Сушіння дисперсних матеріалів у багатоступеневих поличних апаратах з активним гідродинамічним режимом

Abstract

Дисертація присвячена питанням теоретичних та експериментальних досліджень процесу сушіння у робочому просторі багатоступеневих гравітаційних поличних сушарок із вертикальним секціонуванням робочого простору. Запропоновано аналітичні рівняння, що описують: закономірності сушіння одиночної частинки та їх сукупності; гідродинаміку руху газового потоку, одиночної частинки та дисперсного матеріалу в режимі стисненого потоку; ефективність ступеневого сушіння дисперсного матеріалу на кожній полиці каскаду і в апараті в цілому. Експериментально визначено режими роботи сушарки, досліджено вплив конструкції полиці та організації руху сушильного агента на гідродинамічні показники руху потоків у робочому просторі гравітаційної поличної сушарки та інтенсивність зневоднення дисперсного матеріалу, одержано критеріальну залежність, що дозволяє прогнозувати значення коефіцієнта масовіддачі під час сушіння в гравітаційних поличних сушарках. На базі створених фізичної та математичної моделей і проведених експериментальних досліджень розроблено методику інженерного розрахунку багатоступеневих сушарок поличного типу з визначенням основних геометричних характеристик апарата і температурно-вологісних параметрів потоків дисперсного матеріалу та сушильного агента. Запропонована методика оцінювання енергоефективності процесу сушіння дисперсних матеріалів за критерієм питомих енерговитрат на інтенсифікацію. Запропоновані та захищені патентами України нові високоефективні пристрої для здійснення процесу сушіння. Проведено дослідно-промислове впровадження поличних сушарок із порівняльним аналізом товарної продукції, результати якого показали високу ефективність розробленого обладнання.

Диссертация посвящена вопросам теоретических и экспериментальных исследований процесса сушки в рабочем пространстве многоступенчатых гравитационных полочных сушилок с вертикальным секционированием рабочего пространства. Предложена физическая модель движения взаимодействующих потоков, что позволяет определить периоды сушки дисперсного материала касательно особенностей проведения данного процесса в гравитационной полочной сушилке. Создана математическая модель, описывающая: 1) закономерности сушки одиночной частицы и частиц во взвешенном слое в режиме стеснённого движения с определением времени прогрева и обезвоживания дисперсного материала; 2) гидродинамику движения газового потока, одиночной частицы и частицы в режиме стеснённого движения с определением времени пребывания дисперсной фазы в рабочем пространстве сушилки; 3) температурно-влажностные характеристики взаимодействующих потоков и эффективность каждой ступени сушилки с учетом гидродинамики рабочего пространства аппарата, конструкции полок, свойств сушильного агента и способа организации его движения. Экспериментально установлено влияние конструкции полки и организации движения сушильного агента на гидродинамические характеристики работы гравитационной полочной сушилки и время пребывания дисперсного материала в объеме аппарата. Определены основные гидродинамические режимы работы гравитационной полочной сушилки в зависимости от нагрузки по потокам, а также время пребывания дисперсной фазы в каждом из режимов. Получена критериальная зависимость, позволяющая прогнозировать значение коэффициента массоотдачи при сушке в гравитационных полочных сушилках. Получены данные о температурно-влажностных характеристиках взаимодействующих потоков и эффективности ступеней сушилки в зависимости от конструкции полки и организации движения сушильного агента. Показано, что за счет изменения конструкции полки и организации движения сушильного агента возможно управление временем пребывания обезвоживаемого материала и значением эффективности каждой ступени сушилки. На основе созданных физической и математической моделей и проведенных экспериментальных исследований разработана методика инженерного расчета многоступенчатых сушилок полочного типа с определением основных геометрических характеристик аппарата и температурно-влажностных параметров потоков дисперсного материала и сушильного агента. Предложена методика оценки энергоэффективности процесса сушки дисперсных материалов по критерию удельных энергозатрат на интенсификацию. Предложены и защищены патентами Украины новые высокоэффективные устройства для осуществления процесса сушки. Проведено опытно-промышленное внедрение полочных сушилок со сравнительным анализом товарной продукции, результаты которого показали высокую эффективность разработанного оборудования.

Thesis is devoted to theoretical and experimental researches of the drying process in the workspace of multistage shelf gravitational dryers with vertical sectioning of the workspace. In thesis it is proposed the analytical equations describing: regularities of a single particles drying and their aggregates; hydrodynamics movement of the gas flow, single particles and disperse material in the compressed flow regime; efficiency of stage drying of disperse material on each cascade shelf and totally in the device. The regimes of dryers were determined experimentally, it was studied the influence of shelf design and the organization of the drying agent movement on hydrodynamic indicators of flows movement in the working space of gravitational shelf dryer and intensity of disperse material dehydration, it is received the criteria dependence that allows to predict the value of the mass-transfer coefficient while drying in the gravitational shelf dryers. The methodology of engineering calculation of multistage shelf-type dryers with the determination of the basic geometric characteristics of the device and temperaturemoisture parameters of dispersed material and drying agent flows was developed based on the established physical and mathematical models and conducted experimental researches. It is proposed the methodology of energy efficiency evaluation of the drying of dispersed materials due the criterion of the specific energy consumption for intensification. New high-effective devices for the drying process are proposed and patented in Ukraine. Experimental and industrial adoption of shelf dryers was made alongside with the comparative analysis of commodity output, the results of which demonstrated the high efficiency of the devices.