автореферат диссертации по энергетике, 05.14.05, диссертация на тему:Внешний локальный массообмен в псевдосжиженном слое и механизм проникновения газа из надслоевого пространства

р ^ УР^ЖИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ '- УПИ

- 5 ДПР

На правах рукописи

ОСТРОВСКАЯ Анна Вал'ентиновна

ВНШНШ ЛОКАЛЬНЫЙ МАССООБМЕН В ПСЕВДООЖИЖЕШШ СЛОЕ И МЕХАНИЗМ ПРОНИКНОВЕНИЯ . ' ГАЗА ИЗ НАДОЛОЕВОГО-ПРОСТРАНСТВА •

"Специальность 05.14.05 - Теоретические основа теплотехники

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук '

Екатеринбург 1993

Работа выполнена на кафедра теоретической теплотехники Уральского государственного технического университета - УПИ, г. Екатеринбург.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор КОРОЛЕВ В.Н.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор ЛОБАНОВ В.И.; - кандидат технических наук, доцент КУЛИКОВ В.И.

Ведущее предприятие - Уральский государственный

университет, г.Екатеринбург

Защита состоится г. в Л часов

минут ва заседании специализированного совета (шифр К 063.14.09) при теплоэнергетическом факультете Уральского государственного технического университета - УПИ в ауд.

Отзыв в одном экземпляре, заверенные гербовой печатью, направлять го адресу: 620002, Г- Екатеринбург, К-2, УПИ, ученому секретарю института.

Автореферат разослан " ¿Л-^&Ам/ТИ.-1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук, , и у

доцент /. я/1 Р^^ Л.К.ВАСАНОВА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Двухступенчатая схема сжигания газа в псевдоокижэнном слое,"являющаяся Солее экономичной и экологически чистой по сравнении с другими способами, позволяет создать высокие скорости нагрева, а также защитные неокислителыше атмосферы в слое, что очень важно при осуществлении термической и химико-термической обработки изделий.

Структурно-гидродинамические параметры по высоте тела, погруженного в псевдоожиженный слой, неодинаковы, и как следствие этого, возможна локальная неравномерность тепло-и массообмена. Однако . литературных данных по локальным коэффициентам массообмена недостаточно.

! При химико-термической обработке изделий имеет значение не только равномерность массообмена по поверхности тела, но и состав газовой среда в. пристенной зоне. При использовании двухступенчатой схемы сжигания газа и подаче вторичного дутья в надслоевоэ пространство для дожигания продуктов неполного сгорания может происходить проникновение элементов вторичного дутья, и в том числе окислителя, из надслоевого пространства в объем псевдоожиженного слоя и к поверхности обрабатываемого изделия, что нежелательно при проведении процессов химико-тэрмичэской обработки, требующих безокислительной среды.

Механизм проникновения газа из надслоевого пространства в объем слоя практически ве изучен. . .

Выполнение диссертационное работы было связано с планом основных научных направлений Уральского политехнического института и». С.М. Кирова и осуществлялось в рамках Координационного.плана ¿Н СССР по проблеме 1.9.1 "Теплофизика в

теплоэнергетика", раздел 1.9.1.2.5/5 "Исследование гидродинамики и теплообмена в псевдоожккэнном слое" и программы Минвуза РСФСР "Человек и окружающая среда", раздел "Исследование способов управления процессами тепло- и массообмена в дисперсных средах путем изменения гидродинамических режимов", йГР 01840005222.

Цель работы. Изучить изменение^ локальных коэффициентов внешнего массообмена по высоте погруженного в слой тела и исследовать процесс проникновения газа из надслоевого пространства в объем псевдоожихенного слоя и к поверхности погруженного в него тела.

Научная новизна. Разработаны две новые независимые методики исследования состава газа в псевдоожиженном слое с использованием масс-спектрометра и электрохимического датчика кислорода. С их помощью проведено исследование цроцесса проникновения газа из надслоевого . пространства в объем свободного псевдоожиженного слоя и при размещении в нем вертикально расположенного цилиндра. Получены данные та изменении локального коэффициента массообмена та высоте погруженного в псевдоожиженный слой тела.

Экспериментальные данные со гидродинамике и массообмену обобщены критериальными зависимостями, учитывающими влияние режимных и геометрических параметров процесса.

Автор защищает: ;

- результаты экспериментального исследования локального по высоте цилиндра коэффициента внешнего массообмена в псевдоожиженном слое; * ' ;

методики исследования газораспределения в

псевдоожиженном слое с помощью эдектрохидгче схого датчика кислорода и масс-спектрометрическнх методов;

- закономерности проникновения окислителя из надслоевого пространства и его распределения по объему псевдоожиженного слоя в зависимости от режимных и геометрических факторов.

Практическая ценность. На основе экспериментальных даншх получены зависимости для определения локальных по высоте вертикального цилиндра коэффициентов внешнего массообмена, а также концентрации окислителя в объеме псевдоозикенного слоя при наличии вторичного дутья, которые могут быть использованы при разработке технологических установок с псевдоожихенным слоем для химико-термической обработки изделий.

Реализация работы. Полученные результаты использованы научно-исследовательским институтом металлургической теплотехники при разработке опытно-промышленной установки цементации инструмента в псевдоожиженном слое для КВЦ ПО АвтоВАЗ, внедрение которой намечено на П квартал 1994 г.

Апробация работы. • Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Ш Всесоюзной научно-технической конференции "Создание и внедрение современных аппаратов с активными гидродинамическими режимами для текстильной промышленности и производства химических волокон", Москва, 1989; IX Юбилейной научно-технической конференции "Промышленная теплоэнергетика и теоретическая теплотехника", Свердловск, 1990; Всесоюзном семинаре "По динамика пространственных и неравновесных течений юздкости и газа", Миасс, 1991; 1У Международном конгрессе "Strategies 2000", Карлсрух/Германия, 1991; Минском международном . форуме по тепломассообмену, Минск, 1992.

Публикации. По теме ■ диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 156 страницах, в том числе 127 страниц основного текста, включая I таблицу и 42 рисунка, список использованной литературы из 115 наименований, 29 страниц приложений, и состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии и приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ Анализ литературных данных показывает, что в настоящее время имеется экспериментальный материал по величинам средних коэффициентов массообмвна между псэвдоожижонным слоем и погруженным в него телом и практически отсутствуют сведения о распределении этих коэффициентов по поверхности массообмвна.

•В работах, касанцихся перемешивания газа в . свободном псевдоожшкенном слое, отмечается большая роль . обратного перемешивания, основной причиной которого является механическое увлечение' объемов газа частицами дисперсного материала; есть сведения о влиянии . на перемешивание газа режимных, параметров и геометрических характеристик системы. Вопрос о механизме - проникновения • газа из надслоевого пространства в объем псевдоожиженного слоя и .влиянии на этот процесс погруженного в слой тела, что очень важно при организации неокислительных защитных атмосфер в слое а процесса горения в надслоевом пространстве, в литературе практически не рассматривается.

В связи с этим "основные задача исследования формулируются следующим образом:

I. Экспериментально исследовать характер изменения локального по высоте цилиндра коэффициента кассообмвна е его

S

взаимосвязь со структурно-гидродинамической обстановкой вблизи погруженного в слой тела.

2. Разработать методику экспериментального исследования процесса проникновения газа-трассера из кадслоевого пространства В объем псевдоожиже иного слоя.

3. Выявить влияние основных режимных параметров на закономерности процесса проникновения газа из надслоевого пространства в объем слоя и к поверхности погруженного в него тела.

4. На основании полученных экспериментальных данных дать представление механизма проникновения газа из надслоевого пространства в объем слоя.

5. Разработать практические рекомендации по устранению или уменьшению заброса вторичного дутья в слой.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Экспериментальное исследование локальных коэффициентов внешнего массообмена проводилось, о использованием методики сублимации нафталина на установке диаметром 100 и высотой 240 мм. Ожижапцим агентом в опытах служил воздух, предварительно подогретый электронагревателем. Температура слоя поддерживалась равной 55 °С. На высоте 60 мм от колпачковой газораспределительной ' решетки вертикально крепился цилиндрический образец, набранный из 10 таблеток, высотой 10 мм какдая. В первой серии экспериментов 9 таблеток были металлическими, а одна - нафталиновая, последовательно перемещаемая в опытах по высоте образца. Во второй серии экспериментов все таблетки были выполнены из нафталина. Диаметр

образца изменялся от 12 до 20 мм.

Коэффициент массообмена рассчитывался по выражение

я A М R Т /тч

Ру = 5 ц а(Рп-$5) . (1'

г -.

Серия экспериментов по исследованию процесса проникновения газа из надслоевого пространства в объем псевдоожиженного слоя проводилась с использованием масс-спектрометра. В аппарат диаметром 150 мм насыпался слой дисперсного материала высотой 120 мм, который охижался воздухом. На уровне высоты насыпного слоя через 6 трубок внутренним диаметром 4 мм подавалось вторичное дутье - аргон. На расстоянии 40 мм над газораспределительной решеткой в центре аппарата устанавливался вертикальный цилиндр диамотром 20 и высотой 70 мм. Измерение концентрации трассера-аргона в различных точках слоя проводилось масс-спектрометром. Эта методика из-за длительности обработки каждой пробы газа требовала больших затрат дорогостоящего аргона, поэтому систематические исследования проводились с использованием в качестве измерительного прибора электрохимического датчика кислорода. Вторичное дутье (воздух) подавалось в аппарат диаметром 100-мм через 12 радиальных сопел, расположен -них на высоте насыпного слоя, равной 230 мм. В качестве ожижаю -щего агента использовался азот. Для обработки экспериментальных данных было произведено подключение датчика к ЭВМ через блок сопряжения КАМАК.

В качестве дисперсных материалов во всех опытах использовались частицы корунда диаметром 0,12...0;32 мм, шамот dB=o,20 мм и стеклянные шарики d=0,55 мм.

1 ЛОКАЛЬНЫМ МАССООБМЕН ПО ВЫСОТЕ ЩШНДРА, '

ПОГРУЖЕННОГО В ПСЕВДООЖИЖЕНШЙ СЛОЙ Структура псовдоокихонного слоя вблизи погруженной в ного поверхности различна по его высоте. Это должно привести к тому, что м?зссообмон можду различными участками поверхности тело и гпзоьой средой будет происходить неравномерно. Результата серии окспорименгов с одной нафталиновой таблеткой, перемещаемой по высоте цилиндра, показали, что сублимация нафталина происходила неодинаково (рис. I). Максимальная массоотдача наблюдалась в нижней части тела и на высоте (0,7-0,8)ь Ям/Ь

от нижнего торца цилиндра. Когда таблетка находилась на верхнем 50

<0

\ .. V—

V- | Л

1

торце тела, убыль массы с нее была минимальной.

Полученное распределение коэффициента массообмена по высоте тела согласуется с данными по гидродинамической обстановке у поверхности погруженного в псевдоокижэшшй слой цилиндра. Под нижним торцом цилиндра образуется газовая полость, при ее схлашвании газ вытекает из-под торца с большой скоростью, что и обуславливает интенсификацию коэффициента массообмена в нижней части цилиндра. Вырываю -шийся из-под торца газ формируется в пузыри, растущие в объеме по мере подъема вдоль вертикальной поверхности. В мостах отрыва пузыря от боковой поверхности.создаются дополнительные пульсации скорости газа и порозности слоя, возникает локальный очаг поев -

О д2 0

Рис.1. Изменение локальных по высоте тела коэффициентов массообмена от отдельной нафталиновой таблетки (I) и от образца, полностью выполненного из нафталиновых таблеток (2): »=2,5; а =0,16 мм а„=16 мм в

доожижения, что также приводит к повышению локальной массоотда -чи. На верхном торце цилиндра образуется иалка из неподвикного материала, препятствующая сублимации нафталина. Вследствие этого коэффициент массоотдачи в верхней части цилиндра был всегда минимальным.

В реальных условиях обычно имеет место массообмен ыовду средой и телом, выполненным полностью кз одного материала. В втом случае увеличение концентрации вещества в пристенном слое тела по мере движения потока вдоль поверхности цилиндра долкно оказывать влияние на интенсивность массоотдачи.

Результаты экспериментов с образцом, полностью выполненным из нафталиновых таблеток показали, что массоотдача от никней таблетки оставалась такой яе, как и в опытах с одиночной таблеткой (рис; I, кривая 2). Сублимация нафталина с остальной поверхности была меньше и оставалась практически постоянной по всей высоте тела, 1фоме верхнего участка, массоотдача от которого была по-прекнему минимальной.

С увеличением числа псевдоожижения от Я = 1,05 до 6,0 интенсивность массоотдачи с поверхности цилиндра возрастала,так как увеличивалась частота пульсаций и порозность слоя в

пристенной зоне тела. Характер распределения р по высоте

*

цилиндра изменялся. При и = 1,05...4,0 массоотдача от нижней таблетки была в 2,5...3 раза выше, чем от остальной поверхности, сублимация нафталина от которой практически оставалась постоянной. При дальнейшем возрастании . скорости псевдоожижения неравномерность испарейия нафталина • с поверхности цилиндра увеличивалась, становился все более выраженным максимум ру в верхней части тела, как г в случае с отдельными нафталиновыми таблетками.

С ростом диаметра частиц слоя от 0,12 до 0,32 мм при неизменном числе псовдоожижония » - 2,5 массоотдача о поверхности цилиндра увеличивалась.

Измононио дипмотра цилиндра от 12 до 20 мм значительного влияния на массообмон не оказывало.

Но результатам обработки экспериментальных данных предложена обобщающая зависимость для расчета локального по высоте ци -лющра коаЭДициентов массообмена

, <1_ .-0,68 , <1- ,0,45 ЗЬ - 0.05 № Аг0'" • [ —) _ (2)

Зависимость (2) справедлива для * = 1,05...6,0; Аг = 426...3412;

д /у - 0,13...4,о; йд/у - 1,з.10"3...6-,4'1О"г.0гштш0 данные

аппроксимируются уравнением (2) со среднеквадратичной

погрешностью 9,0 %.

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ПРОНИКНОВЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ

ВТОРИЧНОГО ДУТЬЯ В ОБЪЕМ ПСЕВДООШСЕННОГО СЛОЯ

Результаты экспериментов в незаторможенном слое с исполь -

зованием электрохимического датчика показали, что концентрация

трассера (кислорода, воздуха) изменяется как по сочетаю, так и

по высоте аппарата

(рис. 2). В подреше-

точной зоне'содержа-

нио кислорода било

практически равно

нули (рис. ¿.кривая I)

О 10 го 50 40

по мере при«ли-

жения к зоне выбро- Рис.2. Распределение концентрация кис-сов концентрация лорода по сечению незаторможенного

псевдоожиженного слоя: \»=2,0; ув/уп=2,0; окислителя росла. > . <1 =0,16 мм: 1-^=160 мм; 2-140;

3-Т20;В 4-100:5-60 ^

Разница можду концентрацией окислителя в пристенной зоне и н цонтро аппарата была Солее значительной для ворхной части слоя (рис. ^.кривые Ь,6). Характер распределения концентрации окислителя по о01-ому слоя изменялся с ростом числа псевдоокижония. При нооолыши скоростях окижапцого агента распроделонио Ск по сечишю аппарата достаточно равномерное, с возрастанием скорости начинает играть существонную роль циркуляционный поток частиц, направленный вверх в центральной части аппарата и вниз вдоль ого стенок. Поток частиц увлекал за собой воздух из надслоевого пространства и транспортировал его вглубь слоя, что приводило к повышонию' концентрации окислителя в пристенной зоне аппарата. При оольших скоростях псевдоожижавдего агента, а следовательно, и вторичного дутья (\'в/Уа- 2,0) резко возрастало содержание окислителя в верхней части слоя, а распроделение его по сечению аппарата становилось неравномерным.

Анализ интегральной (по объему рабочей зоны) концентрации окислителя показал, что с увеличением диаметра частиц псевдоожи-жаемой среды от 0,12 до 0,20 мм (рис. 3, кривая I) пронккнове -ние кислорода в объем слоя уменьшалось. Дальнейший рост диаметра частиц практически не оказывал влияние на содержание окислителя в слое. Это можно объяснить наличием молярного обратного переноса газа, как бы защемленного частицами плотной фазы. В агрегатах из мелких частиц увлекающая газ трением поверхность велика. Кроме того, скорость опускного движения для мелких частиц выше, чем для крупных. ■ При неизменном числе псевдоожижения (я = 2,0) с увеличением относительного расхода

<0

40 1,0 о

4 •-4 о-В

■4—

Я1г

¿¡го

<?28

п

Рис. 3. Зависимость концентрации кислорода в слое от диаметра частиц. »=2,0; У /У =2,0; I-в неза-

торможенном <Ц=12 мм

слов, 2-е телом

Сг101%

кторичного дутья в преде-лох - о...4,о сролн'.-ооъемпая концентрация • кислорода в рабочей поно слоя возрастала почти н 3 разп (рис. 4, кривая 1). Связано это, по пилимому, с тем, что с ростом расхода воздуха возрастала и скорость его истечения из сопел и струи

воздуха могли пробивать пеэвлоогажешгую среду насквозь, ударялись в протяволо -ложную стенку алла -рата и, растекаясь по ней, глубже проникали в слой движущегося сверху вниз пристенного потока частиц.

Зависимость концентрации кислорода

в рабочей зоне псевдоохике иного слоя от числа псевдоопятания при неизменном соотношении Ув/Та «2,0 вмела явно выраженный (рис. 5,кривая I) минимум про Н-2...3. Характер зависимос-

40 30

г,о

40 о

.1

VI У*/ К

-—" * ■ ' ■ -

<0 ¿>0 30 ъ

уа

Рис. 4. Влияние соотношения расходов азота и воздуха на концентрацию кислорода в слое; «=2,0; <1 =0,16 мм; 1-в незаторможенном слое, 2-е телом <1^12 мм

ти ск - го») можно объяснить одновременным влиянием двух противоположно действую -щих факторов. Увеличение скорости фильтра -ции азота приводило к все большему вытесно -нию струй вторичного дутья из слоя. Но в то ке вромя возрастала и скорость подачи вторичного дутья, что приводило к возрастанию Си в объеме слоя. При « > 3,0 средняя по объему рабочей зоны концентрация окислителя увеличивалась в основном за счет насыщения кислородом верхной ее части.

Скорость истечения газа из сопел значительно влияет на его концентрашш в объеме псевдоожиженной среды. Так, при неизменном расходе газа-трассера при увеличении количества сопел от 6 до 24 (при этом скорость истечения газа на выходе из сопла уменьшалась с 25 до 23 м/с) его средняя концентрация в слое, уменьшалась примерно в 2 раза.

Обработка опытных данных позволила получить выражение для расчета средней по объему рабочей зоны концентрации окислителя в

4

свободном псовдоожижотюм слое

-I-« А И* ОГпЛя1'41) Аг"0'54 (3)

г»\) Во

к

где л » 1,68 Ю"3; к - -1,05 при * <; 2.5;

А -'4,47 Ю"5; К = 2,72 при * > 2,5.

«

Рис. 5. Изменение концентрации кислорода в слое в зависимости от числа, псовдоокижекия; V /V ^2.0; а -о.16 мм 1-в незаторможенном слое,2-с толом <ц,-=12 мм

Диапазон изменения величин, входящих в формулу (3): и - ]...4,Ь; = 0...4; Аг = 243...4615. Среднеквадратичное

отклонение рассчитанных по формуле (3) значений Ск от экспери -ментальных данных составляет 12,3

Для выяснения влияния способа подвода трассера на процесс проникновения газа из надслоевого пространства в объем псевдоокикоиного слоя были проведены опыты с использованием мосс-спектрометра, в которых газ-трассер подавался под углом 15° 1®орх к плоскости насыпного слоя. В этом случае максимальное содержание аргона наблюдалось не у стенки аппарата, а в ядре слоя: Опыта с вдвинутыми в слой трубками также. показали наличие максимума концентрации в ядро слоя.

Вертикальный цилиндр, размещенный в псевдоокижейном слое, оказывал влияние на характер радиального распределения кислорода (рис. 6). Максимумы.концентрации наблюдались у стенки аппарата и в ядре слоя. В пристенной зоне тела концентрацйл трассера была меньше, чем в остальных областях псевдоокихенного слоя, а по высоте пристенной зоны ее распределение было" различным.

В нижней части цилиндра концентрация кислорода монотонно уменьшалась по мере приближения к ' поверхности тела ■ (рис. 6, кривые 3,4), а в верхней часта цилиндра содержание окислителя у самой поверхности несколько возрастало (рис. 6, кривые 5-7). Подобное распределение концентрации трассера по объему

псе вдоокиженного слоя согласуется с да1гными по гидродинамической оостановко вблизи погруженного в слой тела.

Результаты экспериментов показали, что ха -рактер зависимое-

а-10,%

Рис. 6. Распределение по сечению концентрации кислорода при помещении в слой тела; W = 2,0; VV0 = 2,0; d_ = 0,16 км. 1-й = 160 мм, Б 8 2 - 140;Б 3 - 120, 4 - 100, 5-60

тес усредненной по 'объему рабочей зоны, концентрации кислорода от числа псевдоожижения, диаметра частиц дисперсного материала и соотношения расходов первичного и вторичного дутья при наличии в слое тела и без него был одинаковым (кривые 2 на рис. 3, 4, 5).

Увеличение диаметра погружаемого цилиндра от 12 до 30 мм приводило к возрастанию среднеобьемной концентрации кислорода в слое примерно в 2 раза.

Для расчета средней по объему концентрации кислорода в ра -бочей зоне псевдоожиженного слоя при наличии в нем вертикально расположенного цилиндра была получена формула

ж V (YB/V АГ-0'53 (VV0'17 ,

<4>

где А = 3,46 10 , к « -1,05 при W < 2,5; А - 2,29 I0"3, к - 1,73 при W > 2,5.

Формула справедлива для я » 1,05...4,5; Аг - 243...4615; "

- 0,1...4; йу/йд - 0,12...0,30. Среднеквадратичная погрешность составляет 9 %.

Анализ результатов экспериментального исследования позволяет предположить, что механизм проникновения газа из надслоевого пространства в объем псевдоожижэнного слоя связан с крупно- и мелкомасштабными циркуляционными движениями твердой и газообразной фаз. Поток частиц, опускающихся у стенок аппарата или в каком-либо другом месте, увлекает за собой элементарные объемы газа из надслоевого пространства и транспортирует их вниз. Пульсационный характер ожижения, возникающий вследствие барботажа пузырей ожижапцего агента, приводит к перемещению пакетов частиц, а вместе с ними и элементов вторичного дутья в радиальном направлении. Выбрасываемые пузырями в надслоевое пространство отдельные частицы или группы частиц могут захватывать своей поверхностью и увлекать за собой вглубь слоя элементарные • объемы газа. При скоростях истечения струй газа, способных пробить насквозь псевдоожиженную среду, струи, ударяющиеся в противоположную стенку аппарата, растекаясь по ней, глубже проникают в опускающийся пристенный поток частиц, увеличивая тем самым концентрацию элементов вторичного дутья в объеме слоя. Частица, имеющие развитую. микропористую поверхность, могут транспортировать газ из надслоевого пространства также и' путем адсорбции. Причем, чем мельче частицы, тем значительней будет этот вклад в механизм переноса. Для частиц округлых или непористых роль адсорбции невелика. Концентрация окислителя в верхней части слоя будет повышена, если газ вторичного дутья истекает из сопел, несколько наклоненных вглубь слоя. Генерируемые нижним торцом погруженного

в слой тела пузыри окижаодего агента, поднимаясь вверх вдоль поверхности тела и увеличиваясь в размере, втягивают в свой объем газ, проникший в слой из надслоевого пространства, значительно уменьшая его концентрацию в пристенной зоне.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Исследовано изменение локальных коэффициентов внешнего массообмена по высоте вертикального цилиндра. Получено, что максимальная массоотдача имеет место в нижней части тела и на высоте ~(0,7-0,8)ь от нижнэго торца. Коэффициент массообмена для верхней части цилиндра минимален.

2. В результате проведенного анализа разработаны и использованы две оригинальные, ранее не используемые методики экспериментального исследования проникновения элементов вторичного дутья в объем псовдоохижаиного слоя с использованием масс-спектрометра и электрохимического датчика кислорода.

3. Исследован процесс проникновения газа из надслоевого пространства в объем псевдоожижонного слря. Получено, • что с увеличением диаметра . частиц концентрация окислителя в слое уменьшается; а возрастание соотношение расходов первичного и вторичного дутья приводит к повышении содержания кислорода в рабочей зоне слоя. Зависимость от числа псевдоожижения носит вкстремальный характер с минимумом при и - 2...3.

4. Установлено, что тело, погруженное в псевдоожижошшй слой, влияет на характер распределения газа-трассера по объему слоя, максимальное содержание наблюдается у стенки аппарата и в ядре слоя, а у поверхности тела концентрация, окислителя минимальна.

5. Получены критериальные уравнения для расчета локальных коэффициентов массообмена, а также средне® по объему рабочей зоны псевдоожижеиного слоя концентрации кислорода в зависимости от рожишшх и геометрических факторов.

6. Выявлено, что для уменьшения заброса элементов вторичного дутья из ■ надслоевого пространства в объем псевдоохкженного слоя необходимо работать ' при числе псевдоомпкения я = 2...3, использовать частицы с > 0,20 мм, снижать до минимально необходимого расход вторичного дутья или уменьшать скорость его истечения из сопел; подавать вторичное дутье в распиряэдуюся часть аппарата.

7. Анализ результатов экспериментального исследования позволяет предположить, что механизм проникновения газа из иадслоевого пространства в объем псовдоожижонного слоя связан с мелко- и крупномасштабными циркуляционными движениями твердой и газообразной фаз.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

I. Королев В.Н., Осинцев И.А., Островская A.B. Вопросы разработки аппаратоз с активными гидродинамическими режимами при гспользовании в " пих псевдсожиженного слоя в качестве прсмляуточнаго тэплоноситаля//^озданЕ9 и внедрение современных аппаратов с активными гидродинамическими режимами для текстильной прсжилекности и производства химических волокон: Тез. докл. Ш-й'Всесотан. научн.-техн. конф. Москва, 1989. С.104.

2. Исследование механизма . проникновения элементов вторичного дутья в объем псевдоожиженного слоя / Кирнос И.В., Королев В.Н., Клышников С.Т., Осинцев И.А., Островская A.B.

//Разработка и исследование эффективного тепломассообменного оборудования промышленных предприятий, ТЭС и АЭС: Тез. докл. IX научн.-техн. конф. Свердловск, 1990. С. 19-20.

3. Островская A.B., Королев В.Н. Исследование распределения потоков газа в объеме дисперсной среда при наличии вторичного дутья// По динамике пространственных и неравновесных течений жидкости и газа: Тез. докл. Всесоган. семинар. ЧеЛябинск-Миасс, 1991. С. 27-28.

4. Королев В.Н., Осинцев И.А., Островская A.B. Расчет интенсивности внешнего теплообмена с учетом порозности и скорости газа в пристенном слое. Тепломассообмен - ММФ-92. Тепломассообмен в дисперсных системах. Т. 5. Минск, 1992.

С.36-39.

5. korolyov V.N., OsintBev I.A., Ostrovskayja A..V. Mass transier in two-etage heated fluictized beds. 4th World Congress of Chemioal Engineering "Strategies 2000''. Karlsruhe/Ciermany, 1991. F. 9.5-29.

6. .Расчетные и экспериментальные . исследования тепломассообмена в гетерогенных системах при химико-термической обработке металлов: Отчет о НИР (заключит.) / 4УПИ им. С.М.Кирова, п/я 056-У. N ГР 0I89008I59. Инв. №6093 . • 1990. БОС. ; .

7. Королев.В.Н., Островская A.B. Исследование распределения концентрации окислителя в объеме псевдоожиженного слоя при наличии вторичного дутья // Хурн. прикл. хим. 1992. N 5. -

С.II47-II53.

ОБОЗНАЧЕНИЯ

- локальная концентрация кислорода во вторичном дутье;

Ск - локальная концентрация кислорода; - средаеобъемная

концентрация кислорода; аа - диаметр аппарата; ¿в - диаметр

частиц аппарата; <1_ - диаметр тела; БЬ _ ^ - критерий Шервуда;

~ в

р - поверхность массообмена; ь - высота образца; - высота точки замера (считая от газораспределительной решетки); Дм -убыль массы; Рд, Р0 - парциальные давления насыщенного пара нафталина у поверхности тела и в набегающем потоке; й -универсальная газовая постоянная; Т - температура; V - число псевдоожижения; Идр - скорость истечения аргона; V - расход газа; X - радиальная координата слоя; у - расстояние от нижнего торца тела до уровня замера; в - локальный коэффициент массообмена; а - время; рв, рг- плотность материала частиц и газа; V- коэффициент кинематической, вязкости газа; \ коэф{ициент теплопроводности; Аг =—-|— |_Рв - ~ тасл0 ¿Р™ -

меда; ь - коэффициент диффузии газа; г - газ; в - частицы; а -азот; в - воздух; аг - аргон.

Подписано в печать 04.03.93 , ' Формат 60x84 Г/16

Бумага ¡пясзщ Плоская печать Усл.п.л. 1,16 Уч.-изд.л..О,95 Тираж 100 Заказ.144 Бесплатно

Редакциснно-издатвльсгай отдел УГТУ-УШ 620002, Екатеринбург, УГГУ-УШ, 8-0 учебный корпус Ротапринт УГТУ-УПИ. 620002, Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 8-й уч.корпус