книги / Обжиг в кипящем слое в производстве строительных материалов

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.

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

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

тивления по обычной закс?номерности для

зернис­

т о го

слоя , которая м ож ет бы ть в общ ем

виде опи­

сана

формулой:

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

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

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

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

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

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