Интенсификация теплообмена при сушке гранул шрота, полученных скоростным гранулированием

Аннотация

Актуальность темы. Президент Республики Узбекистан И.А.Каримов при определении стратегических целей в области реформирования экономики, одним из важнейших положений определил следующее: "...осуществление глубоких структурных преобразований экономики, обеспечение эффективного использования материальных, природных и трудовых ресурсов, производство конкурентоспособной продукции, интегрирование в мировую экономическую систему»1. В этом свете важнейшей задачей стоящей перед маслодобывающей промышленностью является повышение эффективности переработки хлопковых семян и продуктов его промышленной переработки - шрота. В настоящее время хлопковый шрот после технологической переработки складируется, и подвергается порче тем больше, чем дольше он хранится. Доля хлопкового шрота составляет до 47% от производительности предприятия по исходному сырью, т.е. по семенам хлопчатника. Вследствие того, что получаемый шрот не кондиционен по влажности и гранулометрическому составу, а размеры частиц шрота колеблется от мелкодисперсного до 10-15мм. Следовательно, гранулирование рассыпного хлопкового шрота является эффективным способом ликвидации вышеназванных недостатков. Анализ состояния вопроса кондиционирования шротов как по влажности, так и гранулометрическому составу показал, что работ посвященных данной проблеме крайне малочисленны. Данные же по сушке гранулированного шрота вообще отсутствуют. Общеизвестно, что сушка - один из самых энергоемких процессов, поэтому в области техники сушки, экономия энергетических ресурсов всегда является актуальной проблемой. Известно, что создание высокоэффективных и экономичных сушильных аппаратов и установок позволит значительно снизить энергоемкость процесса сушки. В последние годы все шире применяются сушилки с активными гидродинамическими режимами. Обработка полидисперсных материалов в струйно-псевдоожиженном слое является одним из способов интенсификации тепло-и массообмена дисперсной фазы с теплоносителем. Но данный процесс применительно к гранулам хлопкового шрота, полученных скоростным гранулированием вообще не изучен и не исследован. Следовательно, возникает необходимость проведения экспериментальных исследований, обобщение данных и анализ данных по сушке гранул в струйно-псевдоожиженном слое. Данная работа выполнена в соответствии с ГНТП ГКНТ РУз по направлению «Разработка ресурсосберегающих, экологически безопасных технологий для производства химических и пищевых продуктов», шифр 19.4, государственный регистрационный № 01.97.0006056, а также с планом НИР госбюджетной НИГ «Тепломассообмен» и кафедры «Технологические процессы и аппараты» ТашХТИ. Цель работы: исследование гидродинамики и теплообмена при сушке гранул хлопкового шрота в струйно-псевдоожиженном слое, а также аппаратурное оформление процессов гранулирования и сушка. Научная новизна: - разработан новый способ сушки твердых тел в струйно - псевдоожиженном слое при числах псевдоожижения KW<1,8 и разности температур теплоносителей общего потока и струи 60-80°С, позволяющий снизить энергозатраты; - получены новые опытные данные по гидродинамике струйно-псевдоожиженного слоя гранул хлопкового шрота и выведена критериальная формула для расчета скорости начала псевдоожижения; - выявлены пределы существования неподвижного, псевдоожиженного слоя и уноса гранул хлопкового шрота при струйном псевдоожижении; - получены новые данные по теплообмену при сушке гранул хлопкового шрота в псевдоожиженном слое, при наложении гидродинамически активных, плоских струй; - определены оптимальные режимные параметры процесса сушки гранул шрота: температура общего потока ton = 60°С, струи tCT = 120-140°С и число псевдоожижения Kw< 1,8, при которых циркулирующая модель перемешивания гранул близка к идеальной, а энергетические затраты минимальны; - установлено влияние режимных параметров на теплообмен при сушке гранул шрота в условиях струйного псевдоожижения, при котором интенсификация теплообмена составляет 10-30%. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 1. Проведены исследования и получены новые данные по гидродинамике и теплообмену в условиях псевдоожижения при наложении гидродинамически активных струй в широком интервале изменения влажности материала, температуры и скорости теплоносителя общего потока и струи. 2. Предложен способ сушки влажных гранул в энергетически эффективной области (KW<1,8) и при разности температур между общим потоком теплоносителя и струей в пределах 60 ч- 80°С. 3. Определены численные значения скорости начала псевдоожижения и скорости уноса гранул хлопкового шрота, диаметры которых изменяются в диапазоне от 0,5 до 8 мм и выведена формула для их расчета. На основе выведенных критериальных формул по гидродинамике псевдоожиженного слоя определены пределы существования состояния слоя гранул шрота. 4. Выявлено, что одновременное проведение процессов обогащения и гранулирования рассыпного хлопкового шрота путем скоростного гранулирования позволяет увеличить насыпную плотность материала до 30%. 5. Определены оптимальные режимные параметры процесса сушки гранул шрота, полученных скоростным гранулированием: температура общего потока ton = 60°С, струи - tCT = 120 ч- 140°С и число псевдоожижения Kw < 1,8, обеспечивающие сокращение энергетических затрат. 6. Установлено, что с ростом скорости и температуры теплоносителя коэффициент теплоотдачи а и интенсивность теплообмена Nu повышается, а с повышением влажности и удельной массовой нагрузки материала падает. Для расчета Nu выведена критериальная формула, погрешность которой не превышает ± 8,9 %. 7. Установлена степень влияния гидродинамически активных, плоских струй на теплообмен при сушке гранул шрота в условиях струйного псевдоожижения, при котором достигается интенсификация теплообмена до - 30%. 8. В результате кондиционирования исходного шрота по гранулометрическому составу и влажности, т.е. тепловой обработки, улучшаются условия транспортировки, хранения и устраняется слеживаемость гранулированных шротов, а самое главное ликвидируется мелкодисперсная фракция. Кроме того, повышаются товарный вид и качество хлопковых шротов. 9. Разработана инженерная методика расчета промышленных аппаратов, для сушки гранул хлопковых шротов в струйно-псевдоожиженном слое с использованием гидродинамически активных, высокотемпературных струй. 10. Предложена безотходная и энергетически эффективная технология получения обогащенных, улучшенного качества и гранулометрического состава гранулы шрота, включающая скоростной гранулятор и сушилку струйно-псевдоожиженного слоя. 11. Произведен экологический анализ предлагаемой технологии и установлено, что данная технология позволяет ликвидировать загрязнение окружающей среды и потери ценного маслосодержащего сырья. 12. Ожидаемый экономический эффект от организации мероприятия по улучшению качества хлопкового шрота, по предлагаемому методу составит 48,05 млн. сум/год, на предприятие производительностью 280 т семян в сутки.