
烘干攪拌輸送新聞動態(tài)

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列管回轉(zhuǎn)干燥機換熱系數(shù)的測定
發(fā)布時間:2013-05-12 07:59 來源:未知
1、前言
列管回轉(zhuǎn)干燥機烘干機是在傳統(tǒng)的直接傳熱回轉(zhuǎn)干燥機的基礎(chǔ)上加裝加熱管形成的,屬于間接換熱干燥設(shè)備。加熱管內(nèi)可通入蒸汽、熱煙氣、導(dǎo)熱油等作為熱源。干燥所需的熱量由加熱管傳遞給被干燥的物料。與傳統(tǒng)的直接傳熱回轉(zhuǎn)干燥機相比,列管回轉(zhuǎn)干燥機具有產(chǎn)品質(zhì)量易于保證、熱利用率高、污染小、便于回收溶劑等優(yōu)點。由于列管回轉(zhuǎn)干燥機攜濕氣量小,干燥機內(nèi)溶劑濃度高,非常利于解決煤粉、PTA等物料干燥過程中的燃、爆問題。目前,間接換熱式列管回轉(zhuǎn)干燥機正在諸如干燥PTA、脫硫石膏等工業(yè)生產(chǎn)中獲得越來越廣泛的應(yīng)用。
然而,列管同轉(zhuǎn)干燥機內(nèi)部的傳熱過程較直接換熱式回轉(zhuǎn)干燥機復(fù)雜的多。既存在被干燥物料顆粒與列管間的接觸傳熱,又存在著列管與載濕氣體、載濕氣體與物料顆粒之間的對流換熱,以及物料顆粒層之間的熱傳導(dǎo)。雖然列管回轉(zhuǎn)干燥機已獲得了一些工業(yè)應(yīng)用,但目前,國內(nèi)外對回轉(zhuǎn)圓筒干燥機換熱系數(shù)的研究僅局限于直接換熱形式,還沒有用于列管回轉(zhuǎn)干燥的工藝及裝備設(shè)計和計算的成熟方法,對其傳熱機理的研究也較少。而換熱系數(shù)是進行干燥機設(shè)計計算的重要參數(shù),它直接影響到所需換熱面積設(shè)定的準確性,進而影響干燥機的熱效率和容積蒸發(fā)強度,因此對列管回轉(zhuǎn)干燥機內(nèi)的傳熱機理和傳熱系數(shù)進行深入地分析和研究,對該類設(shè)備的設(shè)計及其工藝的計算具有十分重要的指導(dǎo)意義。
富通新能源銷售木屑烘干機、木屑顆粒機等機械設(shè)備。
2、實驗
2.1實驗裝置
實際工程應(yīng)用的列管回轉(zhuǎn)干燥系統(tǒng),主要由熱源、干燥機、加料裝置、出料裝置等組成。干燥機內(nèi)脫水所需熱量由列管內(nèi)的熱介質(zhì)(一般為蒸汽)通過管壁向被干燥物料傳遞。因列管隨筒體轉(zhuǎn)動,所以,熱源與列管間須進行動連接。這種連接在實驗室實現(xiàn)的難度較大,且不便于瞬時熱流量的測量。為對列管回轉(zhuǎn)干燥機內(nèi)列管與物料顆粒之間的換熱過程進行實驗分析和研究,我們建立了一套獨特的實驗裝置。該裝置由簡體、不銹鋼列管、電機、電磁調(diào)速器、電流表、調(diào)壓顯示器、氮氣瓶、氮氣減壓閥、流量計等組成。其流程圖如圖l所示。
筒體選用不銹鋼材質(zhì),規(guī)格為∮500mmx675mm。筒體內(nèi)的列管由不銹鋼管和測試管組成。與測試管相鄰的下游不銹鋼管固定熱電偶,用于測量物料或筒內(nèi)環(huán)境的溫度。
測試管用于測量管壁溫度。由紫銅管、不銹鋼管、熱電偶、電阻絲等組成,如圖2所示。熱電偶敷設(shè)于紫銅管外壁,然后由不銹鋼管同定。由于紫銅的導(dǎo)熱系數(shù)大,熱電偶比較細,反應(yīng)靈敏,能夠用于較高精度的溫度測量。兩根測試管分別設(shè)置在簡體內(nèi)同一徑向方向的內(nèi)、外排列管位置處,分別測量內(nèi)、外排管的管壁溫度。每個熱電偶各配有數(shù)顯表,讀取測量溫度值,讀數(shù)精度0.1℃。電加熱管作為熱源,為實驗系統(tǒng)提供熱量。每根電加熱管的額定功率為lkw。采用電壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)電加熱管的功率,可獲得不同的管壁溫度。并設(shè)有電流表和電壓表,測量通入電加熱管的發(fā)熱功率。加熱管的管壁溫度Tw與調(diào)壓器的可控硅實行反饋調(diào)節(jié),使管壁溫度穩(wěn)定在所需的設(shè)定值。
傳動系統(tǒng)由調(diào)速電機、鏈輪、鏈條和托輪組成。簡體通過電機帶動托輪實現(xiàn)轉(zhuǎn)動,可通過調(diào)節(jié)電磁調(diào)速器來改變簡體轉(zhuǎn)速。
2.2實驗方法
該實驗選用含濕率為0.1%的精對苯二甲酸(PTA)為原料。這種水分下的物料具有較好的分散性能,可以保證測試的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。
實驗觀察發(fā)現(xiàn),物料在列管、筒壁、顆粒間的摩擦力及自身的慣性力和離心力的共同作用下,做月牙狀循環(huán)運動。啟動后,隨著轉(zhuǎn)速的增加,物料的循環(huán)運動也逐漸加劇。同時,物料的偏析程度也加大。在一段較大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),物料顆粒群在筒內(nèi)呈現(xiàn)出明顯的流態(tài)化運動特性。因此,物料顆粒群與列管的換熱完全可以看作連續(xù)流體與列管的對流換熱。
測量加熱管外壁溫度、物料溫度及輸入測試管的電流和電壓,即可按照式(l)計算各工況下的瞬時換熱系數(shù)。而截面上加熱管與管外流體(物料顆粒或攜濕氣體)的綜合換熱系數(shù)為瞬時換熱系數(shù)的積分。
3、實驗結(jié)果及分析
3.1簡體轉(zhuǎn)速對換熱系數(shù)的影響
在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),物料在筒內(nèi)運動的劇烈程度隨轉(zhuǎn)速的增加而加劇,而物料與列管表面間的傳熱系數(shù)正比于兩者的相對運動速度。實驗發(fā)現(xiàn),隨著轉(zhuǎn)速的增加,物料與加熱管問的相對運動加強,傳熱系數(shù)也將升高。但隨著轉(zhuǎn)速的進一步增加,離心力的作用逐步增強,當(dāng)簡體和列管的轉(zhuǎn)速增加到某一數(shù)值后,離心力將起主導(dǎo)作用。這時,物料與列管的相對運動將減弱,此時傳熱系數(shù)隨轉(zhuǎn)速的加大反而有所降低。實驗測得的列管與物料問的綜合換熱系數(shù)隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律如圖3所示。
由圖看出,就本文的實驗裝置及其涉及的被干燥物料而言,具有較高綜合換熱系數(shù)的轉(zhuǎn)速范圍為30~40r/min。
3.2換熱系數(shù)隨列管位置的變化
實驗觀察發(fā)現(xiàn),物料顆粒在列管回轉(zhuǎn)干燥機內(nèi)呈現(xiàn)出不均勻的速度和濃度分布。因此,當(dāng)列管隨簡體轉(zhuǎn)動處于不同周向位置時,其外壁與物料間的傳熱系數(shù)也發(fā)生周期性變化。如圖4所示,當(dāng)列管在簡體最下方(0°)時,與物料的接觸較充分,其換熱系數(shù)較大,隨著筒體轉(zhuǎn)動,物料與列管的相對運動逐漸加強,在900附近時,物料與列管的相對速度最大,此時的換熱系數(shù)最高。在周向角度為接近180°至270°的扇形區(qū)域內(nèi),物料顆粒的濃度基本上為零。此時,列管與攜濕氣體進行換熱。由于攜濕氣體的密度、導(dǎo)熱系數(shù)及與列管的相對速度均低于實驗物料,因此,在這個區(qū)域內(nèi)換熱系數(shù)均處在較低水平。待列管運動到最下方(接近360°)時,又與物料接觸充分,換熱系數(shù)又有所提高。實驗還發(fā)現(xiàn),由于線速度的差異,在同~簡體周向位置,同一徑向方向的外排列管換熱系數(shù)明顯高于內(nèi)排列管的換熱系數(shù)。
3.3填充率對換熱系數(shù)的影響
列管回轉(zhuǎn)干燥機截面內(nèi)物料所占的比例對顆粒相的速度和濃度分布具有顯著的影響。進而,其綜合換熱系數(shù)也隨著填充率的變化而變化。實驗發(fā)現(xiàn)(如圖5所示),當(dāng)填充率較低時,隨著填充率的增大,物料與列管之間的接觸面積逐漸增大,相對運動逐漸加強,換熱更充分,綜合換熱系數(shù)呈現(xiàn)升高的趨勢。但當(dāng)填充率大于某一數(shù)值時,隨著填充率的增加,物料與列管的接觸面積不再增加,相對運動不再加強,綜合換熱系數(shù)基本保持不變。但當(dāng)填充率過高時,一部分物料處于靠近圓心的非列管區(qū)域,無法與列管接觸,這種情況下,雖然不影響列管傳熱面積的利用,但對物料的濕分傳遞具有不利的影響。
由圖5可見,就本文的實驗裝置及其涉及的被干燥物料而言,具有較理想綜合換熱系數(shù)的填充率為20%左右。
4、結(jié)論
本文針對間接換熱式列管回轉(zhuǎn)干燥機傳熱過程的研究,建立了獨特的實驗系統(tǒng),提出了一套換熱系數(shù)測定方法,并應(yīng)用該系統(tǒng)和方法以PTA為原料進行了大量的實驗研究。
(1)綜合換熱系數(shù)隨著轉(zhuǎn)速的增加而增大。當(dāng)轉(zhuǎn)速達到到某一數(shù)值后,傳熱系數(shù)卻隨轉(zhuǎn)速的增加而減小;
(2)不同徑向位置的列管具有不同的換熱系數(shù),且同一根列管表面與物料顆粒的換熱系數(shù)也隨其所在的周向位置而改變;
(3)隨著填充率的增大,綜合換熱系數(shù)呈現(xiàn)升高的趨勢。但當(dāng)填充率增加到某一數(shù)值后,隨著填充率的增加,換熱系數(shù)將基本保持不變。
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