ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Однородный и неоднородный псевдоожиженный слой с барботажем пузырей из "Основы техники псевдоожижения" Характерной особенностью псевдоожижения капельными жидкостями является сохранение слоем чаще всего практически однородной структуры с ростом скорости ожижающего агента вплоть до выноса частиц из аппарата. Это не исключает, однако, образования в ряде случаев [167, 607, 683, 749] неоднородных систем с движением части жидкости через слой в виде пузырей ( прослоек ) — подвижных зон с пониженной концентрацией твердых частиц. Фотография движения жидкостного пузыря приведена на рис. 1-5 [167]. Рассматриваемое явление выражено тем ярче, чем крупнее псевдоожижаемые частицы [516, 527]. По литературным данным [746], при псевдоожиженни капельной жидкостью остроугольных частиц, имеющих большую склонность к сцеплению, также возможно образование неоднородных систем вплоть до поршне-образования [509]. [c.26] Однако, как уже отмечалось, псевдоожижение жидкостями обычно происходит плавно , т. е. без образования пузырей , прослоек и т. п. Меладу прочим, попытка специально получить в узких ( = 6—10 мм) и длинных (более метра) трубках псевдо-ожил енный слой ионообменной смолы (с размером частиц с1э = = 0,4—0,5 мм) с прослойками (поршнями) жидкой среды не увенчалась успехом с ростом скорости воды слой расширялся, но равномерность распределения частиц в жидкости практически не нарушалась. [c.26] Заметим, что увеличение скорости капельной жидкости приводит к менее интенсивному ускорению движения частиц, чем при псевдоожиженни газами. [c.26] Анализ отдельных работ [397, 489, 752], привлекаемых иногда для подтверждения двухфазной теории, свидетельствует лишь о ее приближенном соответствии опытным данным. Из этих же работ следует, олнако, что не весь избыток газа, сверх необходимого для начала псевдоожижения, проходит через слой в виде пузырей. Представляется более вероятным, что после достижения псевдоожиженного состояния слой в некотором диапазоне скоростей газа достаточно однороден, а пузыри начинают появляться при некоторой скорости газа превышающей скорость начала псевдоожижения гИо [103, 645]. [c.27] Таким образом, резонно предположить, что в виде пузырей проходит избыток газа сверх необходимого для начала барботажа пузырей. Укажем, что и это предположение является лишь приближением к реальным системам, хотя и более обоснованным, чем двухфазная теория. В реальных системах с ростом скорости газа возрастает относительное количество дискретной фазы, но одновременно растет и абсолютное количество газа, проходящего через слой в непрерывной фазе. Изложенные положения качественно подтверждаются данными Дж. Дотсона [538]. [c.28] Весьма показательны опыты с барботажем единичных пузырей через слой, находящийся в состоянии минимального псевдоожижения, т. е. в непосредственной близости к его началу. В опытах с мелкими частицами [576] установлено, что до 15% газа из пузыря переходит в слой (т. е. в непрерывную фазу). При использовании более крупных частиц наблюдался [502] еще более высокий процент утечки газа из пузырей. Выдвинута также гипотеза [577] о сосуществовании в слое однородного и неоднородного псевдоожижения в пропорции, определяющей степень неоднородности слоя. [c.28] Было показано [127], что эти требования несовместимы либо расход газа в дискретной фазе не отвечает соотношению —-пУд), либо не по всему объему непрерывной фазы скорость и порозность равны соответственно и е . Таким образом, двухфазная теория не дает исчерпываюн его представления о механизме образования и движения газовых пузырей в псевдоожиженном слое. До настоящего времени не предложено и другой достаточно четкой и стройной теории процесса. Установленным можно считать лишь тот факт, что однородность слоя увеличивается по мере уменьшения отношения (а по мнению некоторых исследователей — разности) плотностей твердого материала и ожижающего агента. [c.28] по имеющимся данным [317], для однородного псевдоожижения не очень мелких частиц указанное отношение не должно превышать 3. Справедливость высказанного положения подверждает-ся тем, что удавалось получить [317] псевдоожиженный газом слой пустотелых бумажных кубиков (небольшая разность плотностей твердых частиц и газа), вполне однородный во всем диапазоне псевдоожиженного состояния. Еще более убедительно в этом аспекте выглядят результаты опытов [167, 615] по псевдоожижению пустотелых шариков ионообменной смолы двуокисью углерода под давлением, приведенные в табл. I. 1, где Dem — максимальный эквивалентный диаметр пузыря. [c.29] Показано [749], что определенную роль в образовании газовых пузырей играют гидродинамические силы Бернулли. При этом степень неоднородности слоя предложено охарактеризовать при помощи критерия Фруда, полагая слой однородным при Рг 1 и неоднородным при Рг 1. Выбор критерия сделан, однако, недостаточно строго (на основе анализа размерностей), а граница Рг = 1 — условна. [c.29] Выбор этого критерия сделан на основе анализа дифференциальных уравнений, описывающих состояние автоколебательной системы. С ростом значения Рг однородность слоя ухудшается. [c.30] Приведенные выше попытки объяснения причин и механизма образования пузырей в псевдоожиженных системах не являются единственно возможными. [c.30] можно представить себе, что степень однородности псевдоожиженного слоя (вероятность и интенсивность образования пузырей) определяется соотношением сил поверхностного натяжения (на границе пузырь — непрерывная фаза) и сил, препятствующих возникновению дискретных образований (вязкости, инерции). [c.30] Существование в псевдоол иженных системах аналога поверхностного натяжения, по-видимому, не должно вызывать сомнений. Об этом свидетельствует само наличие пузырей в псевдоожиженном слое и хотя бы тот факт, что частица, положенная на свободную поверхность, не сразу внедряется внутрь слоя [223]. Очевидно, с уменьшением сил поверхностного натяжения размер пузырей должен быть меньше и может дойти до нуля. Соответственно для вязких ожижающих агентов также должно быть характерно псевдоожижение без образования пузырей. И действительно, псевдоожижение капельными жидкостями характеризуется большей однородностью, чем газами. [c.30] Можно ожидать, что поверхностное натяжение в псевдоожи-женных системах будет возрастать с увеличением размера и удельного веса частиц (см. главу X). В этом аспекте становятся понятными результаты экспериментов, в которых для крупных и тяжелых частиц удалось получить псевдоожижение с пузырями маловязких капельных жидкостей. [c.30] Можно также представить себе, что при быстром сближении двух частиц скорость их пульсационного движения должна возрасти за счет мгновенного сужения канала между ними. Это вызовет по закону Бернулли падение давления между частицами, благоприятное для образования конгломерата из двух, а затем н большего числа частиц. Распаду образовавшегося агрегата препятствует стремление частиц двигаться в гидродинамической тени за другими частицами и способствует уменьшение скорости между составляющими его частицами. В результате агрегаты находятся в состоянии неустойчивого равновесия — в слое возникают флуктуации плотности, пульсации. [c.31] В капельной жидкости частицы пульсируют медленно. Пока две частицы сближаются между собой, поток л идкости успевает изменить направление, и значительного увеличения ее скорости между частицами не происходит. Да и при возникновении значительного локального перепада давления частица в жидкости относительно медленно движется к гидродинамическом следу соседней частицы. Здесь условия для агрегирования частиц менее благоприятны. [c.31] В случае крупных и тяжелых частиц скорости ожижающего агента больше, выражение достигает значительной величины и динамические напоры при изменении расстояний между частицами соответственно возрастают. Естественно ожидать в этом случае большей тенденции к образованию агрегатов и пузырей даже при псевдоожижении капельными жидкостями. Влияние (ут—у) аналогично влиянию размера частиц. [c.31] Поскольку образование агрегатов и пузырей определяется величинами й, (ут—у)- не исключено, что однородность псевдоожи-женных систем будет характеризоваться комплексами Аг, Во и др. [c.31] Изложенные гипотезы, естественно, не исчерпывают всех возможных моделей процесса образования пузырей в псевдоожиженном слое. Безусловно, возможны. другие, более удачные модели. Так, в частности, заманчивым представляется энергетический подход к структуре псевдоожиженных систем с использованием энтропийных представлений. [c.31] ЧТО размер и скорость движения пузырей растут по мере их подъема и слияния. Но при общем неизменном расходе газа скорость подъема пузырей не может превысить определенного предела, поскольку с ростом ее должна уменьщаться скорость газа, находящегося в составе непрерывной фазы слоя. Последняя же не может уменьшаться безгранично. Таким образом, либо при превышении некоторого предельного размера пузырей скорость их подъема должна быть ниже, чем по закону Стокса, либо должен быть ограничен размер образующихся пузырей, если подъем в слое происходит по закону Стокса . Падение твердых частиц с потолка пузыря на его дно , приводящее к нарушению его оболочки, вероятно, вызвано изложенными выше причинами необходимостью одновременного поддержания материального баланса по псевдо-ожижающему агенту и равновесия гидродинамических сил (т. е. движения газа в соответствии с законами Архимеда и Стокса). Следовательно, нарушение оболочки пузыря падающими частицами должно приводить не к ускорению, а к торможению его движения либо к его дроблению на более мелкие образования, в конечном счете — к ограничению скорости движения дискретной фазы через псевдоожиженный слой. [c.32] Вернуться к основной статье