Objekt-Metadaten
Influence of the wall on the heat transfer process in rotary kiln

Autor :Yogesh Sonavane
Herkunft :OvGU Magdeburg, Fakultät für Verfahrens- und Systemtechnik
Datum :15.06.2010
 
Dokumente :
Dataobject from HALCoRe_document_00008765
PhD_Thesis.pdf ( 17681  kB)    ZIP generieren   Details >>
 
Typ :Dissertation
Format :Text
Kurzfassung :Drehrohröfen werden häufig in der chemischen und metallurgischen Industrie eingesetzt. Die Wärmeübertragung im Drehrohrofen ist ein kompliziertes Phänomen, da Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung gleichzeitig ablaufen. Einige Studien über den Wärmeübertragungsmechanismus in Drehrohröfen werden in der bisherigen Literatur angegeben. Obwohl viele Forscher die Prozesse im Ofen behandelten, wurde der Wärmeübergang zwischen den Teilchen und der Wand nicht eindeutig geklärt. Diese Studie soll daher eine analytische Lösung in vereinfachter Form, zum besseren Verständnis der Abhängigkeit der Parameter, aufzeigen. Das Temperaturprofil an der Wand des Drehrohrofens, hängt von verschiedenen Parameter ab, wie z.B. dem Durchmesser des Ofens, der Dicke der Ofenwand und der Materialeigenschaften, wie thermische Leitfähigkeit, Dichte und spezifische Wärmekapazität. Die Betriebsparameter wie die Anfangstemperatur des Gases und des Feststoffes, der Füllungsgrad, die Drehzahl sowie der Wärmeübergangskoeffizient von Wand zum Feststoff und vom Gas an die Wand, haben einen Einfluss auf den Wärmeübergang im Drehrohrofen. Eine einheitliche analytische Gleichung für die maximale Temperaturschwankung an der Wand des Ofens wurde aufgestellt. Eine neue modifizierte dimensionslose Stantonzahl wurde eingeführt. Die entstandene Gleichung wurde durch die Kürzung der Parameter von 11 auf 4 wesentlich vereinfacht. Die Temperaturschwankungen sind unabhängig vom Durchmesser des Drehrohrofens, aber abhängig vom Verhältnis des Wärmeübergangskoeffizienten von Wand/Feststoff zum Wärmetransportkoeffizienten und vom Wärmeübergangskoeffizient von Gas/Wand zum Wärmetransportkoeffizienten. Es hat sich gezeigt, dass die Temperaturschwankungen an der Wand in Umfangsrichtung mit Erhöhung der Drehzahl abnehmen. Das entwickelte Modell wurde mit einem zweidimensionalen numerischen Finite-Elemente-Paket ANSYS mit einem Fehler von weniger als 3% überprüft. Die Ergebnisse für die Temperaturschwankungen vom numerischen und analytischen Modell stimmen gut überein. Aufgrund dieser Temperaturschwankungen wurde der Temperaturgradient an den Randbedingungen umfassend numerisch untersucht. Es wurde gezeigt, dass sich hohe Temperaturgradienten in radialer Richtung ergeben. Ebenso wurde festgestellt, dass die Temperaturschwankungen an der Wand in Umfangsrichtung mit Erhöhung der Drehzahl zunehmen. Aufgrund mangelnder Kenntnisse über die Temperaturverteilung und die Wärmeübertragung innerhalb des bewegten Festbettes im Drehrohrofen sind experimentelle Untersuchungen nötig. Daher wurde eine Pilotanlage für einen indirekt elektrisch beheizten Drehrohrofen aus Edelstahl mit 0,6 m Durchmesser und 0,45 m Länge entworfen und entsprechend industrieller Normen hergestellt. Des Weiteren wurden neue Messtechniken mit festen und rotierenden Thermoelementen entwickelt. Unter der Verwendung eines Thermoelementes des K-Types wurden die Temperaturprofile im bewegten Festbett gemessen. Es wurden Versuche mit unterschiedlichen Materialien wie z.B. Quarzsand (Partikelgröße 0,2 mm) und Kupferpellets (Partikelgröße 0,8 mm) durchgeführt. Umfassende Untersuchungen der Temperaturverteilung wurden in verschiedenen Zeitintervallen durchgeführt. Hierbei ergaben sich kalte und heiße Bereiche im Festbett. Hohe Temperaturen konnten am oberen Bereich des Ofens senkrecht zum bewegten Festbett nachgewiesen werden. Dies ist auf den Auftrieb des heißen Gases im Inneren des Ofens zurückzuführen. Die Temperatur des bewegten Festbetts wurde mit einem mittleren Wert definiert, um so den Wärmeübergangskoeffizient zu bestimmen. Der Wärmeübergangskoeffizient von der Wand zum Festbett wurde für verschiedene Füllgrade und Drehzahlen untersucht. Hohe Werte für den Wärmeübergangskoeffizient wurden bei höheren Drehzahlen erreicht. Die Werte für den Wärmeübergangskoeffizienten wurden mit verfügbaren Daten aus der Literatur verglichen. Es ergaben sich aus den Experimenten höhere Werte für den Wärmeübergangskoeffizient. Dies erklärt die Notwendigkeit eines verbesserten Modells für den Wärmeübergangskoeffizient. Der thermische Wirkungsgrad eines Drehrohrofens wird durch die Mischung des Materials innerhalb des Betts beeinflusst. Deshalb ist ein neues Konzept, der den Wärmeübertragungsmechanismus unter Einbeziehung der Mischung beschreibt, entwickelt worden. Das Mischen kann experimentell mit warmen und kalten Schichten des Festbetts bestimmt werden. Die Experimente wurden mit verschiedenen Füllgraden und Drehzahlen durchgeführt. Die Anzahl der Umdrehungen für die perfekte Mischung von kalten und warmen Schichten für Quarzsand wurden ausreichend untersucht. Ein neuer Parameter; die Güte der Mischung wurde formuliert. Sie ist ein Maß die Durchmischung des Betts. Zusätzlich werden Versuche zur Durchmischung des Festbettes aus Schichten mit unterschiedlichen Farben durchgeführt. Es zeigte sich eine gute Übereinstimmung der Ergebnisse. Ebenso wurde die Rotation des bewegten Festbettes in Bezug auf die Rotation des Ofens untersucht. Dieser Ansatz erlaubt ein besseres Verständnis der Misch- und Wärmeübertragungsphänome innerhalb des bewegten Festbetts.
Schlagwörter :Heat transfer, rotary kilns, modeling, analytical solution, lumped capacity layer, temperature fluctuation, Mixing of solid, Hea
Rechte :Dieser Text ist urheberrechtlich geschützt
Größe :V, 134 S.
 
Erstellt am :01.10.2010 - 09:49:03
Letzte Änderung :01.10.2010 - 09:50:18
MyCoRe ID :HALCoRe_document_00008765
Statische URL :http://edoc.bibliothek.uni-halle.de/servlets/DocumentServlet?id=8765