ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Псевдоожижение твердого зернистого материала из "Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии Издание третье" В последние десятилетия большое промышленное значение приобрели процессы взаимодействия газов и жидкостей с твердыми зернистыми и пылевидными материалами, при проведении которых твердые частицы приобретают подвижность друг относительно друга за счет обмена энергией с псевдоожижаю-щим потоком. Такое состояние твердых частиц получило название .псевдоожиженный слой вследствие внешнего сходства с поведением обычной капельной жидкости псевдоожиженный слой принимает форму вмещающего его аппарата, поверхность псевдоожиженного слоя (без учета всплесков) горизонтальна. Одновременно обнаруживаются и другие свойства, аналогичные свойствам жидкости — текучесть, вязкость и поверхностное натяжение. Тела, имеющие меньшую плотность, чем псевдоожиженный слой, всплывают в нем, а большую — тонут. [c.99] Широкое внедрение техники псевдоожижения в промышленную практику обусловлено рядом положительных факторов. Твердые частицы в псевдоожиженном состоянии вследствие текучести можно перемещать по трубам, что позволяет многие периодические процессы осуществлять непрерывно. Особенно выгодно применение псевдоожиженного слоя для процессов, скорость которых определяется термическим или диффузионным сопротивлениями в газовой фазе. Эти сопротивления в условиях псевдоожижения уменьшаются в десятки, а иногда и в сотни раз, а скорость процессов соответственно увеличивается. [c.99] Наряду с достоинствами, псевдоожиженному слою свойственны и некоторые недостатки. Так, вызванное интенсивным перемешиванием твердых частиц выравнивание температур и концентраций в слое приводит к уменьшению движущей силы процесса. Возможность проскока значительных количеств газа без достаточного контакта с твердыми частицами уменьшает выход целевого продукта. Отрицательными факторами следует считать износ самих твердых частиц, эрозию аппаратуры, возникновение значительных зарядов статического электричества, необходимость установки мощных газоочистительных устройств. Некоторые из перечисленных недостатков могут быть устранены рациональной конструкцией аппаратов. [c.100] Гидродинамическая сущность процесса псевдоожижения заключается в следующем. Если через слой твердых частиц, расположенный на поддерживающей перфорированной решетке аппарата, проходит поток псевдоожцжающего агента (газа или жидкости), то состояние слоя оказывается различным в зависимости от скорости этого потока. [c.100] При плавном увеличении скорости потока от О до некоторого первого критического значения происходит обычный процесс фильтрования, лри котором твердые частицы неподвижны (рис. 5.9, а). На графике процесса псевдоожижения, называемом кривой псевдоожижения и выражающем зависимость перепада статического давления в слое зернистого и пылевидного материалов от скорости псевдоожижающего агента (рис. 5.10, а), процессу фильтрации соответствует восходящая ветвь ОА. [c.100] В случае малого размера частиц и невысоких скоростей фильтрации псевдоожижающего агента режим его движения в слое ламинарный, и ветвь ОА прямолинейна. В слое крупных частиц при достаточно высоких скоростях псевдоожижающего агента перепад давления может расти нелинейно с увеличением скорости (переходный и турбулентный режимы). [c.100] В зависимости от свойств псевдоожижающего агента него скорости можно наблюдать несколько стадий процесса псевдоожижения. При скоростях псевдоожижающего агента, незначительно превышающих й пс, т. е. при наблюдается так называемое однородное ( спокойное ) псевдоожижение (рис. 5.9,6). Однородное псевдоожижение для значительного диапазона скоростей наблюдается также при псевдоожижении зернистых материалов капельными жидкостями (р и ро одного порядка). [c.102] По мере роста скорости при псевдоожижении газом в слое образуются компактные массы газа ( пузыри , каверны ), и у поверхности возникают всплески твердых частиц. При этом наблюдаются значительные пульсации статического и динамического напора псевдоожижающего агента. Такой характер гидродинамики слоя называют неоднородным псевдоожижением (рис. 5.9, в). [c.102] Рассмотренный график ОАВ (рис. 5.10, а) называют кривой идеального псевдоожижения. [c.103] При постепенном уменьшении скорости псевдоожижающего агента и переходе слоя от псевдоожиженного состояния к неподвижному кривая 3 располагается ниже кривых / и 2 (рис. 5.10,6), что соответствует более рыхлой структуре неподвижного слоя для этого случая. [c.103] Для полидисперсных материалов, как правило, наблюдается переходный диапазон скоростей между режимами фильтрации и псевдоожнжения (рис. 5.10, б). Вначале при некоторой ско-)ости приходят в движение наиболее мелкие частицы. 1о мере приближения к скорости W п все большее число частиц переходит во взвешенное состояние, и наступает полное псевдоожижение. [c.103] В реальных условиях поведение слоя во многом зависит от конструктивных особенностей аппаратов. Так, в аппаратах с большим отношением /г/О (т. е. в узких и высоких аппаратах) пузыри газа, сливаясь по мере подъема, могут образовать сплошные газовые пробки , перемещающиеся с движущимися поршнями псевдоожиженного зернистого материала (рис. 5.9, 3). Сопротивление слоя при этом начинает превышать расчетное значение Арсл, определяемое равенством (5.20) (см. рис. 5.10, г, кривая 1). [c.103] При малых отношениях /г//3 и при наибольших скоростях псевдоожижающего агента в аппаратах с перфорированными газораспределительными решетками могут возникать сквозные каналы, по которым устремляется основная часть газового потока — слой с каналообразованием (рис. 5.9, е). При этом в слое твердых частиц образуются застойные зоны, и общее сопротивление слоя оказывается меньше расчетной величины, определяемой уравнением (5.20) (см. рис. 5.10, г, кривая 2). [c.103] Величина Ф может быть рассчитана по формуле (5.25) или взята по таблицам лишь в случае одинаковой формы всех частиц слоя. Для слоя частиц переменной формы необходимо экспериментальное определение величины Ф. [c.104] Верхняя граница псевдоожиженного состояния соответствует скорости свободного витания одиночных частиц (е 1). Очевидно, что при скорости потока, превосходящей скорость витания, т. е. при Wy Wвцr, будет происходить вынос частиц из слоя зернистого материала или так называемый пневмотранспорт. [c.104] НИЯ К качеству получаемых продуктов и технологические условия протекания процессов. [c.105] Наряду с обычными цилиндрическими аппаратами (рис. 5.9) нашли широкое применение конические аппараты (рис. 5.11, а), в которых скорость псевдоожижающего агента уменьшается при движении снизу вверх, что позволяет работать с полидисперс-ными материалами кроме того, значительная скорость псевдоожижающего агента внизу аппарата дает возможность иногда работать без поддерживающей решетки, что особенно важно для высокотемпературных процессов, агрессивных сред, а также при использовании комкующихся и слипающихся материалов. [c.105] При подводе газа через небольшое отверстие внизу аппарата и значительном угле конусности входящая струя псевдоожижающего агента может оторваться от стенок аппарата и образовать сплошной канал, по которому движется поток газовзвеси, образуя над поверхностью слоя фонтаны твердых частиц. Такой слой называют фонтанирующим (рис. 5.11,6). Для аппаратов с фонтанирующим слоем, как и для большинства конических аппаратов, характерно наличие интенсивной циркуляции твердых частиц от центра потока к периферии и сползание вдоль стенок к устью конуса. [c.105] Аппараты переменного (конусного) сечения могут использоваться также в тех случаях, когда в ходе процесса происходит значительное изменение объемов газообразных продуктов. Переменное сечение аппаратов в этом случае необходимо для поддержания одинакового гидравлического режима по высоте аппарата. [c.105] В последнее время получили распространение аппараты с псевдоожиженным слоем типа АС (активные струи), которые применяют для проведения химических превращений, смешения сыпучих материалов, осуществления совмещенных процессов сушки и грануляции (рис. 5.11, г). Гранулы высушиваемого материала находятся в псевдоожиженном состоянии на решетке 2, под которую через штуцер 4 подается воздух при температуре г300°С. В псевдоожиженный слой с большой скоростью (5- 10 Т вит) через сопла 6 подается в виде струй воздух при температуре = 500°С. Высушиваемый материал вводится в слой через штуцер 7 в виде суспензии, которая распределяется по поверхности гранул и, высушиваясь, обеспечивает их рост. [c.106] Вернуться к основной статье