ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основы гидродинамики кипящего слоя колчеданного огарка, интенсивность обжига из "Технология серной кислоты" Принцип кипящего слоя (КС) давно используется для воздушного обогащения полезных ископаемых, перемешивания тонкоизмельченных материалов и их транспортирования по желобам и т. д. В условиях высоких температур этот метод стал применяться в 20-е годы для газификации угольной мелочи в газогенераторах Винклера. В самом широком масштабе он применен для каталитического крекинга нефти и в органическом синтезе. При обжиге серосодержащего сырья (колчедана) его начали применять в конце 40-х годов в Германии, США и Советском Союзе. [c.66] Кипящим пли псевдоожиженным называют такое состояние слоя сыпучего зернистого твердого материала, когда при продувании через него газового потока он становится подобен кипящей жидкости. Если через слой сыпучего материала начать продувать газ (воздух), то при малых скоростях газа происходит его фильтрация через слой и высота слоя на поддерживающей газораспрелелительпой решетке практически остается неизменной. Когда скорость газа достигнет некоторой критической величины — начала псевдоожижения — гидравлическое сопротивление слоя становится равным его весу, слой приобретает текучесть. При дальнейшем увеличении скорости газового потока высота слоя начинает возрастать и при некоторой новой (второй) критической величине скорости, твердые частицы начинают уноситься газовым потоком и переходят в режим пневмотранспорта. [c.67] При расчетах процессов в кипящем слое [31] пользуются условной скоростью— w, отнесенной к сечению аппарата, при этой скорости наступает псевдоожижение, ее называют первой критической скоростью или скоростью предела устойчивости Wn.y, скорость начала уноса частиц из слоя ш называется второй критической скоростью или скоростью витания. Фактическая, или рабочая, условная скорость газа w больше w и меньше w . Отношение N=wlw называется числом псевдоожижения. [c.67] Для промышленных печей при обжиге флотационного колчедана число псевдоожижения N равно примерно 10—14, при обжиге рядового колчедана со средневзвешенным диаметром частиц в слое dx3 мм, N 1,3—1,8 [31]. [c.67] Важным фактором, влияющим на общую структуру слоя, является отношение первоначальной высоты слоя Но к диаметру аппарата. При небольшой величине HolD ,n и малой степени расширения в слое образуются локальные каналы, в которые устремляется газовый поток. При этом не все частицы в слое оказываются во взвешенном состоянии. На это указывает меньшее сопротивление слоя по сравнению с расчетным. При значительных величинах Яо/-Оап возникает явление поршневого эффекта. Как показали проведенные исследования [49], при Яо=0,5 Dan и К=1,75—2,0 кипящий слой однороден, при /( 2,0 однородность слоя нарушается, так же она нарушается с увеличением Но. При Яо=0,75 Dan однородная структура сохраняется только при невысоких степенях расширения (/(=1,25). Увеличение до Яо 1,0 приводит к тому, что в слое наблюдаются газовые прослойки, слой становится полностью неоднородным, возникает поршневой эффект. [c.67] Однородность кипящего слоя зависит от Яо, К и Яо/Dan и от гранулометрического состава частиц. Она увеличивается с уменьшением диаметра частиц, так как мелкодисперсные частицы образуют более вязкий слой, чем крупные, но при очень мелких частицах наблюдается неоднородность слоя, потому что мелкие частицы склонны к слипанию. В кипящем слое целесообразно иметь широкую фракцию ступенчатого состава. Слой кипит при соответствующих скоростях дутья равномерно, крупные фракции как бы плавают в мелких и при этом меньше истираются, мелкие частицы взаимосвязанные с крупными, в меньшей степени покидают слой. Таким образом, для широкой фракции характерен меньший пылеунос и малые скорости дутья, а следовательно и меньшие энергетические затраты [39]. [c.67] Полидисперсность слоя характеризуется [50] отношением начальной скорости псевдоожижения к конечной скорости, когда все частицы переходят в псевдоожнженное состояние. Это отношение называют числом полидисперсности я. Плотность слоя (масса огарка в объеме слоя) в условиях устойчивого кипящего слоя 0,93—1,0 т/м . Основные характеристики кипящего слоя из частиц огарка размером 0—1 мм при 800 С приведены в табл. 12. [c.67] Скорости, соответствующие пределу устойчивости и витания частиц, снижаются при повышении температуры в связи с изменением кинематической вязкости, плотности и критерия Архимеда. Например, при повышении температуры от О до 800 °С коэффициент кинематической вязкости возрастает в 10 раз, плотность снижается в 4 раза, а критерий Архимеда с этим снижается в 25 раз [31]. [c.69] Скорость газового потока в кипящем слое, являющаяся одной из основных гидродинамических характеристик слоя, определяет и количество обжигаемого колчедана, т. е. интенсивность обжига. [c.69] Как показала практика [31], для существования кипящего слоя в колчедане должно находиться 5—10% крупных частиц, которые при данном гидродинамическом режиме не выносятся из слоя. Минимальный диаметр частиц, составляющих слой, определяет максимально возможную линейную скорость газов и при заданной концентрации сернистого газа максимальную подовую интенсивность печи. Диаметр таких частиц называют определяющим диаметром частиц колчедана. Масса мелких фракций колчедана, выносимых в надслойное пространство при соответствующем гидродинамическом режиме, при сгорании в течение требуемого времени (в соответствии с кинетикой обжига, высокой степенью извлечения серы из колчедана и оптимальным размером печи) должно обеспечить температуру на выходе из печи не выше 900 °С. [c.69] Вернуться к основной статье