» » Обжиг в кипящем слое
21.05.2015

Важной составной частью многих технологических процессов в металлургии является обжиг, который осуществляют с целью изменения физико-химических свойств материалов.
Процесс обжига состоит в нагревании твердых зерен материала в контакте с другими веществами, обеспечивающими необходимые физико-химические превращения при соответствующей температуре, не допускающей заметного накопления жидкой фазы.
Поскольку в процессе обжига происходит взаимодействие не менее чем между двумя фазами — твердой и газообразной, такие системы называются гетерогенными.
К этим процессам относятся не только многообразные виды обжига, но также сушка, адсорбция, каталитические процессы и др.
К факторам, определяющим степень интенсивности указанных процессов, относятся: величина удельной поверхности раздела фаз, зависящая от размера зерен твердой фазы, и взаимная относительная скорость перемещения твердой и газовой фаз. Соблюдение обоих условий при оптимальном режиме обеспечивает наибольшую эффективность технологического процесса.
Применяемые в промышленности для осуществления обжига многоподовые, вращающиеся трубчатые, шахтные и другие печи, несмотря на их усовершенствование, весьма громоздки, отличаются высокой стоимостью и в ряде случаев уже не отвечают условиям протекания высокопроизводительных процессов.
Более прогрессивен метод обжига пылевидных материалов во взвешенном состоянии. При этом достигается значительное развитие удельной поверхности контакта твердой и газовой фаз, однако взаимная относительная скорость их перемещения остается незначительной.
Взаимодействие между твердой фазой и газом в данном случае затрудняется из-за образования на поверхности зерен стабильного слоя газа и протекает главным образом за счет диффузии (внешняя диффузия).
Малая относительная скорость перемещения твердой и газообразной фаз и низкая концентрация твердых зерен в газовом объеме ограничивают, таким образом, возможность увеличения удельной производительности рабочего объема печей для обжига во взвешенном состоянии.
Метод взаимодействия твердой и газообразной фаз во взвешенном состоянии, получивший распространение в промышленности в последние 25—30 лет, позволил несколько интенсифицировать процесс обжига пылевидных материалов, однако его осуществление потребовало весьма тонко доизмельчать последние и подвергать их глубокой сушке. Такая подготовка материалов усложняет и удорожает процесс, ограничивая тем самым области его применения.
Интенсификацию гетерогенных процессов с достижением высокой удельной производительности рабочего объема печи (реактора) обусловливает оптимальное сочетание размера частиц твердого, интенсивное перемешивание их с газом и повышение концентрации твердого вещества в единице объема.
Эти условия наиболее полно реализуются в процессах, разработанных в промышленности в последние годы и осуществляемых в кипящем или псевдоожиженном слое. Вихревое движение твердых зерен в кипящем слое сопровождается значительным ускорением теплообмена и снижением диффузионного торможения, благодаря чему открылась возможность осуществления изотермических режимов интенсификации технологических процессов.
Метод псевдоожижения получил широкое распространение в промышленности России и за рубежом в областях газификации мелкозернистого топлива, каталитического крекинга нефти, органического синтеза (спирт, фталевый ангидрид, каучук и др.), обжига концентратов и руд, обжига строительных материалов (цемент, известь, гипс), разделения газов методом адсорбции и десорбции, сушки, транспортирования и перемешивания мелкозернистых материалов, воздушного обогащения руд и во многих других процессах. В подавляющем большинстве случаев применение в промышленности этого метода дало повышение удельной производительности печей и реакторов, улучшило качество продуктов и повысило выход готовой продукции.