книги из ГПНТБ / Радиоизотопные приборы в промышленности строительных материалов

Для исследования зависимости газопроницаемости и

Из одного и того же количества материала создавали уровни различной высоты в левой и правой половинах стенда и измеряли газопроницаемость и поглощение у-излучения. Результаты проведенных исследований при­ ведены в табл. 5.1.

Из данных табл. 5.1, видно, что изменение конфи­ гурации слоя приводит к изменению измеренной интен­ сивности излучения, так и к изменению коэффициента газопроницаемости.

Причем и в том и другом случае закон изменения измеряемых величин почти один и тот же, следовательно, изменение конфигурации слоя на колосниковом холо­ дильнике приводит к изменению газопроницаемости, ко-

На исполнительный механизм. Установка имеет Свето­ вую предупредительную сигнализацию.

Конструкция блоков датчиков допускает быструю смену счетчиков, которую можно произвести во время профилактических осмотров холодильника.

Установку можно использовать в качестве надежного датчика в системе автоматического управления работой колосникового холодильника.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Пугачев А. В. «Сталь», 1963, № 3, с. 195.

2.Грузин П. Л. и др. Применение радиоактивных изотопов для кон­

троля доменного процесса., М., Атомиздат, 1964.

3.Арцыбашев В. А. Гамма-метод измерения плотности. М., Атомиз­ дат, 1965.

4.Арцыбашев В. А. «Записки Ленингр. горного института», 1963, 45,

вып. 2, с. 52.

5. Романов А. В. Теория ошибок и способ наименьших квадратов.

М., Углетехиздат, 1962.

6.Берман М. Л. Дис. «Радиоизотопный прибор для непрерывного

измерения веса ленты кенафного волокна». Ташкент, ИЯФ

А Н УзССР, 1969.

7.Bernhard R. К , Chasek М. Ргос. Amer. Soc. Test. Mater . 1955,

v. 55, p. 1199.

8.Лобанов E. M. и др. Исследование возможности стабилизации

газопроницаемости слоя клинкера на колосниковом холодильнике с помощью радиоактивных изотопов. Известия АН УзССР, № 3, Ташкент, 1967.

Интенсивность перемешивания частиц в кипящем и взвешенном слоях и степень их подвижности имеют большое значение для правильной организации техно­ логических процессов, выбора оптимального режима работы агрегатов.

§ 1. СТРУКТУРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КИПЯЩЕГО ИЛИ ВЗВЕШЕННОГО СЛОЯ

Основными характеристиками гидродинамики кипя­ щего и взвешенного слоев принято считать критическую скорость начала псевдоожижения, скорость уноса, сред­ нюю порозность слоя, концентрацию частиц в единице объема и степень раздутия слоя. Все эти характери­ стики связаны между собой. Измеряя одну из них, можно судить о характере и величине других [ 2 ] . Наиболее универсальная структурная характеристика — порозность слоя, она позволяет оценивать качество псев­ доожижения, определяет равномерность, однородность слоя, его пульсационные характеристики, перепад дав­

дает возможность одновременно с измерением порозно­ сти количественно определять эти две характеристики.

Среднюю порозность кипящего слоя е выражают

стика псевдоожиженного (кипящего) слоя, определяю­ щая во многом гидродинамическую картину, а следо­ вательно, и процессы тепло- и массообмена. Она непо­ средственно связана с такими параметрами слоя, как эффективная плотность, кажущаяся вязкость, и входит во все расчеты аппаратов с кипящим или взвешенным

слоем перепад давления при движении газа через псевдоожиженный слой, т. е. гидрав­

лическое сопротивление слоя, среднее время пребыва-

ния ожижающего агента и теплоотдача от ожижающего агента к твердым частицам. Исследователи установили основные закономерности в отношении средней порозности неподвижных и псевдоожиженных слоев [5]: а) при установившемся режиме среднюю порозность можно рассматривать как постоянную для данной точки псевдоожиженного слоя; б) порозность слоя в радиаль-

.ном направлении постоянна; в) порозность мало изме­ няется с увеличением массы частиц в слое; г) при увеличении диаметра частиц порозность уменьшается; д) относительно геометрической оси слоя существует некоторая симметрия порозности; е) при одинаковом размере зерен, составляющих массу, порозность ее выше,

Эти закономерности позволяют применять более про­ стые методики измерения ряда характеристик.

§ 2. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ СТРУКТУРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

Для исследования кипящего слоя в лабораторных условиях применяли самые разнообразные методы: кон­

ние [13—15] для изучения распределения дисперсного материала в потоке, равномерности распределения твер­ дой фазы в объеме системы и гидродинамики слоя, локальной объемной концентрации. С помощью -у-источ- ников [16, 17, 18] исследовали структуру псевдоожи­ женных слоев, измеряли размеры и частоту появления газовых пузырей в слоях и рассчитывали газовое про­ хождение, соотношение между появлением пузырей, гра­ диентами плотности и падением давления вдоль слоя.

При оценке перечисленных методов обнаруживается их практическая непригодность, что связано с целым рядом искусственных условий, необходимых для их осуществления, которые могут быть реализованы только в лабораторных условиях, где собираются модели не­ большого размера, материал хорошо изучен, он не меняет своих физических и химических свойств в про­ цессе опыта; датчики могут контактировать с контроли-

руемым материалом и их можно располагать так, как требуют условия эксперимента.

• Из всех упомянутых методов наиболее подходит для использования в промышленных условиях радиоизотоп­ ный. у-Излучение при его значительной проникающей способности можно применять для просвечивания боль­

методики, благоприятствующие применению ее в тяже­ лых производственных условиях.

Конструкции печей кипящего и взвешенного слоев весьма разнообразны, но в них имеется много общего. Технологический процесс многоступенчатый и состоит в основном из следующих этапов.

Первый этап: подготовка материала (грануляция), затем сушка," подогрев, обжиг, охлаждение. Эти опе­ рации имеются в том или ином технологическом про­ цессе все или частично, в различных агрегатах или

водном. На опытной установке НИИкерамзит при

производстве керамзита обжигаемая смесь проходит все стадии в различных агрегатах. В сушильном бара­ бане материалы подсушиваются и после грануляции попадают в печь термоподготовки, потом в печь обжига, из печи обжига в холодильник и затем на отгрузку.

В печах фонтанирующего слоя для обжига цемент­ ной сырьевой смеси (НИИцемент) [20] весь процесс начиная с сушки материала до охлаждения готового продукта протекает в одном агрегате, который пред­ ставляет собой шахту круглого сечения. Печь состоит из девяти реакторов-камер, сечения которых имеют вид усеченных конусов (диффузоров и конфузоров), сты­ куемых между собой цилиндрическими пережимами.

В нижнем реакторе расположены холодильник и камера ввода воздуха в печь. Выше находится топка,

•и сушка гранул.

Работает такая печь в пульсирующем режиме при непрерывной подаче сырья. Наибольший диаметр реак­ торов полупромышленных агрегатов не достигает одного метра.

Условия, при которых протекают процессы в кипя­ щем или взвешенном слое, тяжелы для контроля обыч­ ными методами.

В печах кипящего или взвешенного слоя сложные физико-химические и тепло-, массообменные процессы протекают в закрытом пространстве при высоких тем­ пературах. Для повышения теплового коэффициента полезного действия печей кипящего или взвешенного слоя, как и любых других тепловых агрегатах, усили­ вают теплоизоляцию, увеличивая толщину стенок аппа­ рата. Обычно агрегаты футеруют огнеупорным мате­ риалом, а внутреннюю часть стенок — жаропрочным бетоном, предохраняющим их от быстрого истирания.

Кипящий или взвешенный слой характеризуется тем, что технологический процесс в агрегате протекает до­ статочно быстро, происходит быстрая смена материала в одном сечении. Эти особенности приходится учитывать при создании контрольной аппаратуры. Печи .кипящего или взвешенного слоя — сложные агрегаты с непрерыв­ ным технологическим процессом, поэтому необходима полная автоматизация управления. В настоящее время чаще всего регулируют температуру в слое, давление, количества подаваемых в печь воздуха, материала, топ­ лива, т. е. автоматизацию и контроль процесса ведут по «внешним» данным. По ним судят о правильности те­ чения процесса обжига. В этих условиях большое зна­ чение приобретают методы, позволяющие контролировать параметры самого кипящего или взвешенного слоя, осо­ бенно если это бесконтактные методы, исключающие необходимость введения датчиков внутрь контролируе­ мого объема. Одним из таких методов и является у-метод.

Материал, подвергаемый обжигу в кипящем или взвешенном слое, обычно мелкозернистый. Диаметр гра­ нул его на промышленных печах составляет от 7 до 10 мм, мощность слоя в пределах 30—100 г/см2. Малая величина гранул по сравнению с мощностью слоя, а так­ же относительно большая величина сечения пучка у- квантов по сравнению с размерами частиц обрабаты­ ваемого материала приводят к статистическому усред­ нению результатов в процессе каждого единичного из­ мерения плотности слоя. Таким образом, неоднородность слоя в данном случае не влияет на определение средней плотности.

Для двухфазных систем соотношение между значе­ нием плотности и порозности слоя имеет вид

Для газов обычно рг намного меньше р„, поэтому в формуле (6.2) произведением рг є можно пренебречь. Из­ мерения в слое можно рассматривать как измерения средней плотности при постоянной геометрии.

Используя зависимость ослабления широкого пучка у-излучения от плотности [21] и учитывая зависимость порозности от плотности материала, можно получить формулу, связывающую между собой поток излучения,

коэффициент ослабления у-излучения. Порозность мож­ но определить по кратности ослабления потока излуче­ ния слоем и плотности частиц материала при всех про­

Приведенная формула выведена с использованием приближенного выражения, в котором* закон ослабления широкого пучка аппроксимируется экспоненциальной функцией, справедливой для узкого пучка. В нем много­ кратное рассеяние учитывают, вводя массовый эффек­ тивный коэффициент ослабления у-излучения. Однако формула (6.3) позволяет провести достаточно достовер­ ный анализ и построить конкретную схему измерения. Строго говоря, массовый эффективный коэффициент ослабления Цэфф не .является величиной постоянной, он меняется в зависимости от массовой толщины слоя в контролируемом сечении за счет изменения плотности материала частиц и порозности. Но исходя из экспери­ ментальных результатов, полученных на лабораторных

установках, можно считать его постоянным для данного сечения, так как плотность материала частиц в сечении и порозность изменяются незначительно.

Как уже упоминалось ранее, в результате техноло­ гической обработки материала в печах для обжига в кипящем или взвешенном слое с ним происходят неко­ торые физико-химические превращения.

Так, например, при нагревании цементная сырьевая смесь теряет воду в результате испарения. При дальней­ шем нагревании происходит разложение органических веществ и дегидратация глины (при 450° С и выше), с повышением температуры материала до 600—950° С протекает декарбонизация углекислого магния и каль­ ция. Начинаются реакции в твердом состоянии между известью, кремнеземом и полуторными окислами. Про­ цесс заканчивается спеканием. Материал частично рас­ плавляется, образуя жидкую фазу. Затем материал охлаждается. В процессе обжига меняется размер ча­ стиц, их пористость и плотность [22]. Таким образом, совершенно очевидна разница между обработкой мате­ риала в лабораторной модели и в промышленном агре­ гате.

Очевиден и путь осуществления достоверного контро­ ля порозности слоя в производственных условиях, это — необходимость постоянного измерения плотности обра­ батываемого материала при определении порозности.

Итак, физическая сущность способа контроля струк­ турных характеристик слоя (порозности) радиоизотоп­ ным методом на действующем промышленном агрегате сводится к одновременному измерению ослабления у-излучения слоем и плотности частиц материала этого же слоя в процессе технологической обработки.

§ 3. ИЗМЕРЕНИЕ ПЛОТНОСТИ МАТЕРИАЛА

Методики измерения насыпной объемной массы описаны в литературе [23, 24]. Авторы работы [24] при помощи радиоизотопной техники измеряли объемную на­ сыпную массу керамзита. Именно радиационная мето­ дика позволяет ускорить процесс измерения, поэтому мы ее использовали для определения плотности материала частиц. При измерении плотности для получения пра­ вильного результата приходится учитывать, что мате­ риал в слое имеет некоторый фракционный состав, ко-