РАЗДЕЛ 2
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТЕНДЫ И УСТАНОВКИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ТЕРМИЧЕСКОГО ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ЖИДКОСТНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ДИСПЕРГИРОВАННОМ СОСТОЯНИИ
2.1. Методология экспериментального исследования процессов тепловлагопереноса при испарении и сушке капель в нагретой газовой среде
Технические трудности при исследовании кинетических характеристик обезвоживания жидкостных материалов (растворов, суспензий и паст) в диспергированном состоянии обусловлены, в первую очередь, малыми размерами капель (частиц), которые реально присутствуют в распылительных тепломассообменных аппаратах. С другой стороны, теплотехнологические параметры парогазовой среды, в которой протекает процесс испарения и сушки, не постоянны как во времени, так и по объему камеры. Создание достаточно строгой теории распылительной сушки и управления процессом предполагает наличие необходимой информации о взаимосвязи внутренних процессов тепловлагопереноса в высушиваемой частице и тепломассообменных процессов в парогазовой среде (внешних) с процессами структуро- и формообразования. Все это определяет целесообразность проведения исследований с так называемыми "крупными" каплями, размеры которых варьируются в диапазоне ?о?0,5-2,0 мм. При изучении на специальных стендах процессов тепломассообмена и механизма структурообразования в отдельной частице, последняя рассматривается как единичный элемент общей полидисперсной системы, находящейся в объеме сушильной камеры. Поэтому при экспериментальных исследованиях кинетики обезвоживания капли ставится задача проведения опытов при тех возможных внешних условиях, в которых может находится единичный элемент системы в реальном аппарате.
Изучение кинетики процессов испарения и сушки включает снятие графических зависимостей изменение интегрального (осредненного) влагосодержания капли
(частицы) от времени (?) или массы m(?), интегральной (осредненной) температуры капли (частицы) tк(?), изменение размеров ?(?) и формы в течение времени обезвоживания. Получаемые зависимости mк=f(?) называются массограммами сушки, tк=f(?) - термограммами, а данные об изменении размеров (с помощью кино- или фотокамеры) - кинограммой процесса. Расчеты значений тепломассообменных характеристик и, в особенности, для сопоставительного анализа, проводились для капель, начальный размер которых был близок к ?о?1,35-1,5 мм. Кроме того, с целью более четкого выявления особенностей внутреннего тепловлагопереноса, основные кинетические закономерности исследуются, в большинстве случаев, в условиях постоянной температуры парогазовой среды.
Метод экспериментального исследования процессов тепловлагообмена на основе испарения и сушки единичных капель различных растворов апробирован многими исследователями: Ранц В. и Маршалл В. (1952) [263], Чарлсворс П.Х. и Маршалл В.Р. (1960) [228], Шлюндер Е.У. (1963-1964) [266,267], Давнинг Ч.Г. (1966) [233], Малчевский Д. и Дидушинский Д. (1968) [245], Мирра К. с сотрудниками (1972) [253], Нужный В.М. (1967) [151], Жилов С.Н. (1958) [57], Ламден Д.И. (1976-1977) [104-105], Бутикер Р. (1981) [227]. В [33,34,43,48,127,214] анализируются полученные в этих работах результаты исследований. Однако, широкий спектр жидкостных материалов, как объектов сушки распылением, и создание нового более эффективного оборудования ставит задачи проведения исследований теплофизических основ процесса термического обезвоживания для продуктов с различными исходными реологическими свойствами, различными структурно-механическими и дисперсионными характеристиками получаемых порошков с целью выявления степени влияния внутренних процессов тепловлагопереноса в единичной капле (частице) на интенсивность и длительность обезвоживания и дальнейшего учета кинетических закономерностей при разработке новых энергосберегающих технологий. Для решения этих задач были разработаны и созданы следующие экспериментальные стенды:
-стенд для исследования кинетики тепловлагопереноса в статических условиях (Vв=0, м/с);
-стенд для исследования кинетики тепловлагопереноса в потоке теплоносителя (воздуха);
-стенд для исследования кинетики тепловлагопереноса при испарении единичных капель в различных газовых средах (вместо воздуха);
-стенд для исследования особенностей процесса тепловлагопереноса при условии изменения температуры газового (воздушного) потока, обтекающего испаряющуюся каплю;
-стенд для исследования адгезионных характеристик высушиваемой частицы при контакте с элементом стенки сушилки.
Кроме того, на имеющихся стендах были исследованы кинетические закономерности испарения и сушки капель растворов при воздействии различных физико-химических факторов, таких как:
-влияние звуковых колебаний на интенсивность процесса массопереноса;
-влияния других газовых сред (азот, углекислый газ, гелий) на интенсивность процесса массопереноса:
-влияние различных поверхностно-активных добавок, введенных как в исходный раствор, так и в поток теплоносителя, обтекающего каплю.
Все экспериментальные стенды оснащены различными оптическими системами и аппаратурой для визуализации процессов изменения размеров и формы частицы, процессов структурообразования и деформационных изменений высушиваемой частицы при возникновении нерелаксируемых напряжений, обусловленных высокими значениями температурных потенциалов и перепадов давления паров жидкости. В настоящей работе рассматриваются только исследования кинетики испарения и сушки водных растворов различных продуктов при обезвоживании их в нагретой воздушной среде.
2.2. Экспериментальные стенды для исследования теплофизических особенностей обезвоживания капель жидкостных материалов в нагретой воздушной среде
Стенд для исследования кинетики испарения и сушки капель в статических условиях (при Vв = 0 м/с) и методика проведения исследований. Схема стенда представлена на рис.2.1. Рабочая камера имеет сферическую форму, dкам=0,050 м, изготовленная из дюралюминия, в ней сделаны три отверстия: верхнее служит для ввода термопары с навешенной каплей и установления ее в
- Київ+380960830922