книги / Обжиг в кипящем слое в производстве строительных материалов

рости га зов в печах с кипящим слоем в

произ­

водстве пористы х песков

и м елкого гравия,

дегид­

ратированной глины , извести.

Д ля расчета критической скорости газов

в печах

кипящего слоя при производстве керам зитового

и

вспученного перлитового

песка и других пористых

песков с разм ером зерна м енее 5 мм формула

( 8 )

приобретает следующий вид:

R e = 1 .0 ,0 0 2 1 А г

0 ,6 ]

0 ,7

( 9 )

При определении критической

скорости

газов

с размером

частиц более

5 мм след ует

п ользо­

ваться формулой ( 8 ) со

значениями

с

и

/ п ,

ха­

рактерными

для

тр етьего

участка, а

для

фракций

менее

2 мм

-

с и

для первого

участка.

Из

анализа кривых

2

и 3

на рис. б

видно,

что

зависимость

^

^

для

сферических

частиц

меняется не подобно такой же зависимости для

слоев

определить путем сравнения с эталонной

кривой по

одному опытному значению коэффициента

сопро­

тивления

при любой

величине

критерия Рей н ольдса .

Значение

коэффициента формы

зависит о т

величины

критерия

Рейнольдса

[6 ] .

На рис. 7 представлена зависимость

гидроди­

намического коэффициента формы частиц

о т моди­

нистых и вулканических пород.

Гидродинамический коэффициент формы

частиц

коэффициентов гидродинамического

сопротивления

для пол идисперсных слоев из частиц

неправильной

формы (кривая 3 ,

рис.

6 ) и сферических

частиц

(кривая 2 , рис. 6 )

при

одном и том

же

значении

модифицированного

критерия Рейнольдса.

эффициента формы частиц (р о т

модифи­

цированного критерия Рей н ольдса

P & #

Из рис. 6 и 7 видно, что с увеличением

кри­

терия Рейнольдса, соответствующим

увеличению

динамического сопротивления для слоев

из

частиц

правильной сферической или неправильной

формы

уменьшается.

В

р езульта те

обработки данных (с м .

р и с .7 )

м е­

тодом

наименьших квадратов

для

исследованны х

материалов получена следую щ ая

зави сим ость

ко­

эффициента формы частиц о т

критерия

Рей н ольдса

if — 1 »1 4

0 ,0 6

R e ^

( ю )

Коэффициент формы можно

получить

также

пу­

тем сравнения

кривых 1 и 3

рис. 6 .

б) Влияние изменения температуры среды

на скорость псевдоожижения

Как правило,

все

расчетные

уравнения

для

оп­

ределения критической

скорости

псевдоожижения

получены в изотермических условиях при

нормаль­

ной

температуре.

При расчете

аппаратов с

псевдоожиженным сло ­

ем

для высокотемпературных

процессов

требуется

устанавливать

непосредственную

св язь

скорости

с

температурой.

Хотя обобщенные

критериальные

за ­

в и си м ости

для

и зотер м и ч еск ого

низкотем ператур­

н ого

п р оц есса принципиально должны

бы ть

пригод­

ны и

д ля

в ы сок отем п ер атур н ого,

так

как

комп­

л ек сы , входящ ие

в

эти

зависим ости,

включают

соотв етств ую щ и е

физические константы га за ,

необ­

ходи м о j5bino дополнительно

проверить

насколько

полно и однозначно эти ком плексы отраж аю т

тем ­

пературны е

изм енения.

Тем п ературн ая

зави сим ость

критической

ско­

рости псевдоржижения и зуч а ла сь

и сследователям и

[ 4 5 ,

5 0 ,

6 3 , 1 1 2 ,

1 1 7 ) .

В этих работах

прове­

ряли

известны е

из

литературны х

источников

фор­

м улы

[ 6 3 ] ,

опы т

их

использования

[ 4 5 ] ,

а

также

получение

частных

эмпирических

[ 5 0 ] или

графи­

ческих [1 1 2 , 1 1 7 ]

зависим остей . Однако

ни

в

одной из таких работ не бы ла установлена

крите­

риальная

св я зь

скорости

или коэффициента

сопро­

тивления

с

безразм ерной

скоростью ,

В

одной

и з

работ

[ 6 3 ] использована

известная

формула С утерленда

для выражения зависим ости ди­

нам ического коэффициента вязкости га зов

о т

тем ­

пературы; бы ло

получено

следую щ ее

выражение

температурной

зависим ости

критической

скорости

псевдоожижения

кварцевого

песка

с

разм ером зерна

м енее 1

м м

Wytrr — М яо

т + с

l T D \ V z

( 1 1 )

Т0*С

\ т

)

В э то м уравнении

W * 0

является

критичес­

кой скоростью

псевдоожижения, найденной

для

тем пературы окружающей среды , -

Т0 , а

критическая ск ор ость, рассчиты ваемая по

формуле

для лю бой тем пературы

Т .

При определении

начальной

скорости

псевдо­

ожижения

й 'и

ж елезной

руды

с

эквивалентным

ди ам етром

зерен

0 ,2 6 ;

0 ,2 8 ;

0 *3 5

м м

(при

продувке

водородом

и а зо т о м )

получено

эмпири­

ческое уравнение

[5 0 ]

У * * ,

С

V

T l

Влияние

температуры

слоя на критическую ско­

рость псевдоожижения гем атита и пирита

возду­

хом

определено

в

интервале

температур

о т

2 5

до

6 0 0

С [ 1 1 7 ] .

На

рис. 8

показана

зависим ость

весовой

скорости воздуха

от

температуры

в

ло га ­

рифмической

систем е координат. Установлено,

что

скорость

газа, соответствую щ ая

началу

псевдо­

ожижения, обратно

пропорциональна

абсолю тной

температуре

слоя

в степени

1 ,6

(с м . рис.

8 ) .

Это

согласуется

с

соотношением

для

критической

ско­

и Лева, которые установили, что критическая

ско­

рость псевдоожижения обратно

пропорциональна

абсолютной температуре слоя и в

степени

1 ,7 7

и

1 ,6 8 , По данным же Така дней и других

учены х,

критическая скорость изм еняется обратно

пропор­

ционально температуре слоя в степени

2 ,0 5

и

2 ,5 2 .

В табл. 4 приведены экспериментальные

значе­

ния критической

скорости псевдоожижения

м он о -

дисперсного слоя кварцевого песка с

диаметром

частиц

0 ,2 мм,

полученные при различных

тем пе­

ратурах

[ 6 3 ] , а

также значения

критической

ско­

рости псевдоожижения для этого м атериала,

при

аналогичных условиях, рассчитанные по

формуле

Тодеса .

Для получения сравнимых данных с

опытными

значениями скорости расчетные значения

крити­

ческой

скорости

псевдоожижения

при

различных

температурах приведены к условию дутья

_

путем

умножения на отношение температур

Расхож ­

дение опытных и расчетных значений

0

скорости

псевдоожижения

при различных температурах

сви­

детельств ует о том , что критериальные

уравнения,

полученные в изотермических условиях при

обыч­

ных температурах, не однозначно

отражают

и зм е -

нения температуры в процессе. Эти

расхождения

нельзя связы вать только с изменением

гидро­

они зависят от обоих факторов.

Теория теплообмена [ 3 6 ] позволяет

ввести

в

критериальные уравнения новый аргум ент,

пред­

ставляющий собой отношение заданного

значения

температуры к значению температуры,

соотв етст­

вующей условию дутья.

Температурная зависимость коэффициента гидро­

динамического сопротивления установлена

по

дан­

ным исследований [ 4 ] псевдоожижения

полидис-

при продувке воздухом при температурах о т

1 4

до

4 0 0 С, Выявлено, что в критериальные

уравнения,

полученные при нормальных условиях,

температур­

ный фактов должен быть введен в виде

отношения

| Т0 |0,73

Близкое совпадение опытных данных критической

скорости псевдоожижения

при различных темпера­

турах с расчетными с использованием

темпера­

турного фактора

( -^*

сви детельствует

о

достоверности полученной

зависимости.

Для определения рабочей скорости газов

полу­

ченное значение

критической

скорости

псевдоожи­

жения следует умножить

на

число

псевдоожижения.

На практике для всех процессов,

осущ ествляемых в

кипящем слое, соотношение между рабочей и

кри­

тической скоростями псевдоожижения

необходимо

устанавливать экспериментально.

На основании обобщения многочисленных

экспе­

полупромышленных и в промышленных

условиях,

установлено, что при получении пористых

заполни-

Если пренебречь

минимальным

врем енем , требук>-

щимся частице для прохождения от

м еста входа к

м есту выхода

из

слоя, то

продолж ительность

пре­

бывания отдельной

частицы в с ло е

м ож ет

изм е­

няться от нуля до

бесконечности [ 4 5 ] .

Конечно, вероятность этих крайних случаев бес­

конечно мала,

но

очевидно, что распределение вре­

мени пребывания

частиц в сло е

должно

оказы вать

сущ ественное влияние на степень термической

об ­

работки.

Для простейшего

случая полного

перемешивания

материала, когда

все частицы имею т

одинаковую

возмож ность покинуть слой, бы ла рассчитана

в е­

роятность [9 6 ,

1 0 6 ]

(X )

то го ,

что

частица

б уд ет

находиться в

нем

больш е,

чем

время

Т , если за ­

дано среднее

время

пребывания

г 0 :

' - — (i) -

(17)

Процессы в кипящем с л о е особенно услож няю тся

при изменении физического состояния

м атериала

во

время его пребывания в с л о е , что наблю дается

при

термической обработке глинисты х, вулканических

и

т.п. пород. При обж иге этих пород в

кипящем

с л о е

необходимо стр огое соблю дение постоянства

тем ­

пературы

вспучивания, определяемой

физико-хими­

ческими

свойствами сырья.

В результа те неудовлетворительного

переме­

шивания материала в кипящем сло е происходит

пе­

рераспределение темпера'турных полей

в

объем е

слоя, приводящее к перегреву частиц

и

прекра­

щению технологического процесса. П оэтом у

терми­

ческую обработку материалов в кипящем сло е

для

различных технологических процессов

сл е д у е т вести

при скоростях га за , обеспечивающих полное

пере­

мешивание е го частиц, исключающее появление

за ­

стойных или м енее подвижных зон,! В связи с

этим

изучение

условий перемешивания твердой фазы

и

кинематики движения частиц в.кипящ ем с л о е ,

влия­

ние их на процесс обработки материала для

каж -

дого конкретного

технологического процесса

пред­

ста в ля ет большой

практический интерес. Эти факто­

[ И

]. Опыты проводили при нормальных

усло ­

виях в лабораторной установке, описанной

в

гла ­

ве

У 1 .

Критерием для оценки степени

перемешивания

перлита при

непрерывной его загр узк е и вы грузке.

Вначале

в цилиндр

установки загруж али

др об ­

леный природный перлит, окрашенный в синий

цвет.

П осле установления стабильного режима

псевдо­

ожижения этих частиц с постоянной

производитель­

ностью

подавали природный перлит

той же

фрак­

ции, но не окрашенный, С м омента начала

подачи

перлита отбирали пробы м атериала,

выходящ его из

слива

(вначале

через каждые 0 ,5

мин, а

потом

с интервалом 1 и 2

м и н ). С тепень

перемешивания

устанавливали

путем

определения процентного

со­

держания окрашенных частиц, выходящих из

кипя­

гидродинамических режимах,

соответствую щ их

чис­

лам псевдоожижения 1 ,2 5 и

2 ,0 4 , построены

кри­

вые, показанные на рис. 9 ,

Анализ экспериментальных данных показы вает,

что только кривая 2 описывается уравнением

( 1 7 ) .

Это сви детельствует о том ,

что гидродинамический

в ует режиму полного (и д еа льн ого)

перемешивания

материала в сло е .

Р я д дополнительных опытов при различных гид­

занный кривой S^flenfleTCH как бы граничным

-

при меньших числах псевдоожижения

наблюдаются

нарушения режима полного перемешивания

м ате­

риала в слое [1 1 ] .