ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Гидродинамика кипящих (псевдоожиженных) зернистых слоев из "Основные процессы и аппараты химической технологии Издание 8" За последние два десятилетия значительное применение в химической и других отраслях промышленности получили процессы, связанные с взаимодействием газов (реже — капельных жидкостей) со слоем мелкораздробленных твердых частиц, находящихся в кипящем, или псевдоожиженном, состоянии. Аппараты с кипящим слоем используются для перемещения и смешивания сыпучих материалов, для проведения процессов обжига, теплообмена, сушки, адсорбции, каталитических и других процессов. Такое широкое распространение процессов в кипящем слое обусловлено рядом их преимуществ, которые будут рассмотрены в главах XIV и XV, посвященных процессам адсорбции и сушки. Здесь отметим только, что псевдоожижению подвергаются частицы значительно меньших размеров, чем частицы материалов, находящиеся в неподвижном слое. Гидравлическое сопротивление кипящего слоя при этом относительно невелико, а уменьшение размеров частиц приводит к увеличению поверхности их контакта с потоком и снижает сопротивление диффузии внутри частиц при взаимодействии между твердой и газовой (или жидкой) фазами. В результате возрастает скорость протекания многих процессов. [c.109] Закономерности движения жидкостей через зернистые слои, рассмотренные выше, соблюдаются практически при любых скоростях потока, но лишь при движении его сверху вниз. Когда поток движется снизу вверх, эти закономерности применимы лишь при условии, что скорость потока не превышает величины, при которой неподвижность слоя нарушается. [c.109] На рис. П-31 показаны три возможных состояния слоя твердых частиц в зависимости от скорости восходящего потоса. [c.109] Типичные графики изменения высоты зернистого слоя и перепада давлений в нем (гидравлического сопротивления) в зависимости от фиктивной скорости газа (скорости,отнесенной ко всему сечению аппарата) представлены на рис. 11-32. [c.110] Скорость, при которой нарушается не подвижность слоя и он начинает перехо дить в псевдоожиженное состояние, на зывают скоростью псевдо ожижения и обозначают через При увеличении скорости газа до вели чины, равной сопротивление зерни стого слоя, как следует из рис. I -32 возрастает с увеличением хюо, а его высота практически не изменяется (линия ЛВС на рис. 11-32,а). [c.110] Из рис. П-32,б видно, что указанное условие выполняется для всей области существования псевдоожиженного слоя (линия СЕ), вплоть до того момента, когда скорость достигает величины, при которой слой разрушается и начинается массовый унос частиц потоком. Эту скорость называют скоростью уноса, или, иначе, скоростью свободного витания частиц, и обозначают символом Последнее название обусловлено тем, что при массовом уносе порозность слоя столь велика (е приближается к 1), что движение отдельных частиц можно считать не зависящим от воздействия других частиц слоя. Каждая отдельная частица свободно витает, т. е. не осаждается и не уносится потоком, при условии, что ее вес в среде уравновешивается силой сопротивления, возникающей при обтекании частицы потоком. Значение может быть найдено исходя из этого условия. Малейшее превышение скорости над величиной приводит к уносу частицы. [c.111] В случае уменьшения скорости потока после псевдоожижения слоя наблюдается явление гистерезиса зависимость гидравлического сопротивления неподвижного слоя от скорости потока выражается не линией АВС (рис. 11-32,6), а прямой СО, расположенной ниже. Это связано с тем, что порозность неподвижного слоя по окончании его псевдоожижения становится несколько выше, чем до псевдоожижения. Последнее подтверждается также данными рис. П-32,а — высота неподвижного слоя после псевдоожижения (ордината линии СВ) больше, чем она была до псевдоожижения (ордината линии АВ). Если вновь начать подачу газа в образованный путем псевдоожижения более порозный слой, то при увеличении скорости получается зависимость, соответствующая линии СВ, и явление гистерезиса уже не наблюдается. [c.111] Надо заметить, что резкий переход от неподвижного к псевдоожиженному состоянию зернистого слоя характерен лишь для слоев частиц одинаковой дисперсности. Для полидисперсных слоев существует не скорость псевдоожижения, а область скоростей псевдоожижения, в которой начинается и завершается переход от неподвижного к полностью псевдоожиженному слою. [c.111] Число псевдоожижения характеризует интенсивность перемешивания частиц и состояние псевдоожиженного слоя. Опытным путем найдено, что во многих случаях интенсивное перемешивание достигается уже при Ка, = 2. Оптимальные значения Ка, устанавливаются обычно практически для каждого конкретного технологического процесса и могут изменяться в довольно широких пределах. [c.111] При Шо т. е. при /Са, 1, характеристики кипящих слоев неодинаковы при их псевдоожижении с помощью газа или капельной жидкости. Эти характеристики зависят также от величины /С . [c.111] Полностью однородное псевдоожижение практически возможно лишь при псевдоожижении твердых частиц в потоке капельной жидкости. При этом увеличение скорости сверх Шпс приводит к соответствующему возрастанию высоты слоя без каких-либо заметных колебаний его верхней границы. Расстояние между частицами в данном случае увеличивается постепенно, а жидкость движется в свободном объеме между ними сплошным потоком. [c.112] Пока значения числа псевдоожижения не очень велики, неоднородность слоя не оказывает отрицательного воздействия на его характеристики, а движущиеся пузыри, наоборот, интенсифицируют перемешивание частиц в слое. Однако при значительном увеличении скорости газа неоднородность слоя возрастает сквозь слой все чаще прорываются более крупные пузыри и начинается интенсивное выбрасывание твердых частиц над поверхностью слоя (рис. П-33,а). Пузыри газа могут увеличиваться в объеме столь значительно, что, наконец, их размер достигает диаметра аппарата (рис. П-33,б). При этом псевдоожиженный слой разделяется на отдельные части газовыми пробками часть слоя, находящаяся над пробкой, подбрасывается вверх, что приводит к большому выбросу твердых частиц. [c.112] Такой режим работы называют поршневым псевдоожижением. Его возникновению способствуют, кроме возрастания скорости газа, увеличение размера частиц и уменьшение диаметра аппарата. Поршневой режим нежелателен, так как при нем резко ухудшается равномерность Контакта между газом и твердыми частицами. [c.112] При псевдоожижении некоторых материалов однородность слоя нарушается также вследствие каналообразования, при котором происходит проскок ( байпасирование ) значительного количества газа (жидкости) через один или несколько каналов, образующихся в слое. Каналообразование особенно часто наблюдается при применении материалов с очень мелкими или слипающимися частицами, склонными к агломерации. Предельным случаем каналообразования является фонтанирование, при котором поток газа (или жидкости) прорывается сквозь слой по одному большому каналу, возникающему близ оси аппарата. [c.112] Режим псевдоожижения, соответствующий изменению скоростей в пределах от до йУсв называют псевдоожижением в плотной фазе, в отличие от режима, при котором Шо Юсв и происходит пневмотранспорт твердых частиц в разбавленной фазе кипящего слоя. [c.112] Основные гидродинамические характеристики псевдоожиженных слоев находят следующими методами. [c.113] Скорость псевдоожижения наиболее надежно определяют на лабораторных или полупромышленных установках измерением сопротивления Ар слоя в зависимости от фиктивной скорости аУо- Результаты измерений обычно представляют графически в виде зависимости типа приведенной на рис. И-32,6. [c.113] Расчетным путем величина может быть определена исходя из указанного выше условия равенства сопротивления слоя весу твердой фазы, отнесенному к единице площади поперечного сечения аппарата. [c.113] При работе с полидисперсными слоями, если при расчете Шпс с помощью уравнения (II, 138) можно использовать средний размер частиц, скорость начала разрушения псевдоожиженного слоя надо определять по уравнению (II, 122а) для самых мелких частиц, наиболее легко выдуваемых из слоя. [c.114] По этой формуле можно вычислить скорость Wq, необходимую для достижений любой данной доли свободного объема слоя. [c.114] Вернуться к основной статье