Экспериментальный стенд для проверки исследований тепло-массопереноса в барабанной сушилке
Использование: в химической промышленности, в промышленности строительных материалов. Сущность полезной модели: Экспериментальный стенд для осуществления исследований тепломассопереноса в барабанной сушилке, заключающихся в измерении параметров взаимодействующих сред - высушиваемого материала и газового сушильного агента - по длине сушильного барабана, включающий участок исследования в виде вращаемого барабана с датчиками измерения параметров взаимодействующих сред, установленными на входе на участок исследования и на выходе из него, участок подготовки и загрузки в барабан высушиваемого материала и ввода сушильного агента, а также разгрузочную камеру. Новое в экспериментальном стенде заключается в том, что участок исследования по протяженности представляет часть длины барабана исследуемой сушилки, при этом исследования выполняются путем проведения ряда последовательных экспериментов, в каждом из которых, за исключением первого, регулированием параметров на входе в участок исследования устанавливают значения параметров высушиваемого материала и сушильного агента, соответствующие измеренным значениям этих параметров на выходе из участка исследований в предыдущем эксперименте, в ходе первого эксперимента входные значения параметров устанавливают соответствующими входным параметрам исследуемой сушилки, общее число выполненных параметров должно быть равно n=L/L1, где L - длина барабана исследуемой сушилки, L1 - длина участка исследования в экспериментальном стенде. Кроме того, в заявляемом экспериментальном стенде моделирование взаимодействия сред в поперечном сечении барабана на участке исследования может осуществляться исходя из соотношения потоков в исследуемой сушилке. Кроме того, заявляемый экспериментальный стенд может быть оснащен увлажнителем сыпучего материала, установленным на участке подготовки и загрузки сыпучего материала. Кроме того, заявляемый экспериментальный стенд может быть оснащен увлажнителем сушильного агента, установленным в калорифере или после калорифера. Кроме того, заявляемый экспериментальный стенд может быть снабжен транспортирующим устройством для перемещения сыпучего материала из бункера сухого или частично высушенного материала в бункер исходного материала. Кроме того, в заявляемом экспериментальном стенде сушильный барабан может быть снабжен двигателем, позволяющим изменять скорость его вращения.
В химической промышленности, а также в других отраслях техники широко распространены барабанные сушилки прямого действия, предназначенные для сушки разнообразных сыпучих материалов при непосредственном контакте с горячим воздухом или с дымовыми газами. Процесс сушки осуществляется во вращающемся барабане с внутренними распределительными устройствами, в который из питателя с помощью загрузочных лопастей подается высушиваемый материал, а из калорифера или из топки - сушильный агент - горячий воздух или дымовые газы (см., например, книгу: Касаткин А.Г. «Основные процессы и аппараты химической технологии», М., ГХИ, 1960, стр.693). Для обеспечения продвижения высушиваемого материала барабан установлен с небольшим наклоном. Высушиваемый материал и сушильный агент поступают в приподнятый конец барабана. В процессе движения высушиваемый материал, пересыпаясь, равномерно распределяется по барабану в потоке сушильного агента, что обеспечивает интенсивный процесс сушки. Сухой материал и отработавший сушильный агент из противоположного конца барабана поступают в разгрузочное устройство, где разделяются: сухой материал выгружается из нижней части, а отработавший сушильный агент выводится из верхней части разгрузочного устройства.
Барабанная сушилка представляет собой сложный и дорогостоящий агрегат, даже небольшие погрешности в расчетах и при проектировании которого могут привести к большим неоправданным затратам при изготовлении и эксплуатации. Поэтому при проектировании барабанных сушилок расчеты процессов тепломассопереноса в барабане проверяют экспериментально в условиях, близких к предполагаемым производственным. С целью снижения непроизводительных капитальных и эксплуатационных затрат такие испытания целесообразно проводить на маломасштабном стенде, достаточно полно воспроизводящем условия работы проектируемой и подлежащей исследованию сушилки. Конструкция такого экспериментального стенда (стендовой модели) и порядок выполнения измерений на нем приводятся в предлагаемой заявке.
Заявляемый стенд позволяет с минимальными затратами и оперативно провести необходимые исследования и получить данные, которые требуются при проектировании крупных промышленных барабанных сушилок.
Принципиальная схема экспериментального стенда для проведения исследований процессов тепломассопереноса в барабанной сушилке приведена на фиг.1. Для иллюстрации отличий заявляемого стенда от известных барабанных сушилок на фиг.1 пунктирными линиями обозначены контуры сушильного барабана известной барабанной сушилки сплошными линиями - основные элементы заявляемого стенда. На фиг.1 обозначены: 1 - сушильный барабан стенда, 2 - участок подготовки исходного материала к проведению экспериментов и загрузки его в барабан, 3 - бункер исходного сыпучего материала, 4 - питатель, 5 - калорифер для нагрева воздуха (сушильного агента), 6 - разгрузочная камера, 7 - бункер для сухого или частично высушенного материала, 8 - увлажнитель высушиваемого материала, 9 - увлажнитель сушильного агента, 10 - транспортирующее устройство для высушиваемого материала, 11 - загрузочные лопасти, 12 - внутренняя насадка барабана.
Как и известная барабанная сушилка (см. книгу: Касаткин А.Г. «Основные процессы и аппараты химической технологии», М., Госхимиздат, 1960, с.693, рис.475), принятая нами в качестве прототипа, экспериментальный стенд включает вращающийся барабан 1, предназначенный для сушки сыпучих материалов в потоке сушильного агента - горячего воздуха - и являющийся участком исследования, участок 2 подготовки сыпучих материалов и загрузки их в барабан 1, а также подготовки сушильного агента и подачи его в барабан 1. Исходный материал, предназначенный для сушки, дозируется в барабан из бункера 3 питателем 4. Для сушки используется атмосферный воздух, который нагревается до определенной температуры в калорифере 5. Перед проведением исследований в сушильный барабан 1 участка исследований в соответствии с конструкцией исследуемой сушилки программой экспериментов устанавливается определенная насадка.
Выходной участок исследования - опущенный конец барабана 1 - примыкает к разгрузочной камере 6, где взаимодействующие среды разделяются: сухой или частично высушенный материал отводится в приемный бункер 7, а отработавший влажный воздух после очистки выводится в атмосферу.
Экспериментальный стенд может быть оснащен увлажнителем сыпучего материала 8, установленным на участке 2 подготовки и загрузки сыпучих материалов в барабан.
Экспериментальный стенд может быть оснащен увлажнителем 9 сушильного агента (воздуха), установленным в калорифере или после калорифера 5.
В экспериментальном стенде бункер 7 сухого или частично высушенного материала может быть сообщен транспортирующим устройством 10 с бункером 3 исходного материала.
В экспериментальном стенде сушильный барабан 1 может быть снабжен двигателем, позволяющим изменять скорость вращения барабана.
Заявляемый экспериментальный стенд работает следующим образом.
При проведении первого эксперимента на участок исследования в барабан 1 из бункера 3 питателем 4 подают материал, по основным тепло-массообменным характеристикам (температура, влажность, объемная структура, теплоемкость и пр.) соответствующий характеристикам материала, намеченного для переработки на запроектированной сушилке. По основным характеристикам (температура, влажность) сушильный агент, подаваемый из калорифера 5 в барабан также должен быть аналогичен проектному. Значения этих показателей контролируются соответствующими датчиками, установленными на входе на участок исследования Подбором расходов материала и сушилоного агента в барабане воссоздается аэродинамическая обстановка проектной сушилки. При достижении стабильного режима работы в течение определенного времени постоянно фиксируются все показатели его работы, включая температуру и влажность сушильного агента и высушиваемого материала на выходе с участка исследования. В течение этого времени в бункере 7 накапливается некоторое количество частично высушенного материала, необходимое для проведения последующего второго эксперимента. После завершения первого эксперимента частично высушенный материал передается в бункер 3 и осуществляется второй эксперимент, в ходе которого в барабан из бункера 3 подается частично высушенный материал, а температура и влажность сушильного агента путем изменения работы калорифера, а также путем включения в работу увлажнителя 9, поддерживаются равными значениям, полученным в ходе первого эксперимента на выходе с участка исследования. При этом расходы взаимодействующих сред несколько корректируются соответственно изменениям, имевшим место в ходе первого эксперимента. Таким образом, на участке исследования воссоздаются условия взаимодействия высушиваемого материала и сушильного агента на втором участке исследуемой сушилке и фиксированием показаний установленных датчиков получаем характеристику тепло-массопереноса на этом участке. После накопления необходимого количества высушиваемого материала в бункере 7 аналогично выполняют следующий третий эксперимент, а затем последующие - включая эксперимент n=L/L1, который позволяет полную картину изменения процесса тепло-массопереноса по длине сушильного барабана проектной барабанной сушилки, сопоставить фактические показатели работы ее с результатами проектных расчетов и при необходимости внести в конструкцию сушилки соответствующие коррективы.
Увлажнитель высушиваемого материала 8 включается в работу, если при выполнении экспериментов влажность материала, подаваемого из бункера 3 в барабан 1 по каким-либо причинам будет отличаться от влажности материала, выводимого с участка исследования в предыдущем эксперименте. Увлажнитель 9 предназначен в таких же условиях для корректировки сушильного агента.
Оснащение сушильного барабана двигателем с изменяемым числом оборотов позволяет расширить область возможных исследований и для каждого вида высушиваемого материала определять рациональное число оборотов сушильного барабана.
Таким образом, заявляемый стенд позволяет с минимальными затратами и оперативно исследовать тепло-массообмен по длине сушильных барабанов барабанных сушилок, определять наиболее эффективные режимы сушки для каждого нового вида высушиваемого материала, уменьшая при этом непроизводительные затраты на создание дорогостоящее промышленное оборудование. Заявляемый экспериментальный стенд, на относительно небольшом по протяженности участке последовательно воссоздаются условия работы всех участков большого сушильного барабана и фиксируются рабочие параметры взаимодействующих сред по всей длине этого барабана является оригинальным техническим решением, так как из уровня техники не известны технические решения с такими же совокупностями существенных отличительных признаков о чем свидетельствуют проведенный авторами анализ научно-технической и патентной литературы. Проведенные предварительные опыты и конструктивные проработки позволяют сделать вывод об отсутствии каких либо препятствий для успешной реализации предлагаемого устройства с получением ожидаемого положительного результата. Это свидетельствует о соответствии заявляемого стенда критериям «новизна» и «существенные отличия».
1. Экспериментальный стенд для осуществления исследований тепломассопереноса в барабанной сушилке, заключающихся в измерении параметров взаимодействующих сред - высушиваемого материала и газового сушильного агента - по длине сушильного барабана, включающий участок исследования с датчиками измерения параметров взаимодействующих сред, установленными на входе на участок исследования и на выходе из него, участок подготовки и загрузки в барабан высушиваемого материала и ввода сушильного агента, а также разгрузочную камеру, отличающийся тем, что участок исследования по протяженности представляет часть длины вращаемого барабана исследуемой сушилки, при этом исследования выполняются путем проведения ряда последовательных экспериментов, в каждом из которых, за исключением первого, регулированием параметров на входе в участок исследования устанавливают значения параметров высушиваемого материала и сушильного агента, соответствующие измеренным значениям этих параметров на выходе из участка исследований в предыдущем эксперименте, в ходе первого эксперимента входные значения параметров устанавливают соответствующими входным параметрам исследуемой сушилки, общее число выполненных экспериментов должно быть равно n-L/L1,
где L - длина барабана исследуемой сушилки, L1 - длина участка исследования в экспериментальном стенде.
2. Экспериментальный стенд по п.1, отличающийся тем, что моделирование взаимодействия сред в поперечном сечении барабана на участке исследования осуществляется исходя из соотношения потоков в исследуемой сушилке.
3. Экспериментальный стенд по п.1, отличающийся тем, что оснащен увлажнителем сыпучего материала, установленным на участке подготовки и загрузки сыпучего материала в барабан.
4. Экспериментальный стенд по п.1, отличающийся тем, что оснащен увлажнителем сушильного агента, установленным в калорифере или после калорифера.
5. Экспериментальный стенд по п.1, отличающийся тем, что снабжен транспортирующим устройством для перемещения сыпучего материала из бункера сухого или частично высушенного материала в бункер исходного материала.
6. Экспериментальный стенд по п.1, отличающийся тем, что сушильный барабан снабжен двигателем, позволяющим изменять скорость вращения барабана.
