книги / Обжиг в кипящем слое в производстве строительных материалов
..pdf2.ГИДРОДИНАМИКА ПСЕВДООЖИЖЕНИЯ ПОЛИДИСПЕРСНЫХ СМЕСЕЙ ГЛИНИСТЫХ» ВУЛКАНИЧЕСКИХ И ТОМУ ПОДОБНЫХ ПОРОД
а) Скорость газов для создания кипящего слоя
Одной из основных задач исследования |
|
гидро |
|||||||||
динамики псевдоожижения природного |
|
и |
|
вспучен |
|||||||
ного перлита, глинистого сырья и |
|
керамзитового |
|||||||||
песка было установление соответствующей |
зависи |
||||||||||
мости для расчета критической скорости |
|
псевдо |
|||||||||
ожижения их полидисперсных смесей. |
|
|
|
|
|
|
|||||
Попытка использования имеющихся формуй |
пока |
||||||||||
зала весьм а большие расхождения между |
|
расчет |
|||||||||
ными величинами, полученными по различным |
|
фор-, |
|||||||||
мулам |
(та б л, 1 ), |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Была специально исследована гидродинамика ки |
|||||||||||
пящего слоя полидисперсных смесей мелких |
фрак- |
||||||||||
дий глинистых и вулканических пород, а также |
по |
||||||||||
ристых заполнителей, получаемых на их |
|
основе. |
|||||||||
•Эксперименты проведены[3 , 4 , 5, 6 , |
8] |
на |
|
мо |
|||||||
дельной |
установке |
|
кипящего |
слоя |
(рис. |
4 ) . |
|
|
|||
В зависимости от размера частиц |
|
полидисперс |
|||||||||
ных см есей диаметр цилиндра 7, выполненного |
из |
||||||||||
органического стекла, составлял 1 0 0 |
и |
|
2 0 0 |
мм. |
|||||||
Такие размеры цилиндров исключают влияние |
|
при-, |
|||||||||
стеночного эффекта, так как отношение |
диаметров |
||||||||||
цилиндров к диаметру наиболее крупной |
|
частицы |
|||||||||
превышало 1 5 , что |
позволяет считать |
|
обоснован |
||||||||
ным моделирование |
процесса |
псевдоожижения |
|
в |
|||||||
данной |
установке. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Опыты проведены на дробленом |
природном |
|
fiep- |
||||||||
.*кте с |
размерами |
частиц от |
0,1 до |
3 |
мм |
и |
вспу |
||||
ченном |
перлите с |
размерами |
частиц |
от 1 |
|
|
до |
||||
1 0 мм. Полидислерсные смеси составляли |
из узких, |
||||||||||
фракций, взяты х в определенных пропорциях, |
|
они |
|||||||||
были подвергнуты |
псевдоожижению |
в |
|
изотермичес |
|||||||
ких условиях при |
температуре окружающей |
среды. |
Т а б л и ц а |
1. Расч етн ы е значения |
критической |
|||
|
скорости |
псевдоожижения |
поли - |
||
|
дисперсной см еси |
перлита, |
гра |
||
|
нулом етри ческого |
состав а |
1 , 5 - |
||
|
2 м м - |
2 5 ; 1 - 1 ,5 |
м м - |
25; |
|
|
0 ,5 - 1 м м - 5 0 в % |
|
|||
Авторы |
Ф орм ула |
|
Значение |
||
|
|
|
|
критичес |
|
|
|
|
|
кой |
ско |
|
|
|
|
рости, |
м /с
Л,А . А копян**
А.Г . Касаткинч
m
И ,М , Федоров [ 1 0 6 ]
Н.А . Ш ахова,
А.И , Рычков [1 1 2 1
В .Д . Горошко, Р ,Б , Р о зен б а ум , О .М . Т о д е с
[3 5 1 М . Л ева
[6 0 1
9 »
Н ,Б , Кондуков [ 4 7 ]
Р е =о,з 67(jf>ArP, s l |
|
2 ,5 4 |
||
R e = 0 ,0 9 5 F e 1 ,5 6 |
|
0 ,5 3 |
||
l ? e = 0 , 1 0 l [ A p ( . t 'e ) ] |
2 ,2 3 |
|||
R e = |
A r |
_ |
|
|
|
1 4 0 0 + 5 ,2 2 VZ? |
|
0 ,3 9 |
|
G |
1 |
Я 9 |
|
|
= 0 ,0 0 9 2 3 * 3 |
’ |
* |
|
|
|
|
|
|
0 ,2 |
. L / V U W r ) ] 0 ’ 9 4 . * 4 |
||||
|
7 0 ,8 8 |
|
|
Гт |
Re |
1 ,5 6 |
|
|
|
|
■ А г / * * |
° * 9 6 |
||
|
|
|||
|
1 3 0 |
|
|
*коэффициент формы, геом етрический.
** Критическая скорость рассчитана без учета коэффициента формы.
Рис. |
4 . Схема установки |
для |
исследования гидро |
|||||||
динамики псевдоожижения |
полидисперсных |
смесей |
||||||||
|
глинистых, вулканических и тому подобных пород |
|||||||||
|
1 |
_ |
U -образный манометр; 2 |
- |
ротаметры; |
|||||
3 |
- |
тягонапоромеры; 4 - циклон; 5 - |
термометр; |
|||||||
6 |
- |
мерная |
линейка;7 - |
аппарат кипящего с л б я ;8 -и з |
||||||
мерительная |
диафрагма; |
9 |
- |
нагнетатель |
воздуха |
|||||
|
В |
экспериментах и при обработке |
результатов |
|||||||
использованы исходные |
предпосылки |
|
исследований |
|||||||
гидродинамического сопротивления |
полидисперсных |
слоев с телами сферической формы [48, 49, 51, 54*1*
Типичные кривые при переходе материала |
из |
|||
неподвижного состояния в состояние кипящего |
слоя |
|||
для полидисперсных см есей природного и |
вспучен |
|||
ного перлита.одного и того же гранулометрическо |
||||
го состава показаны на рис. 5 , по этим |
кривым |
|||
устанавливали критическую скорость газов. |
Ее |
|||
значение |
определяется точкой пересечения |
гори |
||
зонтальной линии tg 2 liP = co n st , выражающей |
ре |
|||
жим кипящего слоя, с наклонной линией |
lgA p =fL i% w ), |
|||
которая |
характеризует режим фильтрации |
газов че |
||
рез неподвижный слой материала. |
|
|
||
Обработка |
экспериментальных данных |
проведена |
||
на основании |
внешней задачи гидродинамики в |
виде |
Р и с, |
5 . Кривые |
псевдоожижения |
полидисперсных |
||||||||||||
см есей |
природного |
и вспученного |
перлита в |
|
лога |
||||||||||
рифмической |
|
си стем е координат |
|
|
|
|
|
||||||||
а ~ |
природный перлит |
фракции 1 - 1 , 5 |
мм |
- |
5 0 % ; |
||||||||||
2 ,5 - 3 |
м м - |
5 0 % ; |
б-* |
вспученный |
перлит |
|
фрак |
||||||||
|
ции |
1 - 1 , 5 |
|
м м - |
5 0 % , |
2 ,5 - 3 |
м м |
- 5 0 % |
|||||||
|
|
|
|
|
|
<9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
зависимости |
произведения |
эквивалентного |
коэффи |
||||||||||||
циента |
гидродинамического |
сопротивления |
|
|
|||||||||||
и критерия подобия гранулом етрического |
|
состав а |
|||||||||||||
/^максХ0^ |
|
|
о т |
модифицированного |
критерия |
Р е й - |
|||||||||
У * * |
I |
~ |
|
Ре |
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
нольдса |
|
<е&- |
— — |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Р е з у л ь т а т ы |
обработки данных |
экспериментов для |
|||||||||||||
критического |
состояния |
псевдоожижения, |
а |
|
также |
||||||||||
расчетны е данные, показывающие зависим ость |
про |
||||||||||||||
изведения коэффициента |
гидродинамического |
сопро |
|||||||||||||
тивления |
и критерия подобия |
гранулом етрического |
|||||||||||||
состав а |
о т модифицированного |
критерия |
Рей н ольдса, |
||||||||||||
показаны |
на |
рис. |
6 , |
Кривая |
на |
этом |
рисунке |
||||||||
св и д етельств ует |
о |
тенденции к |
изменению |
|
экви |
валентного коэффициента гидродинамического сопро
тивления по обычной закс?номерности для |
зернис |
|
т о го |
слоя , которая м ож ет бы ть в общ ем |
виде опи |
сана |
формулой: |
|
Рис* 6, Зависимость произведения эквивалент
ного коэффициента гидродинамического |
сопро |
||||||||
тивления |
и критерия |
подобия гранулометричес |
|||||||
кого состава |
( |
4 |
) от |
модифицирован |
|||||
|
ного |
критерия Рейнольдса |
( |
|
) |
|
|||
|
1 |
- мо нодисперсный слой; |
2 - |
полидиспер- |
|||||
сный слой с телами сферической формы; 3 |
- |
||||||||
полидисперсный |
слой |
с телами |
|
неправильной |
|||||
формы; 4 - природный перлит; 5 |
- вспученный |
||||||||
|
перлит; 6 - глина; 7 - известняк |
|
|||||||
Величины А |
и |
/7 |
определены |
аппроксимацией |
|||||
результатов |
опытов методом наименьших |
квадра |
|||||||
тов |
по трем |
участкам, |
каждый с |
/ 7 - c o n a t . |
|
||||
В |
результате |
обработки данных, |
полученных |
на |
электронно-счетной машине, имеем следующие зна
чения А и п |
: |
|
0,5«R% <20, А |
- 5 0 0 , |
|
1 участок |
- |
при |
/7=0,68; |
||
И участок |
- |
при |
20<1?е^<80,^ = 4 8 0 , |
/7=0,58; |
|
III участок |
- |
при |
80<Re£< 1 2 0 0 , |
А ~ 5 7 , |
/7=0,14. |
С овм естны м |
реш ением уравнения ( 3 ) |
перепада |
||||
давления в |
с л о е |
для режима |
кипящего слоя и урав |
|||
нения ( 4 ) |
Д ар си -В ей сбаха, |
преобразованных |
для |
|||
внешней задачи |
гидродинамики с |
использованием |
||||
критериальной зависимости |
( 7 ) , |
получена |
формула: |
|
|
|
|
|
|
|
|
(8> |
С |
использованием |
конкретных |
значений |
А |
и п в |
|||
зависимости |
( 7 ) |
для |
С и т в формуле ( 8 ) |
имеем |
||||
значения: |
|
|
|
|
|
|
|
|
I у ч а с т о к - |
£ = 0 , 0 0 2 , |
|
т = 0 ,7 6 ; |
|
|
|||
II |
участок |
- |
£ - 0 , 0 0 2 1 , |
|
ю = 0 ,7 ; |
|
|
|
III |
участок |
- |
£ = 0 , 0 1 4 , |
|
Ш= 0 ,5 4 . |
|||
Среднее отклонение эксперим ентальны х |
|
значе |
||||||
ний о т расчетных |
по формуле ( 8 ) |
не превышает 15%, |
||||||
На экспериментальную |
кривую |
3 |
(с м . рис. |
6 ) на |
||||
несены также |
данные |
опы тов, |
проведенных |
с |
дроб |
лены м глинисты м м атериалом и известняковыми по
родами. А нализ показы вает, что установленная |
за |
||||
висимость справедлива также и для этих |
м ате |
||||
риалов. |
|
|
|
|
|
Применимость формулы ( 8 ) для расчета |
|
ско |
|||
рости газов при производстве керам зитового |
песка |
||||
устанавливали путем |
сравнения |
экспериментальных |
|||
значений критической скорости псевдоожижения |
гли |
||||
нистого сырца и керам зитового |
песка ( табл. |
2 ) |
с |
||
расчетными, вычисленными по формулам И .М . |
Фе |
||||
дорова, О .М . Т од еса |
и |
др. [ 7 6 ] . |
|
|
|
Наиболее близкие |
к |
экспериментальным |
значе |
ниям критической скорости псевдоожижения глинис
того сырца и керам зитового песка даю т |
расчеты |
||||
по формуле ( 8 ) , что |
видно из данных табл. |
3 . Бы |
|||
ли проверены также формулы ряда других |
авто |
||||
ров [1 , |
5 2 , 6 0 , 1 1 2 ] , |
в р езульта те |
чего |
уста |
|
новлено, что эти формулы дают большие |
откло |
||||
нения, |
чем формула |
( 8 ) , |
что позволяет |
рекомен |
|
довать |
формулу ( 8 ) |
для |
расчета критической с к о - |
|
Т а б л и ц а |
2 . Характеристика |
см есей |
глинистого |
сырца |
и |
|
||||
|
|
|
|
|
керамзитового |
песка |
|
|
|
|
|
№ |
|
Зеоновой |
состав |
см есей (в |
% по |
массе! |
с оазмеоа]ми зеоен. мм Эквива |
Насыпная |
|||
см е |
0 ,5 - 1 |
1 - 1 ,5 |
1 ,5 - 2 |
2 - 2 ,5 |
2 ,5 - 3 |
3 - 4 |
лентный |
м асса, |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
диаметр, |
кг/м |
||
сей |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
Глинистый сырец |
|
|
|
|
||
|
1 0 0 |
- |
|
- |
|
- |
- |
- |
0 ,6 9 3 |
8 9 5 |
|
2 |
|
- |
1 0 0 |
|
- |
|
- |
- |
- |
1 ,2 1 5 |
8 9 5 ‘ |
3 |
|
- |
- |
|
1 0 0 |
|
_ |
- |
- |
1 ,2 2 6 |
9 1 0 |
4 |
|
- |
- |
|
- |
|
1 0 0 |
- |
— |
2 ,2 3 1 |
8 9 5 |
5 |
|
■— |
- |
|
- |
|
|
1 0 0 |
|
2 ,7 3 5 |
8 9 5 |
6 |
|
- |
- |
|
- |
|
— |
_ |
1 0 0 |
3 ,4 5 |
8 9 5 |
7 |
|
2 0 |
2 0 |
|
2 0 |
|
2 0 |
2 0 |
_ |
1,3 65 |
9 4 5 |
8 |
|
1 0 |
1 0 |
|
2 0 |
|
3 0 |
3 0 |
- |
1 ,7 0 5 |
9 4 5 |
9 |
|
5 |
5 |
|
3 0 |
|
3 0 |
3 0 |
- |
1 ,8 8 |
9 4 5 |
1 0 |
|
3 0 |
3 0 |
|
3 0 |
|
5 |
5 |
— |
1 ,1 2 |
9 1 0 |
11 5 0 |
5 0 |
|
- |
— |
|
— |
0 ,8 8 |
9 1 0 |
|||
1 2 |
|
- |
5 0 |
|
2 5 |
|
2 5 |
- |
- |
1 ,5 |
9 2 0 |
го -о
tvo ОЭ
|
|
|
|
|
|
Продолжение |
та бл . 2 |
№ |
Зерновой |
состав |
см есей (в |
% иго м а с с е ) |
с: разм ерами |
зер ен , м м Эквива |
Насыпная |
см е |
0 ,5 - 1 |
1 - 1 ,5 |
1 ,5 - 2 |
2 - 2 ,5 |
2 ,5 - 3 |
лентный |
м асса, |
сей |
3 - 4 |
к г/м |
|||||
|
|
|
|
|
диаметр, |
||
|
|
|
|
|
|
мм |
|
|
|
|
|
Керам зитовы й |
песок |
|
|
13 |
1 0 0 |
- |
|
_ |
_ |
|
1 4 |
- |
1 0 0 |
— |
_ |
|
_ |
1 5 |
- |
- |
1 0 0 |
_ |
- |
_ |
1 6 |
- |
- |
- |
1 0 0 |
- |
_ |
1 7 |
- |
- |
- |
— |
1 0 0 |
|
1 8 |
- |
- |
- |
— |
- |
1 0 0 |
1 9 |
2 0 |
2 0 |
2 0 |
2 0 |
2 0 |
_ |
2 0 |
1 0 |
1 0 |
2 0 |
3 0 |
3 0 |
_ |
2 1 |
3 0 |
3 0 |
3 0 |
5 |
5 |
_ |
2 2 |
5 0 |
'5 0 |
_ |
|
_ |
|
2 3 |
- |
5 0 |
2 5 |
2 5 |
|
_ |
2 4 |
- |
- |
- |
5 0 |
5 0 |
_ |
0 ,6 9 3 |
5 0 0 |
1 ,2 1 5 |
4 8 5 |
1 ,7 2 6 |
4 8 0 |
2 ,2 3 1 |
4 9 0 |
2 ,7 3 5 |
4 8 5 |
3 ,4 5 |
4 6 0 |
1 ,3 6 5 |
5 0 0 |
1 ,7 0 5 |
4 9 0 |
1 ,1 3 |
4 9 5 |
0 ,8 8 |
4 7 0 |
1 ,5 |
4 7 0 |
2 ,4 5 |
4 7 5 |
|
Т а б л и ц а 3. Экспериментальные и расчетные значения критической |
||||||
|
|
скорости псевдоожижения смесей глинистого сырца |
и |
||||
|
|
|
керамзитового песка |
|
|
||
|
Экспери- |
|
__ Расчетные величины коитической скооости |
|
|||
|
менталь- |
по формуле И.М.Федорова |
по формуле О.М.Тодеса |
по формуле А.ААхундова |
|||
N° опы- |
ные вели- |
|
|
и ПО. |
и Н.Б. Кондукова |
||
та |
чины кри- |
величина |
отклонение |
величина |
отклонение |
величина |
отклонение |
|
тической |
критической |
от экспери- |
критичес |
от экспери |
критичес |
от экспери |
|
скорости, |
скорости, |
ментальных |
кой ско |
ментальных |
кой ско |
ментальных |
|
м/с |
м/с |
значений,% |
рости, м/с |
значений,% |
рости, м/с значений, % |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
'7 |
8- |
|
|
|
Глинистый сырец |
41 |
|
14,2 |
|
1 |
0,4 |
0,46 |
15 |
0,236 |
0,343 |
||
2 |
0,62 |
0,615 |
0,8 |
0,49 |
26,3 |
0,63 |
•1,61 |
3 |
0,95 |
0,766 |
1,94 |
0,714 |
24,8 |
0,927 |
2,42 |
4 |
1,26 |
0,896 |
28,8 |
0,905 |
20,2 |
1,245 |
1,19 |
5 |
1.5 |
1,01 |
32,7 |
1,07 |
28,6 |
1,54 |
2,66 |
6 |
1,93 |
1,09 |
43,5 |
1,27 |
35,7 |
1,98 |
2 |
7 |
1Д |
0,688 |
39,4 |
0,56 |
49,2 |
0,955 |
13,2 |
8 |
1.2 |
0,755 |
37 |
0,705 |
41,2 |
1,13 |
5,82 |
9 |
1,25 |
0,805 |
34 |
0,77 |
36,4 |
1,15 |
5,75 |
10 |
1,01 |
0,307 |
69,8 |
0,5 |
50,5 |
0,87 |
13,9 |
11 |
0,89 |
0,535 |
40 |
0,5 |
44 |
0,496 |
44,3 |
12 |
1,15 |
0,615 |
34,8 |
0,63 |
45 |
1,075 |
6,5 |
0 3
|
Экспери |
|
Расчетнь ie величины коитической CKODOC^ |
----- .. |
|||
№ опы |
менталь |
по формуле И.М.Федорова |
по формуле О.М.Тодеса по формуле А.А*Ахундова |
||||
ные ве |
|
|
_________ и до*_____________ |
|
|
||
та |
личины |
величина |
отклонение |
величина |
отклонение |
величина |
отклонение |
|
критичес |
критической |
от экспери |
критической |
от экспери |
критической от экспери |
|
|
кой ско- |
скорости, м/с |
ментальных |
скорости, м/с |
ментальных |
скорости, |
ментальных |
|
|
|
значений,% |
|
значений,% |
м/с |
значений,% |
Среднее отклонение |
31,4 |
|
36,9 |
|
|
||
для всех смесей |
|
|
|
9,46 |
|||
В том числе для- |
|
|
|
|
|
|
|
полидисперсных |
|
42,5 |
|
44,4 |
|
|
|
смесей |
|
|
|
|
14,3 |
||
|
|
|
Керамзитовый песок |
|
|
|
|
13 |
0,18 |
0,324 |
80 |
0,13 |
27,8 |
0,209 |
16,1 |
14 |
0,28 |
0,435 |
55,4 |
0,295 |
5,35 |
0,389 |
39 |
15 |
0,42 |
0,52 |
23,8 |
0,43 |
2,38 |
0,55 |
30,9 |
16 |
0,56 |
0,613 |
9,45 |
0,567 |
1,25 |
0,74 |
32,1 |
17 |
0,68 |
0,668 |
1,74 |
0,688 |
1,25 |
0,93 |
36,8 |
18 |
0,76 |
0,766 |
0,79 |
о,е |
5,26 |
1,15 |
51,3 |
19 |
0,55 |
0,465 |
1,55 |
0,34 |
38,2 |
0,58 |
5,4 |
20 |
0,74 |
0,535 |
27,8 |
0,44 |
90,5 |
0,694 |
5,4 |
21 |
0,85 |
0,57 |
33 |
0,495 |
41,8 |
0,744 |
12,5 |
22 |
0,65 |
0,42 |
35,3 |
0,26 |
60 |
0,51 |
21,5 |