Псевдоожижение как система агент сушки - зерно

Хотя системы зерно – агент сушки находят наибольшее применение при зерносушении в кипящем слое, поведение последнего не изучено в полной мере, что тормозит развитие конструкций зерносушилок и их внедрение в производство. Причиной является большая сложность процесса и низкая механическая устойчивость системы агент сушки – зерно. При расширении слоя зерна в определенный момент достигается точка механической неустойчивости. Были предприняты попытки определить ее в работах

[1, 2, 3, 4, 9], однако точное определение до сих пор не увенчались успехом.

Расширение системы зерно – агент сушки описывается функциональной группой (1 — е)/е³ , которая находится в условиях, когда пористость зерна е < 0,8. Для того чтобы исследовать применимость данной функции к таким системам, необходимо ответить на вопросы о существовании беспорядочной пористой структуры и об извилистости каналов для движения агента сушки через слой зерна.

Как было выявлено [5, 6, 7, 8] системы зерно – агент сушки относятся к неоднородным и неустойчивым пористым структурам. Это в значительной степени является следствием образования агрегатов зерна. Полная величина свободного объема в слое из агрегатированных зерен всегда больше, чем в слое с равномерным распределением тех же зерен. Чтобы наглядно представить это, рассмотрим рисунок 1а, где показана рабочая камера с неагрегатированными, равномерно распределенными зернами при величине пористости Е / . На рисунке 1б показана другая камера, содержащая такое же количество зерна и по какой-либо причине зерна не агрегатированы. Предположим, что пористость внутри отдельных агрегатов остается E_t и доля объема, свободная от агрегатов, равна е_ь . Общая пористость тогда будет:

Et = Eb + Е/(1 - Eb)

Для более полного представления различия между слоями на рисунках 1а и 1б предположим, что в слое а зерна распределены беспорядочно и пористость данной массы е^ = 0,4. Камера 1б содержит ту же массу зерна, но по какой-либо причине зерна настолько агрегатированы, что пористость внутри агрегатов остается равной е^ = 0,4, а доля объема, не занятого агрегатами, равна е_ь = 0,3. Полная величина пористости тогда составит:

0,3 + 0,4(1 — 0,3) = 0,58.

Необходимо отметить, что в случае е_ь ^ 0 достигалось бы идеальное распределение зерна в слое.

В камере на рисунке 1а степень увеличения свободного объема одинаковая по всему слою и при своем расширении последний сохраняет свою однородность. Такое поведение слоя является идеальным и в практике не встречается. Хотя подобные системы могут приближаться к идеальным в начале псевдоожижения, но при увеличении скоростей фильтрации (скорости агента сушки) становятся менее однородными.

Рисунок 1 – Влияние агрегации на общую пористость системы агент сушки - зерно

Зерновой слой имеет большие значения отношения γм/γс плотности материала к плотности среды. Такие материалы особо подвержены агрегатированию. Поэтому выбор типа газораспределительного устройства (рисунок 2) и обоснование его параметров имеет существенное практическое значение.

Теоретически были предложены четыре условия, которые необходимо выполнить при конструировании газораспределительных решеток.

1 – металлический лист с отверстиями; 2 – сетка; 3 – сетка с ячейками, расположенными по треугольнику; 4 – пористая металлическая плита, полученная спеканием

Рисунок 2 – Типы газораспределительных решет

Первое условие – форма и размер отверстий перфорированной решетки должен быть таким, чтобы среднее по величине зерно определенной культуры перекрывало не только отверстие, но и часть глухой поверхности решета, чтобы случайно оголенное место не оказалось в благоприятных условиях для образования канала.

Второе условие – шаг отверстий или густота расположения должна быть такой, чтобы сила суммарного давления всех струек воздуха оказалась достаточной для расширения зазора в случайно загороженном месте решетки.

Третье условие, вытекающее из двух предыдущих – сопротивление решетки должно быть настолько велико, чтобы обнаженные или загороженные части ее не могли резко уменьшить или увеличить скорость фильтрации по всей площади газораспределительной решетки.

Четвертое условие – правильное распределение скоростей фильтрации для сглаживания эффекта неравномерного распределения порозности зерна.

Заключение. Слои зерна, псевдоожиженные агентом сушки, имеют склонность к агрегации, т.е. такие кипящие слои неоднородны. В слое, в котором наблюдается агрегация, общая пористость выше, чем в неагрегатированном или неоднородном слое. Агрегация является одной из причин того, что расширение псевдоожиженного воздухом кипящего слоя происходит неидеально. Мы пришли к заключению, что правильный подход к конструированию решеток для сушки зерна состоит в том, чтобы не было случайных прорывов струек воздуха в случайно оголенном сверху месте решетки и глухих зон в случайно загороженном месте решетки в местах расположения агрегатов слоя (соломистые примеси, слипшиеся комки зерна, посторонние предметы).