Русская версия English version

Расчетно-экспериментальное исследование влияния усадки материала на процесс его тепловой обработки в кипящем слое

А.В. Митрофанов, Н.К. Касаткина, Я.С. Рыжакова

Вестник ИГЭУ, 2016 г. выпуск 5, сс. 49—54

Скачать PDF

Аннотация на русском языке: 

Состояние вопроса: Использование биотоплива является одним из перспективных направлений развития теплоэнергетики. В качестве биотоплива могут эффективно использоваться отходы переработки сельскохозяйственных продуктов и лесотехнической промышленности. Однако в большинстве случаев эти материалы обладают высокой влажностью и перед сжиганием требуют глубокой сушки, сопряженной с дополнительными затратами энергии. Эффективная сушка таких дисперсных материалов может быть реализована в аппаратах с псевдоожиженным слоем. Вместе с тем выбор и надежное обоснование режимных параметров этого процесса невозможны без его адекватного математического моделирования. Существенной особенностью реализации процесса является глубокое изменение свойств частиц в процессе их тепловой обработки, в частности изменение их массы и значительная усадка их размеров, что практически не учитывается в известных моделях псевдоожижения и требует их модернизации.

Материалы и методы: Моделирование эволюции распределения теплоты и влагосодержания в псевдоожиженном слое выполнено на основе теории цепей Маркова. Модель состоит из двух параллельных цепей ячеек для частиц и для воздуха с взаимным влиянием переходных вероятностей друг на друга в сходственных ячейках. Кроме того, сходственные ячейки могут обмениваться теплотой и влагой на каждом временном переходе. Масса и размеры частиц в ячейках дополнительно корректируются в соответствии с их текущим влагосодержанием. Экспериментальная проверка предложенной модели выполнена на лабораторном реакторе псевдоожиженного слоя с удобным модельным материалом в виде частиц картофеля.

Результаты: Предложена и верифицирована модель кинетики процесса сушки во взвесенесущих системах, позволяющая описывать эволюцию расширения слоя и изменения влагосодержания в процессе сушки в псевдоожиженном слое. Расчетные результаты приводятся для случаев с усадкой частиц и без усадки. Представлены результаты экспериментальной проверки модели на лабораторном реакторе псевдоожиженного слоя с удобным модельным материалом в виде частиц картофеля.

Выводы: Полученные результаты показали необходимость учета явления усадки и изменения массы частиц при моделировании тепломассообмена в псевдоожиженном слое.

Ключевые слова: псевдоожиженный слой, вектор состояния, матрица переходных вероятностей, скорость витания частицы, теплоотдача, массоотдача, содержание влаги, твердое топливо.

Список литературы на русском языке: 
  1. Саломатов В.В., Рычков А.Д., Саломатов В.В. Экспериментальное исследование и математическое моделирование аэродинамики, тепломассообмена, излучения и горения дробленого топлива в циркулирующем кипящем слое // Ползуновский вестник. – 2010. – № 1. – С. 60–71.
  2. Расчеты аппаратов кипящего слоя: справочник / под ред. И.П. Мухленова, Б.С. Сажина, В.Ф. Фролова. – Л.: Химия, 1986. – 352 с.
  3. Handbook of Industrial Drying / edited by A.S. Mujumdar. – 3rd edition. – CRC Precc.: Taylor & Francis Group, 2006. – 1312 p.
  4. Митрофанов А.В., Tannous K., Мизонов В.Е. Экспериментальное исследование гидродинамики частиц биотоплива в топке с кипящим слоем // Вестник ИГЭУ. – 2014.– Вып. 3. – С. 65–67.
  5. Расчетно-экспериментальное исследование распределения твердых частиц в аппарате с двухмерным псевдоожиженным слоем / А.В. Огурцов, А.В. Митрофанов, В.Е. Мизонов и др. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. – 2009. – Т. 52, вып. 11. – С. 131–134.
  6. Мизонов В.Е., Балагуров И.А., Митрофанов А.В. Математическая модель формирования многокомпонентной смеси сегрегирующих компонентов // Изв. вузов. Химия и хим. технология. – 2014. – Т. 57, № 8. – С. 67–70.
  7. Федосов С.В., Мизонов В.Е., Огурцов В.А. Моделирование классификации полидисперсных материалов на виброгрохотах // Строительные материалы. – 2007. – № 11. – С. 26–29.
  8. Dehling H.G., Hoffman A.C., Stuut H.W. Stochastic Models for Transport in a Fluidised Bed // SIAM Journal of Applied Mathematics. – 1999. – 60, 1. –
    P. 337–358.
  9. Dehling H.G. A stochastic model for mixing and segregation in slugging fluidized beds // Powder Technology. – 2007. – 171. – P. 118–125.
  10. Овчинников Л.Н., Овчинников Н.Л. Расчетно-экспериментальные исследования получения органоминеральных сорбентов на основе торфа // Изв. вузов. Химия и хим. технология. – 2012. – Т. 55, № 11. – С. 89–92.
  11. Овчинников Л.Н. Моделирование процесса сушки минеральных удобрений во взвешенном слое // Изв. вузов. Химия и хим. технология. – 2009. – Т. 52, вып. 7. – C. 122–124. 
  12. Кац З.А. Производство сушеных овощей, картофеля и фруктов. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1984. – 216 с.
  13. Киселева Т.Ф. Технология сушки: учеб.-метод. комплекс / Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. – Кемерово,
    2007. – 117 с.
  14. Чернова Н.И., Коробкова Т.П., Киселева С.В. Биомасса как источник энергии // Вестник РАЕН. – 2010. – № 1. – С. 54–60.
Ключевые слова на русском языке: 
псевдоожиженный слой, вектор состояния, матрица переходных вероятностей, скорость витания частицы, теплоотдача, массоотдача, содержание влаги, твердое топливо
Ключевые слова на английском языке: 
fluidized bed, state vector, matrix of transition probabilities, particle settling velocity, heat transfer, mass transfer, moisture content, solid fuel
Индекс DOI: 
10.17588/2072-2672.2016.5.049-054
Количество скачиваний: 
21