Основные проблемы эксплуатации экспериментальной установки для сушки жидкой послеспиртовой барды

В статье представлено описание выявленных в процессе эксплуатации недостатков разработанной авторами на кафедре «Технологические процессы, аппараты и техносферная безопасность» сушилки кипящего слоя инертных тел, предназначенной для утилизации жидкой послеспиртовой барды. Показаны пути исправления выявленных недостатков.

Ключевые слова: сушилка, инерт, барда, кипящий слой, контроль, температура.

В работах [1, 3, 5] была описана разработанная на кафедре «Технологические процессы, аппараты и техносферная безопасность» экспериментальная установка по сушке жидкой послеспиртовой барды в кипящем слое инертных тел. Установка хорошо зарекомендовала себя как пилотная полупромышленная сушилка для получения сухой порошкообразной барды и в качестве экспериментального стенда для начального анализа кинетики сушки жидких дисперсных продуктов в кипящем слое инертных тел [2, 4]. Дальнейшая эксплуатация установки в качестве экспериментального стенда, выявила ряд недостатков, исправление которых является текущей задачей авторов [6].

К основным выявленным недостаткам разработанной экспериментальной установки можно отнести:

А — недостаточное количество точек контроля температуры слоя и сушильного агента в различных частях установки.

Контроль за температурой в различных частях слоя является весьма важной задачей при проведении любого тепло-массообменного процесса в кипящем слое. Однако до сегодняшнего момента не существует разработок, позволяющих точно и эффективно контролировать температуру в конкретных геометрических точках слоя. Наиболее распространенный и как показывает практика [7] достаточно точный метод контроля состоит в использовании так называемых «защищенных» и «незащищенных» термопар. «Незащищенная» термопара представляет собой обычный спай, помещаемый в заданную точку слоя. Исходя из предположения о том, что частицы слоя движутся хаотично и интенсивно, спай будет испытывать постоянный контакт с частицами и соответственно показывать некоторую мгновенную температуру частиц слоя в заданной точке в данный момент времени [8]. «Защищенная» термопара представляет собой спай, помещенный в жесткий чехол с отверстиями. Чехол предотвращает контакт частиц со спаем, а отверстия в нем дают возможность проникать внутрь чехла сушильному агенту и соответственно спай должен показывать температуру сушильного агента в заданной точке слоя в данный момент времени.

В условиях эксплуатации разработанной установки данный метод был опробован, однако результаты его применения оказались неоднозначными. Отрицательные результаты следующие:

1. Частицы инерта, соударяясь со спаем «незащищенной» термопары, приводили к его значительной эрозии.
2. Для некоторых сменных колонок с используемым диаметром слоя от 80 до 150мм, внесение в слой посторонних макроскопических объектов приводило к нарушениям кипения. При этом наблюдалось формирование значительных неоднородностей слоя в виде каналообразования (при установке «защищенных» термопар в районе газораспределительной решетки) и пузыреобразование в районе установки «защищенных» термопар (см. рис. 1.).

При этом для аппаратов большего диаметра (более 150 мм) исходя из наших наблюдений за поведением различных слоев подобный эффект незначителен [9].

3. При нарушениях режима кипения, связанных со значительным повышением подачи высушиваемого продукта в аппарат, спай «незащищенной» термопары покрывался значительным слоем высушенного материала и показывал соответственно некоторую температуру, мало относящуюся к температуре частиц слоя. Проблема контроля температуры в области подачи жидкого продукта пока не решена.
4. При образовании пузырей в колонке наблюдались значительные отклонения («выбросы») измеряемой температуры от средней наблюдаемой в процессе сушки.

Б — ненадежные методы контроля за поведением отдельных частиц слоя.

Реализация данного условия позволит детально исследовать характер образования и поведения неоднородностей слоя (пузырей, поршней, каналов, агломератов), взаимодействие отдельных частиц между собой, с сушильным агентом, формирование и скалывание готового продукта в слое и т. п. Однако реализация этого метода связана с серьезными трудностями.

Существуют упрощенные методы — установка «толщиной в одно зерно», киносъемка в щелевых аппаратах, электрические зонды и т. п. Результаты применения этих методов довольно широко представлены в литературе. Однако применение их к требованиям разрабатываемой лабораторной установки неизбежно приведет к нарушениям процесса сушки и невозможности получения на лабораторной установке высушенного продукта.

Методы дистанционного зондирования слоя и слежения за отдельными частицами весьма сложны и дорогостоящи. Это в первую очередь:

 радиометрические методы, когда используются отмеченные радиоактивными изотопами отдельные частицы,

 методы ультразвукового исследования и др.

При этом стоимость самой установки оказывается много меньше стоимости контрольной системы.

Применяемая в установке система визуального наблюдения за поведением слоя в рабочих колонках через прозрачные стенки дает надежные результаты только в течении некоторого времени после начала процесса. В дальнейшем стенки аппарата становятся непрозрачными, что делает визуальные наблюдения невозможными. Поэтому исследование возникновения, поведения и влияния неоднородностей на процесс формирования кипящего слоя при высушивании исходного продукта нами проводится на специально сконструированных колонках.

При этом методика проведения сушильных экспериментов следующая [10]:

1. Собрать установку в заданной конфигурации (т. е. используя колонку выбранной формы и размеров и выбранное газораспределительное устройство)
2. Подключить к установке манометр и термопары. Включить контрольные приборы (цифровые многоканальные самописцы и регуляторы)
3. Включить подачу воздуха вентилятором.
4. Установить требуемую скорость сушильного агента по показаниям установленного под решеткой термоанемометра.
5. Включить калорифер и контролируя температуру вывести установку на заданный температурный режим.
6. Используя термоанемометр, корректировать подачу сушильного агента в колонку.
7. Начать подачу высушиваемого раствора или суспензии в колонку. Одновременно производить видеосъемку поведения частиц инерта и высушиваемого продукта в слое через прозрачные стенки. Контролировать параметры сушильного агента и слоя в течении эксперимента.
8. По окончании подачи высушиваемого продукта отсоединить от установки пылеулавливающее оборудование.
9. Собрать готовый продукт для анализа.

При выключении установки сначала выключить калорифер, а затем при падении температуры под газораспределительным устройством до 40 ^оС, отключить вентилятор.

1) конечная влажность (взвешиванием и досушкой в сушильном шкафу)

2) насыпная плотность

3) угол естественного откоса

4) размер и форма частиц (через измерительный микроскоп).

Литература:

1. Пахомова, Ю. В. Особенности механизма и кинетики сушки капель дисперсий (на примере сушки послеспиртовой барды) / Ю. В. Пахомова, В. И. Коновалов, А. Н. Пахомов // Вест. Тамб. гос. техн. ун-та. — 2011. — Т. 17, № 1. — С. 70–82.
2. Пахомов, А. Н. Влияние внешних воздействий на изменение термопарой при сушке капель жидких дисперсных продуктов/А. Н. Пахомов, Л. А. Козлова, Е. А. Хатунцева, А. В. Баландина//Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2014.- № 04(63).- С.103–104.
3. Пахомов, А. Н. Интенсификация процесса сушки жидкой послеспиртовой барды в аппарате с кипящим слоем инертных тел / А. Н. Пахомов, Н. С. Сорокина, А. В. Баландина // Инженерный вестник Дона, 2014, № 4. [Электронный ресурс]. — Режим доступа. — URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2014/2727
4. Пахомов, А. Н. Типы кинетических кривых, получаемых при сушке капель жидких дисперсных продуктов/ А. Н. Пахомов, Ю. В. Пахомова // Химическая технология. 2014. № 10. С. 620–623.
5. Пахомов, А. Н. Возможности самоорганизации дисперсных систем при сушке на подложке/А. Н. Пахомов, Ю. В. Пахомова, Е. А. Ильин // Вестник Тамбовского государственного технического университета. — 2012.- Т. 18, № 3, — С.633–637.
6. Pakhomov, A. N. Formation and behaviour of fluidized bed of inert particles/Pakhomov A. N., Volostnykh S. G., Eltsov A. G., Shuvaev L. S.//Всборнике: European Applied Sciences: challenges and solutions 2nd International Scientific Conference. Stuttgart, Germany, 2015. С. 119–120.
7. Pakhomov, A. N. The influence of the shape of the dryer to the nature of binary fluidized bed of inert/Pakhomov A. N., Banin R. Y., Chernikh E. A., Loviagina E. Y.//Всборнике: Applied and Fundamental Studies Proceedings of the 8th International Academic Conference. Publishing House Science and Innovation Center. St. Louis, Missouri, USA, 2015. С. 121–123.
8. Pakhomov, A. N. The effect of feed slurry to the nature of the fluidized bed/Pakhomov A. N., Banin R.Yu., Chernikh E. A., Loviagina E.Yu.//Всборнике: The Fifth International Conference on Eurasian scientific development Vienna, 2015. С. 122–123.
9. Pakhomov, A. N. The observed heterogeneity of the fluidized bed/Pakhomov A., Banin R., Chernikh E., Loviagina E.//Всборнике: Scientific enquiry in the contemporary world: theoretical basiсs and innovative approach 4th edition. Science editor: A. Burkov. San Francisco, California, USA, 2015. С. 70–72.
10. Пахомов, А. Н. Некоторые особенности сушки пастообразных материалов на подложках/ А. Н. Пахомов, Ю. В. Пахомова, Е. А. Хатунцева, В. А. Елизарова // Инженерный вестник Дона. 2015. Т. 36. № 2–2. С. 91.