Глава 09.4 Вид кривых

Вид кривых вымывания (см. рис. II-9) соответствует определен­ному числу псевдосекций идеального перемешивания; сравнение опытных и теоретических кривых позволяет определить число псевдосекций.

Метод частотных характеристик состоит в том, что на входе в аппарат подают меченое вещество, концентрация которого яв­ляется периодической функцией времени. Наиболее удобным для экспериментального исполнения и легким для математической обработки является синусоидальное изменение концентрации ме­ченого вещества. Результаты измерений уменьшения амплитуды и сдвига фаз между сигналами на выходе и входе потока позво­ляют судить о распределении вещества по времени пребывания в аппарате и соответственно о перемешивании в нем.

Метод установившегося состояния заключается в том, что индикатор непрерывно и с постоянной скоростью вводят в поток вблизи выхода его из аппарата и измеряют установившееся во времени распределение концентрации в направлении, противопо­ложном движению потоков. Для определения коэффициента пере­мешивания по этому методу принимается диффузионная модель.

В общем случае степень использования движущей силы яв­ляется функцией гидродинамической обстановки в аппарате и расположения рабочей и равновесной линий концентраций (тем­ператур). Степень использования движущей силы удобно харак­теризовать числом псевдосекций п или числом псевдоциркуляций т. В конечном итоге получается один и тот же результат для выра­жения действительной движущей силы процесса. Но псевдосек­ционная модель аппарата более удобна, так как число псевдосек­ций легко определять на холодных моделях, пользуясь методом ступенчатой функции (вымывание меченого вещества).

Для аппаратов промежуточного типа теоретически невозможно определить истинную движущую силу, поэтому необходимо на­ходить ее экспериментально и сравнивать с теоретическим усред­ненным потенциалом. Таким'образом, снижение движущей силы процесса в результате перемешивания потоков учитывается коэф­фициентом (степенью) использования потенциала переноса тепла и массы.

Следует заметить, что кажущееся снижение движущей силы Б реальном аппарате иногда является следствием того, что не учи­тываются градиенты температур или влажности внутри частиц. Обычно при расчете коэффициентов а для сушки дисперсных мате­риалов во взвешенном состоянии применяют среднюю интеграль­ную температуру частиц. Это приводит к заниженному значению коэффициентов тепло- и массообмена или к кажущемуся в реаль­ном аппарате снижению движущей силы по сравнению с ее зна­чением в аппаратах полного вытеснения.

С. Р. Тейбла и М. А. Конверел [89] изучали перемешивание в установках с кипящим слоем и влияние отношения высоты слоя к диаметру и скорости подачи материала на перемешивание. Опыты проводились со стеклянными шариками, в качестве индикатора использовались окрашенные в синий цвет шарики из органиче­ского стекла. Для анализа пробу промывали определенным коли­чеством хлороформа и сравнивали затем на спектрофотометре полученные цвета раствора с цветом растворов известной кон­центрации. Сначала в аппарат до установившегося состояния по­давали индикатор, затем вместо него в определенный момент вре­мени вводили неокрашенные шарики из стекла. Во время отбора проб фиксировали время с начала подачи неокрашенных шариков. Результаты представляли в виде графической зависимости кон­центрации на выходе (в данном опыте — количество окрашенных шариков) от относительного времени т/т₀ (т — время отбора проб, т₀ = G₃/G₁ — среднее время пребывания частиц в аппарате). Экс­периментальную кривую сравнивали с кривой идеального пере­мешивания и определяли графическим интегрированием величины проскока (рис. 11-11). На основании проведенных работ были получены данные, согласно которым движение частиц в кипящем слое приближается к режиму полного вытеснения при возрастании отношения высоты слоя к диаметру и увеличении подачи материала в единицу времени (производи­тельность аппарата).

Перемешивание газовой фа­зы в различных сушильных аппаратах изучалось в Москов­ском институте химического машиностроения (МИХМ). Для определения типа аппарата А. П. Фокин и В. И. Муштаев провели опыты по вымыванию меченого вещества (метод сту­пенчатой функции) в различных полых аппаратах [48, 99]. В качестве меченого вещества применяли гелий. Полученные кривые вымывания меченого
вещества наносили на графив с теоретическими кривыми вымыЛ вания, полученными для аппара­тов идеального перемешивания идеального вытеснения, а также для аппаратов промежуточного) типа (см. рис. II-9). Опыты проЗ водились на холодном стенде в; аппарате диаметром 145 мм при вводе газа через конус с различ­ным углом (8 и 60е); с газораспре­делительной решеткой и без нее;; при разных расходах газа и раз­личных отношениях длины аппа­рата к диаметру (Н/D = 1,82— 6,9).

В результате опытов на холод­ных стендах было установлено, что число псевдосекций является' функцией расхода газа; переме­шивание газовой фазы зависит от отношения высоты к диаметру Н/D (причем чем меньше это отношение, тем более прибли жается аппарат к аппаратам идеального смешения); при одном и том же отношении Н/D перемешивание увеличивается с умени шением скорости, а при одинаковом отношении Н/D и одинаковы^ скоростях перемешивание больше там, где нет успокоительной решетки; температура газа практически не влияет на число псевдо­секций.

На рис. 11-12 показана зависимость числа псевдосекций ot скорости газового потока в аппарате при постоянном отношении Н/D.
В. И. Муштаев получил следующую эмпирическую зависимость для определения числа псевдосекций:

Переменные величины изменялись в следующих пределах: и = 0,23 — 1,0 м/сек, Н/D = 0,8 — 8 и D = 0,145 — 0,3 м.

Опыты, проведенные применительно к пневмотрубам, показали, что начиная от скорости газа 10 м1сек их можно отнести к аппаратам идеального вытеснения.
На рис. II-9 показаны опытные точки по вымыванию газа из различных распылительных сушилок.