ОСОБЕННОСТИ ГИДРОДИНАМИКИ И ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА ПРИ АКТИВИЗАЦИИ ХИМИКО-ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ В КОКСОВОЙ ЗОНЕ РУДНОТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕЧИ
В настоящей работе исследуются особенности протекания гетерогенных реакций при барботировании газа, выделяющегося в процессе реагирования при контакте с твердым реагентом-восстановителем, с учётом особенностей гидродинамики и тепломассопереноса при протекании реакции восстановления в коксовой зоне руднотермической печи, когда процесс осложняется образованием газовой фазы, барботирующей через расплав. Пузырьки формируют условия, интенсифицирующие перемешивание, вследствие чего активизируются химико-энерготехнологические процессы восстановления. Основной особенностью реагирования является активная диффузия реагента из-за интенсивного перемешивания, что смещает процесс восстановления в кинетическую область. Главными факторами на данном этапе выступают температура в реакционной зоне и концентрация реагента в её объеме. Реакция восстановления и образование пузырьков газа влияют на образование конвективных потоков, из-за воздействия температуры и концентрации реагента. Гидродинамические аспекты взаимного действия пузырьков газа и жидкой фазы обладают специфическими особенностями, обусловленными локальным действием на жидкую фазу. Интенсивность такого воздействия напрямую зависит от градиента газосодержания. Научно обосновано, что скорость реакции восстановления является определяющим фактором для газосодержания, а, следовательно, для перемешивания. Для описания меры воздействия газосодержания на гидродинамику уравнения фильтрации дополнены эффективными критериями, которые характеризуют зависимость реакции восстановления через тепловое и концентрационное влияние. Коэффициентов, определяющих влияние химической реакции на гидродинамику, существенно больше параметров, определяющих естественную и концентрационную конвекцию, что в действительности влияет на характер расплава в зоне реакции рудотермической печи. Содержательная постановка задачи определяется оценкой влияния малых возмущений температур и концентраций на гидродинамические аспекты фильтрующегося расплава сквозь коксовый слой. Установлено, что отличительной особенностью химико-энерготехнологических процессов восстановления является возникновение и формирование диссипативных гидродинамических структур, которые определяют теплофизические характеристики реакционной зоны восстановительного реактора, в частности температуры и концентрации реагентов. Синергетические аспекты характера реакционного объема рудотермической печи существенно влияют на возможность управления, а значит, их следует использовать и учитывать при формировании режимов функционирования электротермических восстановительных реакторов.