < 4С ы.;/с и V* = -(60+ 120) мм/с. Слой движется как единой целое, т.к. при ■ W =3,5V/«p вероятность сообщения частицам сйоросгей из щип^зона (-140) < < I4Ü мм/с одинакова.

Таким образом, устано&сено, что влияние неравномерного вхог-ного профиля скорости'газа на структуру псевдоожи^енного слоя зависит от величины Но/В . Ысли Но/Ь> 0,5, то Прл \'/<3,5W«f наблюдается очаговое кипение, если Но/Ь< 0,5, то очаговое кипение не наблюдается. Наконец, при Ho/D =0,5 и Wi I,5W«P имеет „:есто очаговое кипение, которое исчезает с ростом скорости гээа. Ликвидация очэ1ч>всго кипения означает белее равномерное распределение частиц по" радиусу ",лоя, циркуляцию слоя как одно целое, "сжатие" слоя, т.е. снижение расширения слоя и, в цело;/., явтеиедячз-цив в нем кежфазного теплообмена. .'''.'

5. ТОПОЛЬЮЗШЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССИуТСВлНИЯ ДВ!ЬШ1Я ЧАСТИЦ В ;CJ.PS ДЛЯ :-ТОЧКК1ГЛЯ -ЖИЧЕСКОл МОДЕЛИ вгшаго ТКШДОБММНА.

Известен ряд моделей вкашего теплообмене, в псевдоскюшзнном слое, сводяшдх основные его■ особенности к факту существования зонд яовакенЕой порозности (газовой прослойка) у теплообменноЬ поверхности (моде;,"й, предложенные, не пример, профессорами Вор-одулей В.А, или. АнтоеегрИным Н.Э. с сотрудниками). Такая цвухзониая модель ' вад) него теплообмена (первая зона - зоия ловыьеиной полезности и вторая зона - ядро слоя) исходит из. физических предпосылок, не полна* стыв учитывающих гидродинамику слоя у поверхности.

Двухзошшя модель теплообмена не иокет объяснить почему с ростом скорости газа при монотонном уменьшении. времени зкепозициц частиц У поверхности интенсивность теплообмена тело-слой вначале возрастает, а затем резко убивает или почему (по' донник О.М.Тодесу о.ростом скорости'газа температурный градиент поверхность-слой адц чале уменьшается, а затек резко возрастает.

-,'. Привлечение результатов исследований движения частиц.в слое ц ' цилиндром позволяет внест : некоторую. ясность в выше названные год* ' росы. '

Известно из литературы, что для частиц алнлосиликатиого кйта-: .лазвтора (=2,5+ 3,С та).в диапазоне числе псевдооаишшия от до 4,0. ксэо/Тшдант. теплообмена:тело-слой достигает какекмука, а ;; затем слабеет. 3 этом же диапазоне скоростей газа происходит образование очага кипения в приповерхностной зоне, в которо.Н затру)) нвн обмен: частицами с ядром.. Образование этой зоны может слукить • .причиной экстремальной зависимости . оС от W . .

, ' ■ Малое время пребывания частиц в ядре слоя дозволяет предп'оад г.ить, ' что в приповерхностной зоне л ядре слоя теплообмен между -:.'• газом и частице носит нестационарной харе-тер. •

' . . Ю.И,Бикдером. предложено оценивать интенсивность, теплообмену

- 17 сГТ

мел ну частицей и средой в псевдоокияенном слое величиной 17 «= ——- ,

& г..

(где сГТ - перепад темпоратур теплоносителя (газа) ; лТ„ - заданный. » грагсгшых условиях телперагуршй йацэр) и доказано, что вырежегг-ная тш(им образом интенсивность ксафазяого гс-шюобменч яв.тагтел убн-ваэдей функцией 'скорости газа (Ий, 1366, т.. X, с. 75-1-758).

Применительно к внешнему теплообмену снижение интенсивности ыежфазного теплолереноса в ядре слоя означает н«доасиользопаиие твршчесюхо потенциала частиц, цоподакдих в >що из прап&ргрхиос: -ней зоны. Кроме того, из-за, вертикальной циркуляция част; в ырицо-верхноотной ¿оно в верхнюю е* част*,'поступает чясх.ши уасс ¿зрйсго-" довавшие свой тепловой потенциал в зоне активного теплообмена. Ото обеспечивает снижение о< по высоте погруженного тела.

¿ыбор методов численного олисяняя -теплопереноса от погруженного тела к слою зависит от диаметра частиц слоя и времени их нре-' бывания в приповёрхноотной зоне.;

Рассматриваются два случая. .'

I. Слой составляют мелкие ( <^<Х ым) частшдх али зрвг«« ^добывания их в приповерхностной зоне велико (Роял>0,1).

Теплообмен продставиы протекащим в две стадии: нестяиионаргы/ теплообмен "пакета" честзд я газа в приповерхностной зеке п ппрс-нос тепла в ядро слоя от случайно диффунпяруицих туда частиц, т.е.

'. Л. + а)

•■ к #< ■ •«<» .у ' -"..'■, ••• ■

где о(,« (2)

с<2« (1/6) (I -£)р,с,\/гг, . (а)

При условия постоянства порозноети £ приповерхностной зоны. слоя уравнения гидромеханики псеьдоохикенного слоя, првддож^нпкз' '•• ' й.О.Лротодъяковкм я Чес но котам Ю.Г.,. дмеш влд;

у V с о ■ ■ ■■

- '.у-У ' "у.-' уУ = о ...... ...... )

p(e)(W~7) = о . ( 6 )

. ' Уравнение функции тока твердой фазы имеет вид (для плоской

задачи): .

cP^'s d3<4-s с>/ф i n , 0.

—-—r— + ——— + F its) S 0 (8) dz3 dx'

r„a CM). V/-^V> P^Ps Л2 / Q )

где НЪ)--—--(9>

V/ ^ ----- ; ■ \ -----

dz ¿¡fx .

Проводя линеаризацию первого порядка FY+O- кЦ* получим: 7" У'

T*T*k ;<I0i

при условии поиска в вице;

При условия при 2 =0 и 2 -Н и д предположении, что Ч» '«О при V =г0 и x = Rn.v получено: • :

'V,- <V-V/кр ) Sua Cos .£*_. (.115

И Кол. ?

V<g--(?"> (W~W"V,Co;> Sua ( 12 i

H H R о.л. 1

В работе показано, что радиус приповерхностной зоны и нваве-

роятнейшее перемещение S частица в ней определяются расчетным пу--

тем. Время пребываний частиц в лриповорхностной зоне х «=

s/d&yih

Так как в данном разделе рассматривается случай мелких частиц (Fo«.v»0,1), то рассчитанные значения зреш! пребывания частиц у поверхности сравнивалась с результатами замеров "t telzcr и . Tom ^оп в слое стеклянных частиц ( d» <=^30 ка:). Отмечается удовлетворительное совпадение (с.точностью + 5+ '/%) расчетных и ■ измеренных значений i- в области значений скорости газа. W« 2 (когда для данного слоя, очевидно, происхс-зт образование припо- , верхностной зоны).

; Рассчитанные ко&ффициенты теплоотдачи для случсп,стеклянных

г 19

J & .

t-jüivcx ( eis ='¡40 »km) покэзызакя хорошее л:: совпеаг.саз с зхслегя-иентвльники дишжа Mickfetf я Тrtffing .

П. Слом со сх мы..-.vi крупна HüctH-K. али ьи :ij чбч^ьза в цраиовьрлйоо!uui. зоие хеш) {Hj^ö.i}.

В это;.- случае теллообмон в лршю^рхксмтоЛ яоне к «дре ело--взвимовевиенш. Снижение интенсивности теллоцьреноса с ростом скэт ¡рзотп гйз-i обьас.'/К'Гс;' T<\V, что lieji!iа.' лс у лд;о Чест/ц:; ко ::rv; расходует; свой термический потенции, как вновь тоэвращиктся в иох.ср=постп7В гоау. .ДЗЙРНЧ wt^f? «»«««О ОНИОЯЦ-» HÄcbotiiio;.. лоОч-XiUisc;; га , учитывающего неполноту теплообмена частица с ядром слоя.

В качестве пржчера проведен расчет коэ^ациента теплоотдачи от вертикального цилиндра диаметром 40 им к слою частиц алтмосиликатно-го катализатора' (cis=£,5 + 3,0 ш), заключенного в. аппарат диаметром D =172 № с привлечением наших данных по времени пребывания час-в сритог-эрлностпой neue.

млея ;ю гевисямостк, Н. ^.Ай'Г'.ылм.'и;^ с < '.-

jyimifcr.« 'it; Фгйо »дел;; »,v>;> тупчячиж у с;.-";.

1-го ро'п.ч - »остояяйбя температура иоп1«рч.31>оЛ ijinw яа гра;:. Hicnepct'oru елок):

где А ~ постоянная межфазного теплообмена.

С ywso« и1?поткоту ?«плооЛче»йз ?'яар*з слоя 7г-""*пг'» СТЗ) io лранлгь ЕЛ;;: _ ,

Nu • 7—4===-; № + Fo».v" -;

Т'йсчст аоктаал, что' значения т> 0,004 + 0,03,

3 tt-rofcj случае, согласно 2, ¿.Антон;«!: ту, А¡¡.

Сраььенк* рисочитониго: по (14) л а&лго*1ннл";Ы i-sr-*

^ении.-.'?/- ßOKÄSiü:a'j'i, что isFovfj» ол;-т£гсоо-х^лхет + причем погрешность убывает с.ростом скорости газа". I ■

6, ыюлы.

1. Про паке но исследование гидродинамики .твердой фазы псевдодиске иного слоя применительно к мохфазним обменным процессам в ;;потеые твердая фаза-газ. { ■ . .

2. Доказана корректность применения магнитометрического ыето-для исследования- двккения твердой фазы псевдоожпженного слоя.

3. Установлены предок значении скоростей газа и высот слоя, которых отсутствует очаговый реьиш псовдоозмиения при равномер-

ч

юм и неравномерном входном скоростно.л поле газа, в том числе в ,.!|Ое о погруженным в него телом.

4. Детально исследовано образование очагов кипения в слое с цилиндром, сооснОы',аппарату. Доказано их образование вблизи погруженного тела (в приповерхностной попе).

5. В широком диапазоне величин скорости газа и мсот псевцо-огихенного слоя алкиосиликатного катализатора найдены значения, скоростей движения частиц в аксиальном и радиальном направлениях.

6. Предложена уточненная физическая модель внешнего теплообмена в псевдоожиженном слое, учитывающая образование пришверхнойт-ной зоны и механизм взаимодействия частиц этой зоны о ядром слоя. Предложена аналитическая зависимость для расчета скорости движения и времени пребывания частиц в приповерхностной зоне. Открывается возможность расчета кинетических коэффициентов-: коэффициента теп- ; лоотдачи от газа к частицам и коэффициента диффузии.

V 7. На основе.результатов исследований разработан способ и устройство, для .сжигания топлива в псевдоокпженном слое, опытные -■образцы которого внедрены в промышленное и сельскохозяйственное производство ; предложен аппарат для сушки термочувствительных • растворов. ■ ■ ' , :

' ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ. ' :' у/ - скорость газа ; сА%, И - диаметр чаотиц а агпарата ; С& , Р* -

.Теплоемкость частицы, плотность частицы; Н, Но - рабочая и начальная высота слоя; Z , R , X - текущая вертикальная, радиальная к горизонтальная координаты частицы; V , Vz , VR , w - скорость чао-тици п составляющие гзекторь скорости част:шц ; р , р* - давление газовой к твердой фазы; ^ - коэффициент теплоотдачи от погруженного тела к опою; Лг - »фиктивная теплолро1ЮД1'ость "пакета" частиц и гайа ; - функция токе, таердои фазы ; £ - иорозность слон; Fo, Nu - критерии Фурьо, Нус'?ельта ; индексы: п.з. - п^пыоперхиос-тнал зоне ; кр - критическая.

, Основное ooaopiujKiiü дясс&ртаюа опубликовано s слегших источниках:

• I. Кондукоь Н.Б., Исьёмин Р.Л., Михалин В.Ф., Френкель Л.И, Влияние погруженного тела на движение твердой фазы псевдооаиаен-ного слоя.// Химическая промышленность - 1984, №4, с. 243-245.

2. Исьёмин Р. Л. , Концухсов Н.Б., Френкель Л.И. Количественная

оценка влияния скоростей движения частиц псездоомиешюгс слоя м-коэффициент теплоотдачи к погруженному в слой телу.// Химическая промышленность - 1989, S I, с. 42-46.

3. Исьомия F. Л. н др. О переводе котлов КЗ-500, Д-7Й1А и "Унипэрсал" не скигшше низкосортных углей.// Промыдаениея энергетика - 1991, № 6, с. 11-14.

4. Исьёмин Р.Л. и др. Сушилка для термочувствительных растворов в псеадоо лш.енном слое инертных'тел. A.c. СССР Я> 1039377 от

30 аареля I9tf4 г. йол. № 16, класс 26Ы7/10, J/I2.

ö. Исьёмин P.JI. и др. Способ сжигания топлива в кипящем слое. A.c. СССР Д 1744371 от 30.06.92 г. Бюл. £24. класс 23с11/02..

6. деньков Н.Е., Фрекхелъ Л.И., Исье..:ин I .Л. Оообенносл! физической модели внешнего теплообмена в.-к«шящвм слое.// Тздло-ывссообиен - M.Vb; секция 5 "Теплообмен в дисперсных системах" -Минск, ИШ им. А. 3. Лыкова Ш БССР - 1988, с. 40.

ыатеснали диссертации догадывались на#Ш и 1У Всесоюзны* конференциях молодых последователей и конструкторов химического масикостроеник (1981, 1883 г.г.); Всесоюзной научно-технической конференции "Хшчтехника-83" (Навои, 1983); Второй Всесоюзной научно-технкчес*»й конференции "Повышение эффективности теплс-5 массообкекных и гидродинамических процессов в текстильной щщ^ ленкостл и производстве химических волокон" (Москва, 1985); киоском Международном Форуме "Тепломассообмен" Шнек, 1988); шм^) ченк в программу .4-го Кеадунаровдого конгресса по хямичсской • технологии (г. ларлсруе, ФРГ, 1ЭЭ1 г.).

Ваказ 217 тираж 100 Бесплатно

Ротапрянтная МЙТХТ дм.М.Б.Ломоносова М.Пироговская ул.д.1