Способ проведения процесса сушки с использованием явления резонанса в сушильной башне

Оглоблин Гарри Васильевич, кандидат педагогических наук, доцент кафедры «Теория и методика технологического образования»

с большой начальной влажностью. В этих аппаратах осуществляется тонкое распыление материала, благодаря чему достигается значительная площадь поверхности испарения, процесс высушивания завершается чрезвычайно быстро. Вследствие этого даже при высокой температуре сушильного агента температура поверхности материала сравнительно невысока. Из-за кратковременности процесса и мягких условий сушки свойства материала не изменяются.

В настоящее время в процесс сушки внедряется явление резонанса благодаря использованию акустических форсунок, что увеличивает производительность аппарата. Однако это решение по применению резонанса является локальным. Для того, чтобы повысить производительность сушильной башни и произвести интенсификацию процесса сушки, необходимо произвести настойку системы сушки на резонанс, который охватит всю рабочую камеру сушилки.

На рис. 1 представлена сушильная башня, состоящая из корпуса 2, в котором расположено распылительное устройство для подачи высушиваемого раствора или суспензии, распыляющегося под действием давления нагнетательного насоса, нагретый теплоноситель подается в рабочую камеру по патрубку 1 через решетку 5 по всему сечению аппарата. При прямоточном движении раствора и теплоносителя происходит испарение влаги, гранулы материала оседают в нижней части конической камеры и удаляются через нижний патрубок 3. Отработанный теплоноситель удаляется через отверстия 7 в перфорированной части цилиндрического корпуса, и выводится из аппарата по патрубку 4. Рабочей камерой распылительной сушилки является башня, в которой раствор определенной вязкости диспергирует на мелкие капли. Последние взаимодействуют с сушильным агентом, в качестве которого зачастую используются дымовые газы высокой температуры, и в короткое время высыхают.

Настройка системы для глобализации резонанса должна проводиться таким образом, чтобы индуктивное акустическое сопротивление системы X L было равно емкостному акустическому сопротивлению системы сушки X , то есть X, = X .

C АК L АК C АК

Акустическая емкость системы C находится по формуле:

C =

V рез

P U ²

где Vpe3 - объем рабочей резонаторной камеры, U - скорость звука в данной среде. Необходи- мо заметить, что данная величина зависит от свойств высушиваемого материала и сушильного агента, а также от температуры в рабочей камере.

Преобразуя выражение (1), получим

ω =

. Воспользуясь выражениями (2) и (3),

Рис. 1 . Сушильная башня

имеем:

ω=

ρ l   V рез

рез

⋅

\| nd ² p U

Таким образом, должно выполняться условие:

т 1

ωL = ωC

где го - циклическая частота колебаний системы, L - акустическая индуктивность системы, С - акустическая емкость системы. Акустическая индуктивность системы L находится по формуле:

ρl nd2

где р - плотность среды в рабочей камере сушильной башни, l - длина возбуждающего столба, d - диаметр возбуждающего столба.

= U

n d ² lV рез

Получим выражение для резонансной частоты f, помня, что го =2 nf:

U n d² n\ v:

Скорость звука в рабочей камере U достаточно просто найти, пользуясь известными выражениями физики, а объем рабочей резонаторной камеры сушилки V_pe3 - пользуясь выражениями геометрии. Здесь нужно учесть тот факт, что резонанс охватывает часть рабочей камеры до перфорированных отверстий. Благодаря исследованиям Френделенбурга стало возможным получить выражения (2) и (3). Задача вывода выражения (4) состояла в том, чтобы показать, что представляется возможным настраивать систему сушки на резонанс. Из выражения (4) видно, что резонансная частота зависит от конструктивных параметров сушильной башни, поэтому при конструировании и расчете сушилки можно подобрать её параметры таким образом, чтобы настроить аппарат на определенную резонансную частоту. Из выражения (4) также видна зависимость резонансной частоты от того, какой материал подвергается процессу осушки и какой сушильный агент используется в процессе.

При возникновении резонанса амплитуда скорости частиц в рабочей камере резко возрастает. Этот факт можно использовать следующим образом. Во-первых, снизить давление питательных насосов и компрессоров так, чтобы скорость движения частиц в рабочей

камере осталась прежней. Во-вторых, проводить процесс сушки с прежними параметрами. Но в данном случае необходимо учесть, что время пребывания частиц в рабочей камере сократится, и оно может стать меньше, чем время кристаллизации. Тогда продукты сушки будут выводиться из рабочей камеры с удаленной влагой, но в жидком состоянии, так как они не будут успевать кристаллизоваться, что в большинстве случаев нежелательно.

Процесс сушки происходит за счет передачи тепла от сушильного агента к высушиваемому материалу. При сушке неизбежно происходят тепловые потери, приводящие к снижению эффективности процесса, которые приходится компенсировать за счет увеличения количества сжигаемого топлива, потребляемой электроэнергии. Благодаря возрастанию амплитуды скорости частиц, если позволяют свойства материала, при снижении времени их пребывания в рабочей камере уменьшится время целевого процесса, а следовательно и снизятся тепловые потери при работе сушилки. В зависимости от конструктивных особенностей аппарата представляется возможным не использовать распылительный агент, что приведет к экономии энергозатрат при работе аппарата.

Следует отметить, что в резонаторных форсунках из-за повышения амплитуды скорости движения материалов могут возникать явления, приводящие к разрушению форсунки, например кавитация. Хотя резонаторные форсунки стоят дороже, чем те, которые зачастую используются в сушильных аппаратах – механические или пневматические. При глобализации резонанса до рабочей камеры подобные явления разрушения отсутствуют, по этому проводить процесс таким образом безопасно как для форсунок, так и для самой сушильной башни. Распылительные скрубберы – аппараты, по принципу действия похожие на распылительные сушилки, поэтому их также можно настраивать на резонанс по изложенному выше методу.

Выводы : проведено исследование процесса сушки с использованием явления резонанса. Показано, что возможно провести глобализацию резонанса от форсунки до сушильной башни, и что этот способ проведения сушки более выгоден экономически и технологически. Получена формула для вычисления резонансной частоты, которая зависит от основных конструктивных параметров сушилки.