» » Теплопередача в кипящем слое
02.06.2015

Быстрое распространение принципа «кипящего слоя» в металлургической, химической, нефтеперерабатывающей промышленности, в промышленности стройматериалов и т. д. вызвало необходимость постановки исследований по теплопередаче в кипящем слое. Результаты этих исследований позволяют предлагать эмпирические формулы того или иного вида, в которые входят факторы, являющиеся по мысли авторов этих формул наиболее важными или характерными для процесса. Сводка результатов исследований по теплопередаче в кипящем слое имеется в монографии П. Ребу, а также в сборнике под редакцией Д. Осмера и др.
Так, один из исследователей предлагает подсчитывать коэффициент теплоотдачи от кипящего слоя к наружной стенке печи по формуле
Теплопередача в кипящем слое

По наблюдениям Гинцветмета, коэффициент теплоотдачи от кипящего слоя сульфидного медного концентрата к стенке водяного холодильника, установленного в боковой стенке печи, составлял 150— 200 ккал/м'2*час*°С, если же в слой пиритного концентрата были погружены змеевики, в которых вода нагревалась и испарялась, то α=250.
Для теплоотдачи от кипящего слоя к находящейся в нем трубе имеются следующие формулы:
Теплопередача в кипящем слое

Во многих случаях газ, вызывающий «кипение» слоя, должен нагревать частицы шихты (сушка, возгонка металлов из руд, коксование, обжиг известняка и пр.) либо отнимать от них тепло, как например в холодильниках для огарка сульфидных руд, выходящего из обжигательных печей.
Исследование процесса сушки силикагеля (диаметр частиц d=0,3/0,9 мм, начальная влажность 48 %) воздухом, имеющим на входе температуру -20°, привело к следующей эмпирической формуле для коэффициента теплоотдачи от воздуха к поверхности частиц:
Теплопередача в кипящем слое

которая охватывает область значений Rе от 9 до 52, причем в формулу входит модифицированный критерий Рейнольдса Re=dG/μ.
В другом исследовании изучалась сушка в кипящем слое частиц глинозема и силикагеля (размер частиц от 14 до 48 меш) воздухом, который входил при 31—42° и удалялся при 17—30°. Для этих условий найдена зависимость
Теплопередача в кипящем слое

Из опытов были получены значения коэффициента теплоотдачи α=14,6/48,8 ккал/м2*час*°С, т. е. небольшие.
При исследовании теплопередачи к частицам угля (размером от 20 до 48 меш) от воздуха, имевшего на входе ~120°, получили значение коэффициента теплоотдачи а от 14,6 до 342 ккал/м2*час*°С, причем весовая скорость воздуха изменялась от 1580 до 4480 кг/м2*час.
П. Ребу предлагает рассчитывать нагрев или охлаждение газом частиц в кипящем слое чисто теоретическим путем, т. е. решать задачу для нестационарного теплового состояния, рассматривая частицы как шарики с известными физическими свойствами и задаваясь определенными начальными и граничными условиями. Он не дает, однако, примеров практического применения этого метода, так как не располагает значениями а, хотя другие авторы (см. выше) и нашли их опытным путем.
Кэрр и Амундсон теоретическим путем вывели формулу для теплообмена между газом и частицами в кипящем слое. Если внутри частиц тепло не выделяется, а прогрев самих частиц ввиду их малого размера не лимитирует процесс, то формула имеет вид
Теплопередача в кипящем слое

Для расчета охлаждения шихты в кипящем слое (в аэрохолодильнике) подсчитывают значение Re и, зная отношение λf/λS, по номограмме рис. 18 идут до вычисленного заранее значения Δ и определяют величину В. Затем из формулы (33) по известным γ, Т1 и t0 находят начальную температуру воздуха Т0. Температуру шихты после охлаждения подсчитывают по формуле
Теплопередача в кипящем слое

В тех случаях, когда процесс в кипящем слое происходит за счет тепла окисления частиц шихты, расчет прогрева самих этих частиц не производят, и речь может идти лишь о времени, необходимом для завершения реакции. Последнее определяют опытным путем.
Теплопередача в кипящем слое