Глава 3. Экспериментальное исследование процесса сушки измельченных трав при импульсной подаче

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА  В  ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ТРУБЕ-СУШИЛКЕ

Известно достаточно большое число работ, посвященных исследованию влияния нестационарности потока теплоноси­теля на тепло- и массоперенос. Они обобщены, например, в работе [1]. Для осуществления нестационарного потока на­кладываются вынужденные пульсации на поток теплоносителя или исследуемый материал подвергается различного рода вибрациям. В большинстве случаев при определенных пара­метрах достигается некоторая интенсификация процесса, ко­торая, как правило, объясняется существенным изменением или разрушением пограничного слоя жидкости на поверх­ности материала.

Применительно к процессу сушки зеленых трав в пневма­тической трубе-сушилке, на наш взгляд, представляют опре­деленный интерес работа [2] и предложения по выравниванию влажности различных по величине частиц, приведенные в работе [3].

В работе [2] экспериментально доказана возможность уве­личения количества переданного материалу тепла на единице длины установки за счет увеличения времени пребывания ма­териала в трубе-сушилке, достигаемого благодаря пульсации скорости теплоносителя.

В работе [3] высказывается предположение о возможности значительного увеличения времени пребывания более крупных частиц материала в разветвленной трубе-сушилке по сравне­нию с остальными частицами, если применить пульсирующую подачу теплоносителя.

Так как существенное увеличение вре­мени пребывания материала в трубе-сушилке возможно при наличии возвратно-поступательного движения частиц мате­риала, то верхний предел частот пульсации, по-видимому, ограничен условиями, при которых частица, имеющая опреде­ленную поступательную скорость движения, направленную вверх, затормозится и начнет движение вниз. При этом сле­дует иметь в виду, что при некоторых условиях работы уста­новки (например, обусловленных местом расположения за­движки, перекрывающей поток газовзвеси, как и в нашем случае) после прекращения подачи теплоносителя на движу­щуюся частицу действуют не только гравитационные и инер­ционные силы и силы сопротивления среды, но и мощные ударные волны, бегущие первоначально в обратном движе­нию частицы направлении, и которые по своей интенсивности воздействия на движущуюся частицу значительно превосхо­дят гравитационные и инерционные силы. При этом частица, даже обладающая значительной силой инерции, очень быстро теряет, скорость, останавливается и начинает движение вниз.

Исходя из этих соображений, нами для исследования про­цесса сушки выбраны сравнительно низкие частоты пульса­ции —0,8—5 гц. Так как эта частота пульсации несравнима с частотой (временем) образования пограничного слоя, то ожидать какого-либо увеличения интенсивности теплопереда­чи за счет разрушения пограничного слоя при незначительном времени сушки в трубе-сушилке просто невозможно. Целе­сообразно пульсацию скорости теплоносителя при низких ча­стотах назвать импульсной подачей теплоносителя.

На рис. 1 представлена проекция на плоскость траектории движения единичной модельной частицы в стеклянной трубе при импульсной подаче теплоносителя. Эта проекция полу­чена фотографированием участка трубопровода с движущейся частицей при значительной выдержке затвора фотоаппарата. Частица поднимается вверх на определенную высоту и после прекращения подачи теплоносителя под воздействием грави­тационных сил и ударной волны опускается вниз также на определенную величину, затем новый импульс (поток) тепло­носителя заставляет частицу, сделав петлю, двигаться обратно, вверх.

Обозначим отношение времени отсутствия подачи тепло­носителя ко времени его воздействия через п. Подбирая раз­личное отношение, т. е. число п., можно получить любой харак­тер «петли» возвратно-поступательного движения, а следова­тельно, и скорости движения материала.

тата, например в конической камере с углом раствора конуса 6° при порозности слоя т = 0.7—0,8, все же длительной работы достичь не удавалось — образовывался один или не­сколько вертикальных каналов для прохода теплоносителя, а материал оседал в плотный неподвижный слой. Это можно объяснить наличием значительного количества листьев, кото­рые или совсем не подвергались измельчению или измельчены только частично.    Они    являются    своего    рода    «вяжущей» частью материала и в сильной степени препятствуют переме­шиванию частиц.

Опыты, проведенные в конических камерах с углом ра­створа конуса 15 и 30°, также не дали желаемых результатов.

Уже известно [4] применение импульсного псевдоожиженного слоя для материалов, склонных к слипанию и комкообразованию, причем ввод теплоносителя в аппаратах осуще­ствлен в нескольких местах по сечению аппарата.

Нами проведены исследования по сушке зеленых трав с им­пульсным подводом теплоносителя, причем с одним вводом последнего под решетку. Естественно, что для этого процесса нет необходимости применять решетки с большим гидравли­ческим сопротивлением, так как они лишь выполняют роль опоры для материала в момент прекращения подачи тепло­носителя. Схема экспериментальной установки представлена на рис. 3.

Ротационной воздуходувкой / через сглаживающий пуль­сации сосуд 2,электрокалорифер 3, колено 4 теплоноситель (нагретый воздух) подается под решетку сменной камеры 5. Расход воздуха регулируется с помощью задвижки перед воз­духодувкой и определяется по показанию перепада давления на жидкостном U-образном манометре 7, подключенном к соп­лу Вентури 8.Необходимая температура теплоносителя под­держивается изменением подаваемого в электрокалорифер на­пряжения, осуществляемого при помощи регулятора 9 типа РНО-250-10. Автоматическая запись температуры теплоно­сителя перед решеткой и после слоя осуществляется электрон­ным потенциометром 10 типа ЭПП-09-2М, к которому под­ключены хромель-алюмелевые термопары.

При исследовании гидродинамики слоя стеблей применя­лись сменные рабочие камеры 5, представляющие собой усе­ченные конуса с углом раствора конуса 6, 15, 30° и нижним диаметром 120 мм, а также цилиндр диаметром 120 мм и пря-угольная камера сечением 80X280 мм. Гидравлическое со­противление слоя материала измерялось по перепаду давле­ния на U-образном манометре, соединенном с камерой через три последовательно расположенных сосуда 6 для сглажива­ния пульсаций.

 В качестве пульсатора применена автоматическая задвиж­ка 11, перекрывающая поток теплоносителя по симметричному циклу (п=1). Исследуемая частота пульсации приблизитель­но равна 0,8—3,5 гц, При исследованиях в псевдоожиженном слое с импульсной подачей теплоносителя в цилиндрических камерах наблюда­лось очень сильное расслоение частиц на фракции по высоте слоя. Чем меньше скорость витания частицы, тем выше в слое она располагается. При сушке трав в цилиндрической камере это приводило к тому, что значительная часть листьев при подсыхании выносилась из камеры. Для устранения этого яв­ления более рациональной оказалась коническая камера с уг­лом 6°, на которой, как и для сушки в псевдоожиженном слое со стационарным подводом теплоносителя, были получены лучшие результаты. Применение одной и той же камеры для сушки в псевдоожиженном и импульсном псевдоожиженном слое позволило произвести сравнение обоих способов при про­чих равных условиях. В тех случаях, когда псевдоожижение слоя при подаче теплоносителя без пульсации прекращалось и образовывался плотный слой со сквозными каналами, слой ме­ханически перемешивался до получения устойчивого псевдоо­жижения. Устойчивость псевдоожижения повышалась по мере подсыхания материала. Поскольку сушка зеленых трав в псевдоожиженном слое проводилась в режимах, близких к разбавленной фазе (т = = 0,7—0,8), то температура отходящих газов даже в первом периоде сушки на несколько градусов превышала температуру материала, а при сушке во втором периоде — на 10—20°. При сушке в импульсном псевдоожиженном слое температура от­ходящих газов несколько превышала температуры отходящих газов при стационарном подводе, особенно во втором периоде сушки. На рис. 4 представлены некоторые экспериментальные данные по сушке зеленых трав в псевдоожиженном слое со стационарным  и  импульсным    подводом   теплоносителя.