Способ определения радиального коэффициента диффузии частиц материала в кипящем слое работающего аппарата

 

И.А. Дорогой, А.Н. Ванжа и Ю. И . Розенга рт

j с

I -. а% ф E . ч.

Ф

Донецкий научно-исследоватегьский институт йерной .:.; металлургии (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИАЛЬНОГО КОЭФФИЦИЕНТА

ДИФФУЗИИ ЧАСТИЦ МАТЕРИАЛА В КИПЯЩЕМ СЛОЕ

РАБОТАЮЩЕГО АППАРАТА та 11).

Изобретение относится к области исследования промывленных и лабораторных аппаратов кипящего слоя, а именно — к области определения радиального коэффициента диффузии частиц

5 в кипящем слое работающего аппарата и может найти применение в, химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Известен способ определения радиального коэффициента диффузии частиц в кипящем слое по кривым отклика, включающий изменение по определенному закону потока меченного материала на входе и регистрацию потока меченного материала на выходе аппараНедостатком способа является то„ что его трудно осуществить на промыв- о ленных аппаратах кипящего слоя.

Известен способ определения радиального коэффициента диффузии частиц в кипящем слое путем исследования теплопроводности слоя с мгновенным источником тепла, предусматривающий измерение разности температур между двумя точками слоя L2).

Малая разность температур между двумя точками слоя приводит к высокой относительной погрешности (Ao

244) при ее измерении, что снижает точность определения радиального коэффициента диффузии частиц.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения радиального коэффициента диффузии частиц в кипящем слое, заключающийся в измерении расхода ожижающей среды и материала, перепада давления кипящего слоя, температур ожижающей среды .на входе и температуры материала на входе и выходе аппарата и определении радиального коэффициента диффузии. частиц по формулам, описывающим

3 97233 тепловой режим аппарата с перемешиванием частиц в кипящем слое (3 ).

Недостатком известного способа является сложность в случа(исследования работающего аппарата, поскольку предполагает трудоемкие измерения в промышленных условиях коэффициента теплопередачи от ожижающей среды к частицам.

Цель изобретения — повышение эф- 10 фективности определения путем исключения операции определения коэффициента теплопередачи от ожижающей среды к частицам.

Поставленная цель достигается тем, 15 что в способе определения радиального коэффициента диффузии частиц материала в кипящем слое работающе- го аппарата, измеряют расход ожижающей среды и материала, перепад дав- 20 ления кипящего слоя, температуру материала на входе и выходе аппарата, измерения температур материала и ожижающей среды проводят дважды причем второй раз после изменения 25 расхода материала в 1,05-1,15 раз, а радиальный коэффициент диффузии

D определяют по формуле Ь

Ре где Ч - скорость направленного перемещения частиц вдоль аппара30 та;

Π— радиальный коэффициент диффузии частиц;

L - длина аппарата.

Одномерное уравнение теплопроводности в радиальном направлении в рам35 ках диффузионной модели перемешивания частиц имеет вид ч с и

Ф С, аРс Ре

©к- H

4 е)(Р (Ре!:Ю) И -P")

I (22

40 (Ре ),)1) .(е = 1+(ФФ/Ре) ) ° S сИ 1

Ре д {, „=ократность изменения расхода материала; отношение водяных эквивалентов ожижающей среды и материала; диффузионный критерий

Пекле в радиальном направлении; отно ение длинь! к ширине а(н)дратв;..де W и Р() определяют из системы уравнений

Ок- Ь„4фЕХ (РЕ/т)({-P ) Э„,-t,„{í ) -U-p) exp (-Щ> ю, -t „(í p)) -(p) Exp (-) ф) здесь - безразмерный комплекс, l — безразмерный комплекс, = ))й в) ), О 4

AP — перепад давления кипящего слоя{

Ч С - соответственно расход, 1 плотность и удельная теплоемкость ожижающей среды;

С - удельная теплоемкость

tlat материала;

- температура ожижающей

H среды на входе аппарата;

$ - температура ожижающей

И среды после изменения расхода материала;

Ц„ e - температура материала

° Н1 на входе и выходе аппарата;

Ой,9„- температура материала после изменения расхода материала.

При помощи перемешивания в кипящем слое определяют тепловой режим аппарата, характеризуемый диффузионным критерием Пекле в радиальном направлении

d V ДЧ -Ре д{ -ЪРеЧ=О) с граничными условиями

Безразмерные переменные и безразмерные параметры, входящие в формулы (2 и 3) есть

Ч СР, { = Ч= И Ф а с 9 (4) д, G „„l. 6„,уу„ час 9 ) )

zv< < р ЭаРс сл арс

2330

5 97 где W - отношение водяных эквивалентоя ожижающей среды и материала;

Ч Q — объемы ожижающей среды и ма2, 1И териала, проходящие через аппарат в единицу времени;

Св С - удельная теплоемкость газа и щ и соответственно материала; р о - плотность соответственно газа

ЬУи и материала;

Ч - объем и пористость кипящего с, слоя;

ЬР - перепад давления кипящего с слоя;

N - отношение длины к диаметру аппарата;

+ 9 - температура ожижающей среды

HI Н и материала на входе аппарата;

9 - текущая температура материала по длине.. аппарата, Х - текущая координата.

Общее решение уравнения (2) есть

v(g) =с„ехр б„ +сехр 6<), Й) !

О где ф.., 4К % е

15 При проведении исследований в многоэонной работающей печи кипящего слоя изменение расхода материала в одной из зон или в целом по печи приводит к изменению температуры ожи2ф жающей среды и, тем самым, к изменению фактического расхода. Изменение фактического расхода, т.е. скорости ожижающей среды вызывает изменение интенсивности перемешивания частиц

25 в кипящем слое. Многозонные обжиговые печи кипящего слоя по условиям оптимального теплового режима работают с отношением водяных эквивалентов ожижающей среды и материала

30 W = t 5-2,5. При этом изменение температуры нагрева или охлаждения на

50 С вызывает уменьшение или увели", чение температуры ожижающей среды на

33-20 С, что практически не приво35 . дит к изменению фактического расхода ожижаюц|ей среды.

Проведенные исследования показали, что это условие выполняется при изменении расхода материала в 1,05,фв 1,15 раз.

Способ осуществляют следующим образом.

В зоне работающего кипящего слоя с отношением длины к ширине М = 5

45 измеряют расход ожижающей среды, перепад давления кипящего слоя, температуры материала на входе и выходе, температуру ожижающей среды на входы эоны. Результаты измерений, например

5в следующие

Ч = 10 м, дР = 6000 Иа, 9 = 440 С, g = 160 С, t 7 5C. После измек нения расхода материала в 1,12 раз результаты измерений следующие

8„ = 400 С, Q» = 150 С. т.,, = 85 С.

Из системы уравнений (7 и 11) с учетом (6 и 12) определяем

1 где е

512= 2 И+W, - 1 "+ ® е

Ч =

9H-t, W =,1,75 и Ре = 50 где С С вЂ” постоянные интегрирова4 2. ния, определяемые из граничных условий (3). безразмерную температуру материала на. выходе аппарата определяют, полагая в (5) g = 1.

При изменении расхода материала через аппарат в К раз безразмерная температура материала на выходе аппарата также изменится и составит

4Ь е (ele2(4-p )

+ 2 -(1-P )e xP (P Pe) (8) где = AWФ

Р=

V Ñ<Ð< (92

9/=

6 С1

Индекс относится к величинам после изменения расхода материала. ь

Из уравнений (42 следует, что

pi ы; Q yy, (

4 8хр(р (гк)Иф) в„ -+4 О+р 2 -0Ф)ехр (- p e) 972330

1О

Формула изобретения

30. Ч стРа N )= в . С В

ВНИИПИ Заказ 8505/32 Тираж 887 Подписное филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Подставляя значения величин и

Ъ ЬР, W и Р, в уравнение (4) с учетом табличных. значений С, и

Crn вычисляют радиальный коэффициент диффузии частиц в кипящем слое

-.O,ÎÎ 6 м!с °

e, „äÐt Ð О,В 6qoO 3,76 В

Проведение по предлагаемому способу серии экспериментов с изменением расхода ожижающей среды, перепада давления кипящего слоя позврлит получить обобщенную зависимость для 1% расчета радиального коэффициента диффузии частиц в кипящем слое.

Предлагаемый способ определения радиального коэффициента диффузии 20 частиц в кипящем слое работающ)его аппарата упрощает проведение измерений за счет исключения необходимости определения коэффициента теплопередачи от ожижающей среды к части- 2З цам ° .1

Способ определения радиальнрго коэффициента диффузии частиц материала в кипящ)ем слов работающего аппарата, заключающийся в измерении расхода ожижающей среды и материала, перепада давления кипящего слоя, температуры ожижающей среды на входе и температуры материала на входе и выходе аппарата, о т л и ч а ю щ и йс я тем, Что,с целью повышения эффек-40 тивности определения, измерения температур материала и ожижающей среды проводят дважды, причем второй раз - после изменения расхода материала в 1,05-1,15 раз, а радиальный коэффициент диффузии D определяют по формуле где W и Ре определяют из системы, уравнений

9 - (й))(()(я) н - н О+В(-Р) екР(- Р )

Ок-t,, 4Ð å х р (Ре!2,к%-И н t4 О В ) -О Р )ехр е1 здесь - безразмерный комплекс, >.- ) Т пь), t - безразмерный комплекс,,Р <+(4)) ))))())))Р)Е)))

К - кратность изменения расхода материала;

W - отношение водяных эквивалентов ожижающей среды и материала;

Р - диффузионный критерий Пекле в радиальном направлении и - отношение длины к диаметру аппарата;

AP - перепад давления кипящего слоя;

Ч Я,С- соответственно расход, плотность и удельная теплоемкость ожижающей среды;

С - удельная теплоемкость маЬ териала;

t„ - температура ожижающей среды на входе аппарата;

t температура ожижающей среды после изменения расхода материала; К,6 - температура материала на входе и выходе аппарата;

O ;g - температура материала после изменения расхода материала, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Тодес О,М., Лезвин Ю.С., Шейнина Л.С. "Теоретические основы хи-. мической технологии". Т.2, Р 1, 1968.

2. Забродский С.С. нГидродинамика и теплообмен в псевдоожиженном слое", М,, Госэнергоиздат, 1963.

3. Гельперин Н.И., Айнштейн В.Г., Кваша В.Б. Основы техники псевдоожижения". И., "Химия", 1967, с.226 (прототип).