Разработка автоматического управления процесса сушки полидисперсных материалов во взвешенно-закрученном слое (стр. 5 из 9)

Принцип сушки материалов в кипящем слое состоит в следующем: если к зернистому материалу, уложенному на решетку, подводить снизу воздух, постепенно увеличивая его скорость (рис. 1.12), то при некоторой скорости υвсп высота слоя Н начинает постепенно увеличиваться. При дальнейшем увеличении скорости до величины υ'кр = υ'ч (υ'ч - скорость витания слоя), напор достигает максимального значения ∆Ркр и соответствует весу материала плюс некоторому перепаду ∆Ркр - ∆Ркип необходимому для затраты энергии на отрыв частиц друг от друга.

Затем сопротивление слоя ∆Р резко падает, а скорость в слое материала υФ увеличивается.

Такое изменение сопротивления объясняется образованием в слое каналов, через которые прорывается некоторая часть газа. Скорость газа, соответствующую точке С и υ'кип, принимают за начало первой стадии псевдодвижения.

Рисунок 1.12 – Схема границ образования кипящего слоя

∆Р - сопротивление слоя; υг — скорость газа в слое; Н —высота слоя

В этом состоянии в слое возникают отдельные фонтаны бурного кипения, большая же часть частиц остается почти неподвижной. Постепенное увеличение скорости воздуха выше υ'кип способствует возникновению все новых очагов кипения, интенсивность движения частиц в слое возрастает, повышается равномерность кипения. Сопротивление слоя несколько возрастает, а скорость газа в слое или скорость фильтрации υФ падает (участок СD), а затем, начиная с некоторого значения скорости набегающего потока (точка D), ∆Рк и υФ практически остаются постоянными (участок DE). Постоянство скорости фильтрации υФ, несмотря на увеличение скорости набегающего газа на решетку, объясняется увеличением высоты слоя, которое обеcпечивает постоянство проходного сечения для газа в кипящем слое. Значение скорости газа, отнесенное к скорости потока газа, набегающего на решетку, принято соответствующим началу второй стадии псевдодвижения — стадии вихревого кипения — и обозначается υ''кип .

При вихревом кипении имеет место неустановившееся цикличное движение частиц в объеме слоя.

Сушку в кипящем слое в большинстве случаев целесообразно проводить в начале второй стадии псевдодвижения, когда незначителен вынос мелких частиц и обеспечивается хорошее перемешивание слоя, т.е. при скорости газа, близкой к скорости υ''кип . На практике обнаружено υ''кип = 0,15ч0,20 υвит этих частиц.

Рисунок 1.13 – Характер изменения структуры слоя в зависимости от числа псевдоожижения

а — неподвижный слой; б — кипящий слой в начальной фазе; в — пузырчатое кипение слоя; г – поршневое кипение слоя

Если проводить сушку в кипящем слое в трубах малого диаметра (75—100 мм), то при скоростях газа, близких к скорости витания частиц (точка Е на рис. 1.12), происходит прорыв через кипящий слой крупных пузырей газа (рис. 1.13,в) и начинается интенсивное выбрасывание частиц над поверхностью слоя. Пузыри могут увеличиваться в объеме, и таким образом, заполняется все сечение камеры. Начинается так называемое поршневое кипение слоя, заключающееся в том, что слой разделяется крупными пузырями и происходит расслоение материала (рис. 1.13,г).

Явления поршневого кипения наблюдаются в трубах небольшого диаметра. В установках с большим диаметром решетки при вихревом кипении наблюдаются каналообразование и проскоки воздуха, которые увеличиваются с повышением скорости газа, что значительно ухудшает тепло- и массообмен слоя с газом. Для улучшения работы сушилки применяют мешалки устраняющие каналообразование.

2. АВТОМАТИЗАЦИЯ СУШИЛЬНЫХ УСТАНОВОК

2.1 Классификация способов автоматизации

Современное развитие техники сушки материалов в значительной степени связанно с применением высоких температур, а в ряде случаев и влажностей сушильного агента или мощных лучистых потоков при радиационной сушке, так как это дает возможность интенсифицировать процесс сушки материалов. Однако эффективное управление быстропротекающими процессами сушки невозможно без применения автоматического регулирования и управления. При ручном регулировании в этих случаях невозможно осуществить точное поддержание высоких температур сушильного агента или излучающей поверхности в заданных пределах, Поэтому неизбежны хотя бы кратковременные превышения заданной температуры, а это часто приводит к порче сушимого материала и сводит на нет все преимущества сушки или применения высоких параметров сушильного агента. Применение автоматизации и автоблокировки в сушильных установках необходимо и по требованиям техники безопасности, например при сушке токами высокой частоты, при сушке взрывоопасных и ядовитых веществ и т.п.

Автоматизация управления повышает культуру эксплуатации и к. п. д. сушильной установки, увеличивает ее производительность, улучшает качество сушки, повышает надежность работы, облегчает условия труда и позволяет уменьшить количество обслуживающего сушилку персонала.

Современная техника комплексной автоматизации и механизации достигла значительного совершенства, и в настоящее время применяются:

1. Автоматическое регулирование сушилок непрерывного действия, обеспечивающее постоянство заранее заданных значений одного или нескольких параметров режима сушки, например температуры и влажности сушильного агента в различных зонах рабочей камеры сушилки.

2. Программное автоматическое регулирование сушилок периодического действия, обеспечивающее (заранее заданное) регулирование параметров режима сушки по мере протекания процесса сушки, т. е. изменение непрерывно или через определенные промежутки времени температуры и влажности сушильного агента в рабочей камере сушилки.

3. Автоматическая защита и сигнализация, предохраняющие сушильный агрегат от аварии. Обычно в таких случаях используют автоматические сигнализаторы, при их установке в нескольких сушилках делают один звуковой сигнал. В схеме предусматривается кнопка для прекращения звукового сигнала и возможности его последующего включения, если в этот же момент, когда еще не ликвидирована авария в первой камере, повысится температура в какой-либо другой камере. При наличии автоматического регулирования термосигнализацию в ряде случаев не устраивают.

4. Автоматическая блокировка, обеспечивающая включение и выключение группы вспомогательных механизмов и органов управления (задвижек, вентилей, заслонок и т. п.) с определенной последовательностью, требующейся по технологическому процессу. Такой блокировкой, например в малярных сушилках, являются автоматическое выключение подачи газа к горелкам, переключение газов из топки на дымовую трубу и остановка конвейера сушимых материалов, если произойдет аварийная остановка дутьевого вентилятора.

2.2 Технологические основы регулирования сушилок с кипящим слоем

В промышленных сушильных установках КС тепловое равновесие между газообразным теплоносителем и материалом слоя устанавливается уже на небольшом расстоянии от газораспределительной решетки. В результате температуры покидающих слой газов и материала практически равны между собой независимо от начальной температуры теплоносителя и интенсивности подвода тепла в слой. Эта концепция позволяет рассматривать регулирование температуры слоя в аппаратах КС как постоянное и непрерывное поддержание равновесия между приходом тепла с теплоносителем и его расходом на нагревание материала и испарение воды при заданных условиях сушки. Нарушение теплового баланса в объекте в результате возмущающих воздействий вызывает изменение выходных параметров.

2.3 Регулирование процессов в сушилках с КС

Характерной особенностью таких сушилок является малая тепловая инерция и связанные с этим большие скорости изменения параметров, что часто делает невозможным управление процессом вручную. Температура в кипящем слое довольно точно характеризует конечную влажность материала, так что, регулируя температуру слоя, можно обеспечить требуемое значение показателя эффективности. На практике осуществляют два способа регулирования температуры слоя: изменением загрузки влажного материала и изменением расхода сушильного агента.

При использовании первого способа может автоматически увеличиться производительность сушилки (в случае уменьшения начальной влажности материала). Однако в этом случае между сушилкой и предыдущим технологическим аппаратом должен быть помещен промежуточный бункер, что нежелательно, а часто и просто недопустимо (из-за тенденции влажного материала к свободообразованию и зависанию в бункере). Схема автоматического управления работой такой сушилки (рис. 2.1, а) включает в себя узлы регулирования соотношения расходов топлива и первичного воздуха, температуры сушильного агента на входе в сушилку, расхода сушильного агента, температуры кипящего слоя, уровня кипящего слоя и разрежения в сушилке.

Рисунок 2.1 - Схема регулирования процесса в сушилках с кипящим слоем:

а — регулирование температуры изменением подачи сырого материала; б —регулирование температуры изменением расхода сушильного агента; 1 — сушилка; 2 — кипящий слой; 3 — решетка; 4 — топка; 5 — промежуточный бункер; 6 — питатели; 7 — вариаторы; 8 —электродвигатели; 9 — циклон

Регулирование уровня слоя обеспечивает определенное время пребывания материала в сушилке и исключает унос материала с сушильным агентом. При этом достигается постоянное гидродинамическое сопротивление слоя и оптимальный аэродинамический режим процесса сушки. Регулирование уровня слоя осуществляется с помощью регулятора перепада давлений под решеткой и в верхней части аппарата; регулирующее воздействие вноситься путем изменения расхода материала, выводимого из сушилки. Регуляторы температуры слоя и перепада давления воздействуют на вариаторы 7, изменяющие скорость вращения барабанов лопастных питателей 6.