Департамент науки ТГТУ

Номер соглашения РФФИ: 19-48-680006\19 от 10.07.2019г.

Срок реализации проекта: 3 года

Размер гранта: 500000 рублей

Целью проекта является получение фундаментальных знаний о природе формирования кипящего слоя, позволяющих разработать методы оценки изменения минимальной скорости псевдоожижения и фракционного состава слоя в работающем аппарате без остановки аппарата и технологического процесса, и осаждения слоя.

Задачи проекта:

- разработка модели перехода слоя в состояние псевдоожижения, учитывающей связь состояния дисперсного слоя (плотный слой – кипящий слой) со статистическими характеристиками процесса пульсаций перепада давления в слое,

- разработка и создание лабораторной установки для исследования связи между состоянием дисперсного слоя и статистическими характеристиками процесса пульсаций перепада давления, как в «холодном», так и в «горячем» слое, т.е. в диапазоне температур от 20 до 1000 °С,

- исследование связи между состоянием дисперсного слоя и статистическими характеристиками процесса пульсаций перепада давления, как в «холодном», так и в «горячем» слое, т.е. в диапазоне температур от 20 до 1000 °С,

- разработка программного и технологического обеспечения для изменения расхода псевдоожижающего газа по рассчитанным текущим значениям минимальной скорости псевдоожижения, полученным по статистическими характеристиками процесса пульсаций перепада давления, как в «холодном», так и в «горячем» слое, т.е. в диапазоне температур от 20 до 1000 °С.

Ожидаемые по окончании проекта результаты и их научная и прикладная значимость

- Экспериментальная установка для исследования процесса перехода в псевдоожиженное состояние многокомпонентных слоев частиц в широком диапазоне изменения фракционного состава частиц и температуры слоя.

- Результаты исследования процесса перехода в псевдоожиженное состояние слоев частиц, состоящих из таких частиц, резко отличающихся по форме и размерам, как частицы кварцевого или оливинового песка, с одной стороны, и биогранулы (гранулы из подстилочно – пометной массы), с другой.

- Алгоритм расчета минимальной скорости по зависимости среднеквадратичного отклонения пульсации перепада давления в слое от скорости газа, продуваемого через слой, и температуры слоя.

- Методика, программное и технологическое обеспечение изменения расхода газа, продуваемого через слой, по результатам сопоставления определенных значений минимальной скорости псевдоожижения со значением минимальной скорости псевдоожижения, полученной при расчете процесса.

- Результаты апробации методики, программного и технологического обеспечение изменения расхода газа, продуваемого через слой, по результатам сопоставления определенных значений минимальной скорости псевдоожижения со значением минимальной скорости псевдоожижения, полученной при расчете процесса.

Полученные результаты будут иметь важное научное значение в плане более глубокого понимания природы образования псевдоожиженного слоя и протекающих в нем процессов взаимодействия газовой и твердой фаз.

Прикладная значимость результатов реализации проекта заключается в обретении возможности существенного повышения стабильности и эффективности работы установок с кипящим слоем, особенно применительно к технологическим процессам, связанных с изменением размеров, форм и физических характеристики твердого материала в процессе обработки в кипящем слое.

Содержание по 1 этапу: (проделано)

За отчётный период была разработана и апробирована модель расчета минимальной скорости псевдоожижения, исключающая использование понятия «эквивалентного диаметра» и другие упрощения, ограничивающие возможность использования данного метода только для расчета слоев частиц, близких по форме или размерам. Предложенный метод расчета имеет в своей основе модель, основанную только на одном допущении, что частицы имеют одинаковую или близкую кажущуюся плотность. Тем не менее, модель позволяет достаточно точно рассчитать значение минимальной скорости псевдоожижения, основываясь лишь на табличных данных и не прибегая к экспериментальным измерениям.

Апробация модели проводилась на установке диаметром 200 мм с холодным кипящим слоем. Эксперименты проводились для смеси частиц антрацитового штыба и биогранул. Доля бигранул в смеси составляла 20, 40, 50, 60 и 80%. Расхождение между измеренными и рассчитанными значениями порозности слоя и минимальной скорости псевдоожижения составило не более 12%.

Также был разработан комплект конструкторской документации на установку с кипящим слоем, которая позволит апробировать и доработать модель в условиях широкого изменения температуры слоя.

Содержание по 2 этапу: (проделано)

Изготовлена экспериментальная установка для исследования процесса перехода в псевдоожиженное состояние многокомпонентных слоев частиц в широком диапазоне изменения фракционного состава частиц и температуры слоя.

Исследован процесс перехода в псевдоожиженное состояние слоев частиц, состоящих из таких частиц, резко отличающихся по форме и размерам (частицы кварцевого или оливинового песка, с одной стороны, и биогранулы (гранулы из подстилочно – пометной массы), с другой).