Химия и химические технологии/5.Фундаментальные проблемы создания новых материалов и технологий.

Бергер Е.Э.

Херсонский национальный технический университет

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ В

ОБЛАСТИ ПЕРЕРАБОТКИ ВТОРИЧНЫХ ОТХОДОВ

Одним из эффективных инструментов решения проблем ресурсосбережения является формирование производственного механизма, направленного на рациональное и эффективное использование вторичных ресурсов.

Одним из многочисленных направлений переработки отходов текстильного сырья является производство активированного угля из костры льна. Из известных методов активации несомненно представляет интерес метод кипящего (псевдоожиженного) слоя. Псевдоожиженный слой обладает некоторыми свойствами жидкости: его свободная поверхность остается горизонтальной при наклоне сосуда; он становится текучим; тяжелые тела, брошенные в псевдоожиженный слой, опускаются на дно, легкие всплывают. Эти свойства используются при конструировании аппаратуры и разработке технологических процессов активации углей. Особенно ценным свойством является текучесть псевдоожиженного слоя, благодаря которой можно сделать процесс непрерывным.

Конструкция экспериментального реактора кипящего слоя представляет собой герметическую прямоугольную активационную камеру, снабженную перфорированной распределительной решеткой, через которую поступают активирующие газы. На этой установке исследованы аэродинамические характеристики частиц угля и кипящего слоя.

Расчет аэродинамических характеристик зависит от множества факторов, но самыми важными из них являются два критерия:

• Ar – критерий Архимеда, который является мерой отношения сил инерции, внутреннего трения и подъемной (архимедовой) силы;

• Re – критерий Рейнольдса, который является мерой отношения сил инерции и внутреннего трения.

Оба этих критерия определяют гидродинамическое подобие системы «газ - твердый материал».

Для дальнейших расчетов необходимо определить порозность плотного слоя угля (Е), что является отношением объема пустого пространства слоя к общему его объему, а также оптимальную высоту (Н) неподвижного слоя угля, которая зависит от конструктивных особенностей установки.

Исследована зависимость гидравлического сопротивления (Р) слоя угля от скорости газа (V), которая обычно относится к полному сечению установки, не занятому слоем. Сам процесс можн6о разбить на три фазы. Первая - соответствует фильтрации газа через неподвижный слой угля. При переходе ко второй фазе суммарный перепад давления неподвижного слоя максимален. Это объясняется дополнительной затратой давления на разрыв сил сцепления между частицами угля при переходе их к псевдоожижению. Вторая фаза соответствует псевдоожижению при котором Ро = const. Критическая скорость газа (V01), соответствующая переходу неподвижного слоя в состояние псевдоожижения, называется первой критической скоростью псевдоожижения.

При дальнейшем возрастании скорости V > V01, увеличиваются как расстояния между частицами, так и общий объем псевдоожиженного слоя. Поскольку перепад давления при псевдоожижении затрачивается на поддержание слоя во взвешенном состоянии, а масса частиц при этом остается неизменной, Р0 будет постоянным в течении всего времени увеличения V до второй критической скорости (V02 ), при которой начинается третья фаза – унос частиц. Из вышесказанного следует, что псевдоожиженный слой существует при рабочих скоростях газов в пределах V01…V02, значит требуется определить оптимальную скорость (V0) потока в расчете на сечение аппарата на уровне перфорированной решетки. Отношение рабочей скорости псевдоожижения V0 к скорости псевдоожижения V01 называется числом псевдоожижения n (n= V0/V01). Установлено, что оптимальным числом псевдоожижения является n ≈ 2, которому соответствует наибольшие интенсивность и равномерность перемешивания фаз. Дальнейшее увеличение n приводит к поршневому псевдоожижению, в режиме которого кипящий слой состоит из чередующихся по высоте слоев газа и частиц угля, что приводит к уносу этих частиц из аппарата.

Завершающий этап – определение порозности (Е0) и высоты (Н0) псевдоожиженного слоя. Данные полученные в результате экспериментов приведены в таблице.

АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЛОЯ УГЛЯ

Ar	Re	H, м	E, м³/м³	V01, м/сек	V02, м/сек	V0, м/сек	P0, Па	E0, м³/м³	H0, м
946	20.4	0.1	0.42	0.43	1.35	0.82	49.3	0.72	0.206

Основная характеристика кипящего слоя представляет увеличение его объема при продувке или увеличении высоты по сравнению с плотным слоем. В различных литературных источниках сказано, что при нормальном кипении слой увеличивается в 1.4 – 3 раза ( в зависимости от аэродинамических характеристик частиц сырья ) в сравнении с плотным слоем. В нашем случае высота слоя увеличилась в 2.06 раза.

Величины V0 и Н0 учитываются при расчете реактора кипящего слоя. По заданной производительности по газу и V0 определяют его сечение, а исходя из порозности и Н0 рабочую высоту реактора.

ЛИТЕРАТУРА

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.