Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ПОЛУЧЕНИЕ КРИТЕРИАЛЬНОГО УРАВНЕНИЯ ПРОЦЕССА СУШКИ СЫПУЧИХ И ЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ В СУШИЛЬНОМ БАРАБАНЕ СО СМЕШАННЫМ РЕЖИМОМ ТЕРМООБРАБОТКИ

Байтуреев А.М. 1
1 Таразский государственный университет им. М.Х. Дулати Министерства образования и науки Республики Казахстан
В результате математической обработки экспериментальных данных процесса сушки сыпучих и зернистых материалов в сушильном барабане со смешанным режимом термообработки, получено критериальное уравнение, которое позволит рассчитывать конструктивные параметры сушильного агрегата, производительность и рациональные технологические параметры процесса сушки.
сушильный барабан
угол наклона
термообработка
смешанный режим
1. Инновационный патент Республики Казахстан № 27779. Способ сушки сыпучих и зернистых материалов (СБ-СРТ) / Байтуреев А.М. и др. «Нац. институт интеллектуальной собственности» (НИИС), опубл. 18.12.13, бюл. № 12.
2. Инновационный патент Республики Казахстан № 27780. Способ сушки сыпучих и зернистых материалов (Зона падения. СБ-СРТ) / Байтуреев А.М. и др. «Нац. институт интеллектуальной собственности» (НИИС), опубл. 18.12.13, бюл. № 12.
3. Байтуреев А.М. Интенсификация процесса сушки хлопка-сырца как сырья для производства хлопкового масла: дис. … канд. техн. наук. – Тараз, 1998. –170 с.
4. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии.– Л.: Химия, 1981. – 560 с.
5. Мирошниченко Г.И. Основы проектирования машин первичной обработки хлопка. – М.: Машиностроение, 1972. – 487 с.
6. Куатбеков М.К., Байтуреев А.М. Методическое руководство по модернизации барабанных агрегатов для сушки хлопка-сырца. – Алматы: НПО Казлегпром, 1989. – 55 с.

Целью данной работы является получение критериального уравнения процесса сушки сыпучих и зернистых материалов в сушильном барабане со смешанным режимом термообработки, которое позволит рассчитать, конструктивные параметры сушильного агрегата, производительность и рациональные технологические параметры процесса сушки [1, 2]. Барабанные агрегаты широко применяются на хлопкоочистительных предприятиях, которые представляют собой горизонтально установленные вращающиеся сушильные барабаны [5].

Объектом экспериментальных исследований процесса сушки был хлопок-сырец. При сушке сырой хлопок-сырец поступает в барабан из загрузочного бункера вместе с горячим сушильным агентом. Хлопок-сырец подхватывается продольными лопастями, поднимается на определенную высоту и падает с лопаток вниз. При этом материал продувается сушильным агентом, на выходе из сушилки происходит разделение продукта и отработанного сушильного агента. Отработанный сушильный агент выбрасывается в атмосферу, а материал выгружается из сушилки. В качестве сушильного агента используется смесь воздуха с продуктами сгорания газообразного, либо жидкого топлива [5].

Выбор сушилки и способа определяется в первую очередь требуемой производительностью и величиной влагоотбора.

Как было показано ранее, критериальное уравнение процесса сушки хлопка-сырца в барабанном агрегате в неявном виде было представлено в виде (1) [3]:

baitur1.wmf, (1)

где baitur2.wmf – симплекс влагосодержания; (2)

baitur3.wmf – начальное влагосодержание материала; baitur4.wmf – конечное влагосодержание материала; А – неизвестный коэффициент.

Критерий Коссовича baitur5.wmf представляет собой специфическую форму критерия фазового превращения и определяет соотношение между теплотой, затраченной на испарение и теплотой, необходимой для нагревания влажного тела.

Критерий Коссовича является определяющим, и по физическому смыслу он выражает отношение количества теплоты, необходимой на испарение всей влаги, к количеству теплоты, идущей на нагрев сухого материала.

Критерий Коссовича

baitur6.wmf, (3)

где baitur7.wmf при tвх = 205 oC [4] – теплота парообразования, кДж/кг; Uнм – влагосодержание материала, %; cм= 1,549 [5] – теплоемкость хлопка-сырца, кДж/(кг×К); Tн – начальная температура материала, К.

Критерий Фурье Fo (теплообменный критерий гомохронности), характеризует связь между скоростью изменения температурного поля, физическими характеристиками и размерами тела.

Критерий Фурье

baitur8.wmf, (4)

где aм = 18,49⋅10-2/3600 – коэффициент температуропроводности, м2⋅с; tср – время пребывания материала в сушилке, с; baitur9.wmf [5] – диаметр летучки хлопка-сырца, м.

Безразмерный симплекс отношения производительности к массовому расходу теплоносителя

baitur10.wmf (5)

baitur11.wmf – критерий Рейнольдса. для вычисления числа Рейнольдса за определяющий размер принимают величину средней длины скатывания частиц хлопка-сырца, которую находят из соотношения [5]:

baitur12.wmf, (6)

где baitur13.wmf – средняя скорость теплоносителя, относительно частиц хлопка-сырца, м/с; baitur14.wmf – средняя длина скатывания частиц, м; n – кинематическая вязкость воздуха, принимаемая при температуре теплоносителя в барабане Tср, м2/с.

baitur15.wmf, (7)

baitur16.wmf – сумма отрезков в поперечном сечении барабана, характеризующая поверхность хлопка-сырца, лежащего в завале и на насадках; baitur17.wmf – диаметр барабана, м.

q – Температурный симплекс, характеризует температурный уровень процесса и косвенно отражает отношение тепловых емкостей потоков газа и материала.

Температурный симплекс

baitur18.wmf, (8)

где Тнм – температура материала начальная, К; Ткм – температура материала конечная, К; Тн.с – начальная температура сушильного агента, К.

baitur19.wmf – характеризует продольное перемещение материала,

baitur20.wmf, (9)

где baitur22.wmf – угловая скорость, 1/с; baitur23.wmf – диаметр барабана, м; n – число оборотов барабана, об/мин; g= 9,81 – ускорение свободного падения, м/с2.

baitur24.wmf (10)

характеризует процесс поперечного перемешивания материала, где baitur25.wmf – угол наклона барабана к горизонту.

Таким образом, критериальное уравнение (1) дает непосредственно связь между влагосодержанием выгружаемого материала и средним временем пребывания материала в аппарате. При этом исключается необходимость отыскания трудно определяемых параметров, таких как температура, площадь поверхности материала.

Массовый расход воздуха определяется из уравнения:

baitur26.wmf, (11)

где baitur27.wmf – кинематическая вязкость воздуха, м2/с; baitur28.wmf – плотность среды, кг/м3; j – коэффициент заполнения барабана, %.

В результате преобразования получено критериальное уравнение (12) процесса сушки хлопка-сырца в барабанном агрегате в неявном виде относительно производительности:

bait.tiff

Алгоритм вычисления производительности сушильного барабана со смешанным режимом термообработки

baitur29.wmf. (12)

Для получения уравнения в явном виде были использованы результаты опытно-промышленных испытаний [6].

Подставив значения выше приведенных критериев (baitur30.wmf) в уравнение (12) и решив его относительно производительности, окончательно получено расчетное критериальное уравнение (13)

baitur31.wmf. (13)

Неизвестный коэффициент

baitur32.wmf

и показатели степеней критериального уравнения (13) были получены в результате использования программы электронных таблиц Microsoft Excel как основного инструмента. Обработку исследования вели на ПК в инновационных технологиях Microsoft Excel при помощи численного метода вычисления – «Методом наименьших квадратов».

Полученное критериальное уравнение процесса сушки сыпучих и зернистых материалов в сушильном барабане со смешанным режимом термообработки (13) позволит рассчитывать конструктивные параметры сушилки, производительность и рациональные технологические параметры процесса сушки.


Библиографическая ссылка

Байтуреев А.М. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ПОЛУЧЕНИЕ КРИТЕРИАЛЬНОГО УРАВНЕНИЯ ПРОЦЕССА СУШКИ СЫПУЧИХ И ЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ В СУШИЛЬНОМ БАРАБАНЕ СО СМЕШАННЫМ РЕЖИМОМ ТЕРМООБРАБОТКИ // Современные наукоемкие технологии. – 2014. – № 12-2. – С. 134-136;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=34948 (дата обращения: 29.02.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674