Расчет установки охлаждения в "кипящем слое" и теплообменника для охлаждения

[Kirill Ko]

Все-равно непонятно зачем и КС и колонка.

Расчет аппарата КС для охлаждения песка воздухом должен иметь следующую последовательность:
-к-во тепла которое нужно снять (зависит от температуры, к-ва и свойств материала),
- к-во воздуха, которое заберет это тепло (зависит от температуры и свойств воздуха) причем температура отходящего воздуха будет не выше 200оС.
- расчет площади живого сечения аппарата, для обеспечения "ОЖИЖЕНИЯ" самых крупных частиц и предупреждения уноса самых мелких. Т.е. скорость воздуха, с учетом его нагрева, в сечении аппарата должна быть больше т.н. первой критической скорости  для самых крупных (псевдоожижения), но меньше второй критической скорости (витания или уноса) для самых мелких. Теплообмен и время пребывания можно не считать (достаточно пару минут для частиц 1-2-3мм). Если габариты аппарата и к-во подводимого воздуха (а также объемы очищаемого запыленного "дыма", масштабы оборудования для очистки и мощность тягодутьевого оборудования) после расчета устроят, можно обойтись и без воды.

Колпачки имеют отверстия перекрещивающиеся под углом 45 град как в верх,так и вниз, т.е. между колпачками будет выдуваться материал тоже.Слой над колпачеом будет витать на рсстоянии 100 мм,по расчетам так вышло.

Судя по этой фразе - вы несколько заблуждаетесь в понимании физики процесса псевдоожижения. Или может я чего не понял.
Если мы продуваем слой мелкозернистого материала, то по достижении некоторой скорости он приедет в ожижение состояние - это "первая критическая скорость" - частицы "прыгают" от основания и до определенной высоты, которая зависит от режима ожижения. Если далее поднимать скорость то слой расширится (в зависимости от вида материала и размеров аппарата бывают также разные эффекты - пузыри, фонтанирование, каналообразование, поршневание). При дальнейшем увеличении скорости наступит момент когда она достигнет 2 критической - скорость витания или выноса частиц. Тогда частицы улетят вместе с потоком воздуха.
Т.е. слой не может витать над колпачком на определенном расстоянии. Если струя из колпачка поднимет с подины песок, и скорость в сечении над колпачком будет выше 1ой но ниже 2ой критической скорости, и слой материала будет иметь достаточную высоту, то он расширится в 1,5-3 раза и будет прыгать как крупа на сите -перейдет в псевдоожиж. состояние.
Поищите на youtub что нибудь типа fluidized bed dryer. Только смотреть нужно на аппараты  у которых высота слоя меньше диаметра.
http://www.youtube.com/watch?v=vQmfmsJpp9I
Теперь по поводу колонки.
Выбитый из опок материал - не будет ли там комков, которые могут забить трубы?
Вы собрались свободно просыпать материал. За 7 сек полета тепло отдадут только те частицы которые коснутся стенки хотя-бы пару раз. Те которые по центру - навряд ли. Думаю - лучше засыпать материал в колонку доверху, а снизу делать разгрузку вибролотком, например. И время нахождения увеличить, чтобы успел произойти теплообмен между частицами по краю и центральными. Если труба широкая - стоит или насадок перемешивающий установить в трубу или другим способом перемешивать материал внутри трубы.

[FuG4s]

Все что вы описали,я прочитал в книге.
размер частицы песка 0,25 мм.производительность 10т\час.
установки КС не могут поглотить огромное количество тепла,в данном вопросе речь идет о понижении с 900 до 45 град.цельсия.Поэтому было принято решение: сначало в теплоообменнике,потом в кс.
опоки после расформовки будет сортироваться на вибросите,соотвественно вся крупная фракция отсотртируется.
По мои расчетам достаточно 6000 тыс.кубметров для создания псевдокипящего слоя,температура отходящих газов в районе 260 град цельсия.температура входящего воздуха взял 30 град цельсия. живое сечение аппарата 1,9 м2.все скорости я расчитал по известным методикам из книг(Критерии уноса и прочее)
по поводу колонны,я взял так,что песок течет самотеком,как в песочных часах.теплообмен будет происходить.в любом случае,но на сколько он эффективен,тут вопрос.

[Kirill Ko]

Прежде чем прочитать нижеследующий текст - я пытаюсь лишь предвидеть возможные проблемы.
1.Размеры частиц песка 0,25мм, скорости при 260оС: 1 критическая - ок 0,05м/с - слишком мала для устойчивого псевдоожижеия - на газораспределительной решетке воздух может выходить в конце аппарата и там будет фонтанирование, а в начале будет завал из материала (это из личного опыта) 2 критическая 2,2м/с. Нужно скорости рабочие держать 0,5м/с и выше. Но при 0,5м/ будет вынос частиц менее 0,1 мм.
2.Установки с КС могут поглотить любое к-во тепла. Только температура отходящего воздуха должна быть ниже чем температура охлажденного песка, и ещё должен быть градиент градусов хотя-бы 20оС.
3.На каком это вибросите вы будете сеять песок 900оС? Он у вас на вибросите и остынет градусов до 300оС. Если сито не сгорит.
Нагрейте песок до 900оС и посмотрите - он будет светиться и терять основное кол-во тепла излучением.
4. Для охлаждения 10т песка с 900 до 45оС нужно забрать у него 10000*0,21*850=1800000ККал (мне в калориях удобнее).
Всё расчеты очень приблизительны. Далее...  6000м3 воздуха который нагреется с 30 до 260оС может забрать 6000*230*0,25=345000ККал. Т.е. если вы в колонке охлаждаете до 200оС,  а остальное в ПС, то расчет ваш верен.
НО как охладить воздухом с Т-30оС песок до 45оС? Воздух же должен забрать тепло и уйти с большей температурой чем пришел, но меньшей чем у охлажденного песка. Вообще когда температурный градиент мал важно время контакта материала с воздухом, а так-же конструкция аппарата, гарантирующая условия теплообмена при "идеальном вытеснении". Т.е. в аппарате песок который вошел должен двигаться равномерно и постепенно остывать. Но он же прыгает "как сумасшедший" и в одну и в другую сторону и есть вероятность, что 10-20% песка просто проскочит от входа к выходу успев охладится только до 100 или 60оС.
5.При сечении 1,9м2 и расходе исходного холодного воздуха 6000м3/ч, с учетом его нагрева до 260оС, его плотность уменьшится в 1,5 раза и его станет 9000м3/ч при заданном сечении скорость будет 1,3м/с - вероятен вынос частиц менее 0,18мм. Не думаю, что все частицы песка как один имеют размер 0,25мм.
6. В охлаждающей колонке - песок самотеком - скорее всего не лучший вариант. Труба однозначно не будет заполнена, а с учетом, того, что при плотном заполнении трубы поверхность контакта невелика, а самотеком она будет ещё меньше.... С другой стороны - быстро летящие частицы песка будут способствовать срыву пограничного слоя на поверхности трубы.... Трудно сказать... Возьмусь предположить, что теплоотдача от внутренней поверхности трубы ссыпающемуся МЕЛКОДИСПЕРСНОМУ песку будет выше, чем для воздуха при аналогичной скорости раза в 2 -3раза. Суммарный коэффициент теплопередачи можно прикинуть по известным формулам. 

[FuG4s]

Все как вы и пишите-у меня в расчетах отображено,единственное,что сечас я в полной мере (до выхода на работу) не владею всей информацией на память.Все на работе.

[FuG4s]

Установка так и не была закончена.Причина: закрылся завод.

[Valery-Moscow]

я бы не советовал пытаться искать какие-то "волшебные" формулы и методики.

решение задач гидро-газодинамики многофазных сред, да еще с учетом тепло и массообмена  -
ПО ФОРМУЛАМ НЕ РЕШАЮТ!

[FuG4s]

никаких "волшебных" формул,как вы изъяснились-никто и не искал...материалам для расчетов послужили книги, указанные в данной ветке...

[Valery-Moscow]

в книгах есть общие и частные виды уравнений, которые в любом случае нужно решать численно
поскольку аналитически такие уравнения, тем более для сложных областей и для частных граничных условий не решаемы

попробуйте погуглить с английскими терминами - думаю статей, книг и примеров решенных задач по этой тематике найдете очень много

лет 5-7 назад - эта тематика была весьма популярна в мире, впрочем и сейчас она актуальна

я слушал несколько докладов финских инженеров по этой тематике