Бергер Євген Емільович

доцент, кандидат технічних наук

Херсонський національний технічний університет,

Україна, Херсон

  Анотація: задача даної роботи - дослідження і вибір обладнання та оптимальних технологічних режимів виробництва активованого вугілля з костриці льону. Розглянуто виробництво вугілля методом киплячого шару.

  Ключові слова: активоване вугілля, псевдозжижений шар, аеродинамічні характеристики. 

  Одним з ефективних інструментів вирішення проблем ресурсозбереження є формування виробничого механізму, спрямованого на раціональне й ефективне використання вторинних ресурсів.

  Одним із багатьох напрямків переробки відходів текстильної сировини є виробництво активованого вугілля з костриці льону. З відомих методів активації безсумнівно становить інтерес метод киплячого (псевдозжиженого) шару. Псевдозжижений шар має деякі властивості рідини: його вільна поверхня залишається горизонтальної при нахилі посудини; він стає текучим; важкі тіла, кинуті в псевдозжижений шар, опускаються на дно, легкі спливуть [1]. Ці властивості використовуються при конструюванні апаратури й розробці технологічних процесів активації вугілля. Особливо важною властивістю є плинність псевдозжиженого шару, завдяки якій можна зробити процес безперервним.

  Конструкція експериментального реактора киплячого шару являє собою герметичну прямокутну активаційну камеру, постачену перфорованою розподільною решіткою, через яку надходять гази, що активують. На цій установці досліджені аеродинамічні характеристики часток вугілля й киплячого шару [2].

  Розрахунки аеродинамічних характеристик залежить від безлічі факторів, але найважливішими з них є два критерії:

• Ar – критерій Архімеда, який є мірою відносини сил інерції, внутрішнього тертя й виталкиваючої (архімедової) сили;

• Re – критерій Рейнольдса, який є мірою відносини сил інерції й внутрішнього тертя.

  Обоє ці критерії визначають гідродинамічну подобу системи «газ - твердий матеріал». 

  Для подальших розрахунків необхідно визначити порозность щільного шару вугілля (Е), що є відношенням об'єму порожнього простору шару до загального його об'єму, а також оптимальну висоту (Н) нерухливого шару вугілля, яка залежить від конструктивних особливостей установки.

  Досліджена залежність гідравлічного опору (Р) шару вугілля від швидкості газу (V), яка звичайно ставиться до повного перетину установки, не зайнятому шаром. Сам процес можно розбити на три фази. Перша - відповідає фільтрації газу через нерухливий шар вугілля. При переході до другої фази сумарний перепад тиску нерухливого шару максимальний. Це пояснюється додатковою витратою тиску на розрив сил зчеплення між частками вугілля при переході їх до псевдозжиження. Друга фаза відповідає псевдозжиженню при якім Ро = const. Критична швидкість газу (V01), відповідна до переходу нерухливого шару в стан псевдозжиження, називається першою критичною швидкістю псевдозжиження. 

  При подальшім зростанні швидкості V > V01, збільшуються як відстані між частками, так і загальний об'єм псевдозжиженого шару. Оскільки перепад тиску при псевдозжиженні затрачається на підтримку шару у зваженому стані, а маса часток при цьому залишається незмінної, Р0 буде постійним у плині всього часу збільшення V до другої критичної швидкості (V02 ), при якій починається третя фаза – віднесення часток. З вищесказаного випливає, що псевдозжижений шар існує при робочих швидкостях газів у межах V01…V02, значить потрібно визначити оптимальну швидкість (V0) потоку розраховуючи на перетин апарата на рівні перфорованої решітки. Відношення робочої швидкості псевдозжиження V0 до швидкості псевдозжиження V01 називається числом псевдозжиження n (n= V0/V01). Встановлене, що оптимальним числом псевдозжиження є n ≈ 2, якому відповідає найбільші інтенсивність і рівномірність перемішування фаз. Подальше збільшення n приводить до поршневого псевдозжиження, у режимі якого киплячий шар складається із шарів, що чергуються по висоті, газу й часток вугілля, що приводить до віднесення цих часток з апарата.

  Завершальний етап – визначення порозности (Е0) і висоти (Н0) псевдозжиженого шару. Основна характеристика киплячого шару представляє збільшення його об'єму при продувці або збільшенні висоти в порівнянні із щільним шаром. У різних літературних джерелах сказано, що при нормальнім кипінні шар збільшується в 1.4 – 3 рази ( залежно від аеродинамічних характеристик часток сировини ) у порівнянні із щільним шаром. У нашім випадку висота шару збільшилася в 2.06 рази.

Таблиця №1

Аеродинамічні характеристики шару вугілля приведено в таблиці №1. 

  Величини V0 і Н0 ураховуються при розрахунках реактора киплячого шару. По заданій продуктивності по газу й V0 визначають його перетин, а виходячи з порозності й Н0 робочу висоту реактора.

Література:

1. Кунии Д., Левеншпиль О. Промышленное псевдоожижение. Пер. с англ.- М. Химия. 1976.

2. Бергер Е.Э. Научное обоснование и разработка технологии термолизной переработки костры льна. Автореферат. Дис. канд. техн. наук. –Херсон, 1997.