Глава 24. Теплообмен

В кипящем слое каждая частица интенсивно омывается пото­ком газа. Скорость омывания имеет переменный пульсирующий характер, что интенсифицирует тепло- и массообменные процессы. В процессе теплообмена происходит соударение частиц и вслед­ствие этого турбулизация пограничного слоя. В единице объема аппарата одновременно находится большое количество частиц, поверхность которых участвует в теплообмене. Совокупность высоких теплообменных коэффициентов и больших поверхностей раздела фаз в установках с кипящим слоем обусловливает интен­сивность процессов тепло- и массообмена, отнесенную к 1 м³аппарата.

Изучению тепло- и массообмена в кипящем слое посвящено очень много работ, однако до настоящего времени нет единого мнения о количественных закономерностях этих процессов. Объясняется это сложностью экспериментов и определений основ­ных величин, а также зависимостью результатов опытов от раз­меров аппарата, поскольку процесс трудно моделируется. Резуль­таты опытов зависят и от того, получены ли они на установках периодического или непрерывного действия, и от метода усред­нения размера частиц, движущей силы процесса, от учета гра­диента температур внутри частиц и т. д.

Наиболее достоверные данные можно получить лишь при опре­делении коэффициентов теплообмена в периоде постоянной ско­рости сушки, когда температура материала равна температуре мокрого термометра. При использовании эмпирических уравнений необходимо применять те же методы расчета величин Д t_cp , В и др., которые были использованы при обработке опытных данных.

Наибольфие затруднения вызывает расчет действительной движущей силы. Опыты показывают, что на расстоянии 10—25 мм от решетки происходит резкое снижение температуры газов (почти до температуры отходящих газов). Многие авторы 15, 21 ] объясняют это охлаждением газа в тонком слое материала вслед­ствие интенсивного теплообмена, однако аналитический расчет не подтверждает подобное мнение. Такая закономерность изме­нения температуры по высоте слоя объясняется осевым переме­шиванием газа, поэтому характер температурной кривой и соот­ветственно движущая сила процесса зависят от перемешивания газа и частиц в слое. С увеличением скорости кипения движущая сила уменьшается и, достигнув минимального значения, вновь возрастает лишь в режиме пневмотранспорта материала. По­скольку в настоящее время изменение движущей силы в кипящем слое изучено недостаточно, для определения средней разности температур можно пользоваться следующими соотношениями:

для аппаратов с направленным движением материала и круп­ных промышленных сушилок: