СУШКА ПЕСКА В СТЕКОЛЬНОМ ЗАВОДЕ АО "КВАРЦ"

АННОТАЦИЯ

В статье исследован процесс сушки сырьевого компонента – песка, технологической линии по производству стекла в заводе АО "Кварц", экспериментально определены кинетические кривые сушки, изменение температуры сушильного агента и высушиваемого материала по длине барабана при его различных начальных значениях.

ABSTRACT

In the article, the drying process of the raw material component - sand, a technological line for the production of glass at the JSC "Quartz" plant was studied, the kinetic curves of drying, the change in the temperature of the drying agent and the material being dried along the length of the drum at its various initial values ​​were experimentally determined.

Ключевые слова. Сушка песка, кинетические кривые, температурные кривые, влагосодержание.

Keywords. Sand drying, kinetic curves, temperature curves, moisture content.

Введение

Строительный бум в Республике Узбекистан, требует увеличения продукции стекольной промышленности при одновременном повышении требований к качеству товара. Вследствие этого, происходит рост производства за счёт модернизации действующего производства, что способствует развитию здоровой конкуренции среди производителей. Одним из способов уменьшения себестоимости продукции является сокращение наиболее существенных статей затрат на производство, поэтому с научно–практической точки зрения наибольший интерес представляют энергоемкие процессы. Одним из таких технологических процессов в стекольной промышленности является сушка в барабанных сушилках, на режим которой оказывает воздействие множество факторов, по–разному влияющих на энергозатраты. Поскольку на испарение жидкости затрачивается значительное количество теплоты, соответственно, требуются значительные энергозатраты, то проблема оценки работы существующего оборудования и выбора оптимального режима сушки, обеспечивающего повышение эффективности использования сушильной установки, является актуальной задачей.

Основная часть

Анализ современного состояния теории тепло–массообменных процессов дал научную основу для разработки методики исследования, создания лабораторной установки, а также рекомендаций по интенсификации и управлению процессом.

Анализ исследований по тепло– и массообменным процессам, протекающим при сушке в барабанных сушилках показывает, что на основании существующих исследований процесса сушки невозможно учесть все характерные особенности и изменения в кинетике такого процесса.

Кинетика внешнего тепломассообмена в процессе сушки определяется изменением концентрации паров влаги поперек пограничного слоя и изменением температуры сушильного агента вблизи поверхности влажного материала. Разность концентраций создает поток пара от поверхности, а разность температур между основной массой сушильного агента и поверхностью материала обеспечивает подвод теплоты к влажному материалу [1]. Аналитическое рассмотрение внешней задачи тепломассообмена в процессах сушки с учетом взаимного влияния многочисленных определяющих факторов в настоящее время затруднительно ввиду сложности определения кинетических коэффициентов и движущих сил реальных процессов сушки [2].

Поскольку сушка является тепло- и массообменным процессом, то ее полное математическое описание включает дифференциальные уравнения как теплообмена, так и массообмена в пограничном слое [2]. Однако из-за сложности такого математического описания, трудности определения и непостоянства коэффициентов, характеризующих тепло- и массоперенос, довести до конца решение системы дифференциальных уравнений без упрощающих предпосылок не удается [3].

При создании математической модели барабанной сушилки естественно считать его конструктивные характеристики неизменными. Некоторые технологические параметры работы сушилки, например, число оборотов барабана и угол наклона аппарата тоже следует полагать постоянными, поскольку они меняются крайне редко. Таким образом, в качестве меняющихся режимных параметров принимаем изменение температуры и влагосодержания материала и воздуха на входе в сушилку.

Экспериментальные исследования

В качестве объектов сушки использовались наиболее распространенные сырьевые материалы как песок, для производства стекла на заводе АО "Кварц", которые в большинстве случаев сушатся в барабанной сушилке.

Эксперименты по исследованию кинетики конвективной сушки песка проводились на специально созданной лабораторной барабанной установке, схематичное изображение которой представлено на рис. 1.

Рисунок 1. Схема лабораторного устройства: 1-вентилятор; 2-диафрагма; 3-калорифер; 4-выходная камера; 5-шнековқй питетель; 6-электропривод; 7-бункер; 8-барабан; 9-загрузочная камера; 10-смеситель; 11-компьютер;
12-преобразователь тепла; 13-устройство регулирования температуры;
14- газовый редуктор

Рабочая камера установки представляла собой вращающийся барабан диаметром 0,16м и длинной 2,00 м . На обоих концах барабана имелись камеры 4 и 9, в одной из которых предусмотрен загрузка влажного материала и отвод отработанного сушильного агента, в другой вывод высушенного материала и ввод горячих газов. Барабан приводился во вращение с помощью электродвигателя 6 через редуктор 14 со ступенчато изменяемым числом оборотов и цепную передачу. Для перемешивания материала внутри барабана по всей длине располагались насадки.

В качестве сушильного агента используется воздух, всасываемый вентилятором.

Проходя через калорифер 3, где воздух нагревался за счёт сгорания углеводородного топлива и далее поступал в сушильный барабан. Поддержание заданной температуры сушильного агента производилось с помощью двухпозиционного регулятора 13, который подключен к регулятору, позволяющий ступенчато менять мощность калорифера 3. Благодаря такой схеме уменьшались колебания температуры при ее регулировании.

Расход сушильного агента измерялся мерной диафрагмой 2 с замером перепада давления на ней при помощи двух жидкостного (керосин-вода) дифференциального манометра, который позволял замерять перепад давлений с точностью 50 Па. Подача влажного материала в сушильный барабан осуществлялась из бункера 7 шнеком 5, который приводился во вращение мотор-редуктором с регулируемым числом оборотов. Изменение производительности шнека 5 обеспечивалось регулированием числа оборотов путем изменения напряжения на выпрямителе 15. Для обеспечения устойчивой равномерной работы дозатора в бункере был установлен ворошитель 10 с приводом от мотор-редуктора.

Замеры температуры материала и сушильного агента осуществлялись термопарами ХК (хромель-копелевыми) через цифровой шестиканальный индикатор температуры ИТ-6-6, имеющий точность измерения ± О,2°С. Фиксирование температур осуществлялось каждую секунду и посредством интерфейса RS-485 через адаптер сети РСА-01 передавалось на компьютер.

Внешней вид установки представлен на рис. 2.

Рисунок 2. Внешней вид установки

Предварительно определялись температура, давление и относительная влажность окружающего воздуха. Перед началом опыта по расходу сушильного агента и его температуре определялась потребная мощность нагрева и на пульте управления подключались соответствующие секции калорифера. Материал, подлежащий высушиванию, заранее увлажнялся водой до заданного влагосодержания. Для более быстрого выхода на стационарный режим производился предварительный прогрев сушильного барабана. Прогрев осуществлялся при заданном расходе сушильного агента и установлении требуемой температуры. Величина расхода контролировалась по дифференциальному манометру и регулировалась изменением напряжения на ЛАТРе пылесоса. Требуемая температура устанавливалась кнопками на пульте регулятора. После окончания прогрева барабана влажный материал загружался в бункер подачи и включалось вращения барабана. Окончательно проверялись заданные параметры режима сушки, определялась температура материала, отбирались пробы на определение начального влагосодержания и включалась его подача в сушилку. Установка выводилась на стационарный режим. Режим считали установившимся, когда температуры сушильного агента и материала на выходе из сушилки не изменялись. После наступления установившегося режима производился замер температур сушильного агента и материала по длине барабана при помощи термопар, закрепленных на штанге на определенном расстоянии друг от друга. Затем при помощи специального пробоотборника отбирались пробы материала по длине сушильного барабана и помещались в стеклянные бюксы. Остаточная влажность материала определялась по методу досушивания в сушильном шкафу при температуре 105°С. Взвешивание производилось на электронных весах. После проведения замеров и окончания отбора проб материалов выключались подача материала, вращение барабана, нагрев воздуха, его подача и отключалось питание приборов. Оставшийся в сушильном барабане материал собирался в отдельную емкость и взвешивался.

Анализ результатов исследования

Анализ результатов экспериментального исследования производилось с целью выявления определенных закономерностей процесса и проверки адекватности аналитических зависимостей, описывающих кинетику сушки дисперсных материалов при различных режимах сушки.

Характер исследований сушки выявлялся и оценивался по графическим зависимостям. Результаты исследования кинетики сушки дисперсных материалов при удалении из них воды анализировались на примере сушки песка по расчетным и экспериментальным кривым изменения влагосодержания и температур сушильного агента и материала. Анализ результатов проводился по выявлению влияния начальной температуры и расхода сушильного агента на процесс. Сначала оценим влияние температуры на характер процесса сушки.
На рис. 3 – 5 показаны зависимости изменения влагосодержания песка, температуры ее и сушильного агента от начальной температуры последнего. Влажный материал имел начальную температуру в пределах от 20° С до 22 ^оС. Начальное влагосодержание задавалось равным 22 % ± 2,5 %

Рисунок 3. Изменение влагосодержания материала по длине барабана при различных начальных температурах сушильного агента:
1— 175 °С; 2 — 150 °С; 3 — 135 °С;4 — 115 °С; 5 — 85 °С

Рисунок 4. Изменение температуры сушильного агента по длине барабана при его различных начальных значениях:
1— 175 °С; 2 — 150 °С; 3 — 135 °С;4 — 115 °С; 5 — 85 °С

Рисунок 5. Изменение температуры материала по длине барабана при различных начальных температурах сушильного агента:
1— 175 °С; 2 — 150 °С; 3 — 135 °С;4 — 115 °С; 5 — 85 °С

На этих графиках точки отображают результаты экспериментов, а линии - расчетные зависимости, полученные по математической модели.

Анализ представленных на рис. 3-5 зависимостей показывает, что для песка процесс сушки идет в основном в периоде удаления связанной влаги. По экспериментам сушки песка можно отметить, что при довольно высокой начальной температуре сушильного агента более четко проявляется период удаления связанной влаги, который заметен по резкому возрастанию температуры поверхности песка и снижению скорости сушки.

Анализ математического моделирования периода прогрева показывает, что температура материала в центральных слоях частицы в процессе сушки отстает от температуры ее поверхности.

Выводы. Сопоставлением экспериментальных данных с результатами математического моделирования и графической обработкой выявлена небольшая разница в степени соответствия реальных процессов закономерностям. Отклонение экспериментальных данных от расчетных не превышало 5%. Результаты исследования кинетики сушки дисперсных материалов при удалении из них воды анализировались на примере сушки песка по расчетным и экспериментальным кривым изменения влагосодержания и температур сушильного агента и материала. Анализ результатов проводился по выявлению влияния начальной температуры и расхода сушильного агента на процесс.

Список литературы:

1. А.Ахunbayev, R. Mirsharipov. Research of Hydrodynamic Parameters of Drum Dryer. International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology Vol. 7, Issue 11 , November 2020. 7 бет.
2. Тожиев Р.Ж., Миршарипов Р.Х., Ахунбаев А.А. Оптимизация конструкции сушильного барабана на основе системного анализа процесса // Universum.–Москва, 2020.–№ 11 (80).–С. 59-66.
3. Тожиев Р. Д., Ахунбаев А. А., Миршарипов Р. X. Исследование гидродинамических процессов при сушке минеральных удобрений в барабанных сушилках //Научнотехнический журнал. – 2021. – Т. 4. – №. 4.
4. Ахунбаев А. А. Гидродинамическая модель движения в барабанном аппарате с учетом влияния продольного перемешивания //Universum: технические науки. – 2021. – №. 9-1 (90). – С. 34-38.
5. Гаппаров, К. (2021). Промышленное опробование технологии очистки и переплавки вторичных баббитов. Universum: технические науки, (10-1 (91)), 63-67.
6. Гаппаров, К. Г., Тожибоев, Б. Т., & Мансуров, Ю. Н. Учредители: Металлургиздат. Металлург, 11, 101-105.
7. Гаппаров, К. Г., Эркабоев, Х. Ж., Мансуров, Ю. Н., & Аксёнов, А. А. (2021). Структурный анализ вторичных баббитов. Металлург, 5, 60-64.
8. Inomjon, H., Kodirjon, G., Elmurod, U., & Zokirjon, A. (2021). Application of the method of finite differences to the calculation of shallow shells. Universum: технические науки, (3-4 (84)), 71-76.
9. Gaparo, K. G. (2021). RESEARCH OF PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF BABBITS FILLED IN SLIDING BEARINGS. Scientific-technical journal, 4(4), 63-67.
10. Гаппаров, К. Г., & Мавлонова, О. (2022). СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ ВТОРИЧНЫХ БАББИТОВ. Oriental renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences, 2(3), 1223-1232.
11. Маткаримов, Ш. А., Зияев, А. Т., Тожибоев, Б. Т., & Кучкаров, Б. У. (2020). Покрытие задвижек и запорной арматуры тепловых сетей жидким теплоизоляционным покрытием. Universum: технические науки, (12-5 (81)), 36-38.