Сушіння глини у нерухомому шарі (стр. 2 из 5)
У першому розділі „Огляд літературних джерел” виконано критичний аналіз існуючих методів сушіння дисперсних матеріалів, закономірності протікання конвективного, радіаційного зневоднення колоїдних капілярно-пористих матеріалів (глини). Проаналізовано механізм та особливості перебігу сушіння в умовах фільтрації теплоносія листових матеріалів, виробів складної форми, дисперсних матеріалів, наведено його переваги та недоліки. Обґрунтовано вибір способу сушіння в умовах фільтрації теплоносія крізь шар висушуваного матеріалу. На основі такого аналізу визначено мету та задачі досліджень.
Другий розділ „Характеристика об‘єкта дослідження та методики проведення експериментів” обґрунтовано вибір досліджуваного матеріалу (дисперсної глини), наведено його характеристику та дисперсний склад. Представлено схеми та опис експериментальних установок з сушіння у нерухомому шарі, конвективним та радіаційним методами. Розроблено методики проведення експериментальних досліджень сушіння у нерухомому шарі: гідродинаміки під час руху теплоносія крізь шар сухого та вологого матеріалу, кінетики сушіння за різних параметрів процесу (температури, швидкості руху теплоносія крізь шар та висоти шару досліджуваного матеріалу). Представлено методики дослідження кінетики конвективним та радіаційним способами.
У третьому розділі „Гідродинаміка процесу сушіння глини” наведено результати досліджень гідродинаміки під час руху теплоносія крізь шар сухої кускової полідисперсної глини та монодисперсні шари глини, сформованої у вигляді частин циліндричної форми різних діаметрів. Встановлено, що ці залежності мають параболічний характер (рис. 1, 2).
Під час дослідження встановлено вплив діаметра циліндричної частинки глини на гідравлічний опір шару. Із збільшенням d частинки гідравлічний опір шару зменшується: для шару матеріалу Н = 0,13 м та фіктивної швидкості руху теплоносія
м/с гідравлічний опір шару з частинами розміром (d´h= 0,006 ´0,01 м) становить ДС = 980 Па, а для частин (d´h= 0,012 ´0,015 м) – ДС = 620 Па, тобто змінюється у 1,6 раза (рис. 2). Причиною цього є те, що із збільшенням діаметра частин, еквівалентний діаметр шару збільшується, внаслідок чого і спостерігається зменшення гідравлічного опору.  |  |
| Рис. 1. Залежність гідравлічного опору шару сухої глини, сформованої у вигляді частинок циліндричної форми, (d´h= 0,006 ´0,01 м) від фіктивної швидкості руху теплоносія: 1 – Н = 0,3 м; 2 – Н = 0,2 м; 3 – Н = 0,13 м; 4 – Н = 0,06 м; 5 – Н = 0,02 м | Рис. 2. Залежність гідрав-лічного опору шару сухої глини, сформованої у вигляді частинок циліндричної форми різних діаметрів, від фіктивної швидкості руху теплоносія за висоти шару Н = 0,13 м |
Для опису зміни гідравлічного опору сухого шару досліджуваної глини від геометричних його характеристик та фізичних параметрів теплоносія використано рівняння Дарсі-Вейсбаха:
. (1)Наведені у літературі рівняння для розрахунку коефіцієнту опору, який враховує втрати на тертя та на місцеві опори, не дають можливості розрахувати лпід час руху теплоносія крізь нерухомий шар. Тому, для досліджуваного шару матеріалу, приймаючи в загальному вигляді л=f(Re), значення коефіцієнта опору можна виразити у вигляді:
. (2)Коефіцієнти С, В та показник степеня п для розрахунку коефіцієнта опору та гідравлічного опору (1) шару глини, сформованої у вигляді частин циліндричної форми різних діаметрів, визначено експериментально (рис. 3). Для визначення залежності коефіцієнта опору від значень числа Re використано результати експериментальних дослід-жень гідравлічного опору шару висотою 0,13 – 0,3 м (рис. 1 криві 1 – 3), а також результати досліджень гідродинаміки монодисперсних шарів за змінного діаметру частин (рис. 2).
Експериментальне вивчення гідродинаміки монодисперсних шарів виконано у діапазоні чисел Рейнольдса
. Враховуючи, що числа Re дуже близькі до ламінарної області 
, то значення коефіцієнта опору л залежить тільки від числа Re. Отримані результати досліджень (рис. 3) дали змогу визначити аналітичну залежність коефіцієнта опору від режиму руху теплоносія крізь шар матеріалу в діапазоні : 
; (2, а)Отримана залежність для розрахунку зміни гідравлічного опору має вигляд:
(3)Внаслідок вивчення гідродинаміки під час руху теплоносія крізь шар вологої кускової полідисперсної глини (рис. 4, а) та глини, сформованої у вигляді частинок циліндричної форми (рис. 4, б), встановлено, що протягом часу сушіння гідравлічний опір шару та швидкість руху теплоносія змінюються незначно внаслідок явища сідання матеріалу.
В четвертому розділі „Дослідження кінетики сушіння дисперсних матеріалів” наведено результати досліджень кінетики сушіння кускової полідисперсної глини та глини, сформованої у вигляді частинок циліндричної форми у нерухомому шарі, конвективним та радіаційним способами. Виконано узагальнення отриманих результатів та аналіз впливу форми частин матеріалу та параметрів сушіння на процес зневоднення. Кінетичні криві сушіння кускової полідисперсної глини у нерухомому шарі показано на рис. 5, а, б.
 |
 |
Рис. 4. Зміна гідравлічного опору шару вологої глини залежно від фіктивної швидкості руху теплоносія: а) кускова полідисперсна глина за різних її висот: 1 – Н = 0,06 м; 2 – Н = 0,04 м; 3 – Н = 0,02 м. Т = 150°С,  м/с; б) глина, сформована у вигляді частинок циліндричної форми змінного діаметра, за Н = 0,04 м, Т = 150°С,  м/с |
Подібний характер мають кінетичні криві сушіння глини, сформованої у вигляді частинок циліндричної форми різних діаметрів у нерухомому шарі. Встановлено, що сушіння відбувається у першому та другому періодах. Тривалість першого періоду є меншою, ніж другого, однак у першому періоді видаляється ~ 50 % вологи. Експериментально встановлено, що коефіцієнт використання теплової енергії на сушіння у нерухомому шарі становить
= 0,63– 0,75. 
| Рис. 6. Зміна вологості глини, сформованої у вигляді частинок циліндричної форми, під час її сушіння у нерухомому шарі за різних діаметрів частинок та: DR = 100 Па, Н = 0,04 м,Т = 150°С |
Зменшення діаметра частин від d = 0,012 м до d = 0,006 м (рис. 6) призводить до зменшення тривалості сушіння від 4130 до 2500 с (в 1,65 раза). Під час сушіння частин глини розміром (d´h = 0,004 ´ 0,01 м) кінетичні криві збігаються з кривими для частинок (d´h = 0,006 ´ 0,01 м), що свідчить про те, що подальше зменшення діаметру частинок є недоцільним.
Вивчено кінетику конвективного та радіаційного сушіння кускової полідисперсної глини. Встановлено, що конвективне сушіння є інтенсивнішим, ніж радіаційне. Доведено, що радіаційне сушіння досліджуваного матеріалу є недоцільним, що пояснюється природою досліджуваного матеріалу, складністю регулювання температури теплоносія і низькою швидкістю зневоднення.
Для узагальнення першого періоду кінетики сушіння кускової полідисперсної глини та глини, сформованої у вигляді частинок циліндричної форми у нерухомому шарі, використано систему диференційних рівнянь матеріального балансу в шарі та кінетики сушіння (рівняння (4)1):
, (4)Узагальнення першого періоду сушіння досліджуваного матеріалу у нерухомому шарі дало змогу визначити швидкість сушіння у першому періоді залежно від параметрів процесу та його тривалість:
– длякускової полідисперсної глини швидкість сушіння N у першому періоді описана емпіричною залежністю:
N = 1,95×10-7 · T0,71×w00,33×H-1,73, (5)
. (6)– дляглини, сформованої у вигляді частинок циліндричної форми розміром(d´h = 0,006 ´ 0,01 м), швидкість сушіння N у першому періоді описана емпіричною залежністю: