ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Взвешенный слой из "Гидромеханические процессы химической технологии" К смешанной задаче гидродинамики относится также движение восходящего потока жидкости или газа через подвижный слой зернистого материала. При малых скоростях потока слой соприкасающихся друг с другом частиц остается неподвижным, так как газ или жидкость проходит по межзерновым каналам и пустотам, т. е. фильтруется через слой. При этом часть скоростного напора расходуется на преодоление трения при движении по извилистым межзерновым каналам о поверхность твердых частиц, а также о стенки аппарата. Обычно трение потока о стенки аппарата пренебрежимо мало (если диаметр аппарата Dann достаточно велик по сравнению с диаметром частиц d,) и гидравлическое сопротивление слоя не превышает веса твердых частиц, приходящегося на единицу площади решетки, поддерживающей слой. [c.217] С увеличением скорости потока промежутки между частицами увеличиваются. Частицы приходят в движение и перемешиваются с газом (или жидкостью). Образовавшаяся взвесь называется взвешенным слоем. [c.217] При дальнейшем увеличении скорости газа градиент скорости у каждой твердой частицы и силы вязкости, вызываемые этим градиентом, увеличиваются, что приводит к увеличению сечения межзерновых каналов и, следовательно, к уменьшению скорости. Поэтому твердые частицы, находящиеся под действием сил тяжести. [c.218] Восходящий поток газа проходит через слой твердых частиц, прокладывая в нем узкие каналы (каналообразование) или образуя пузыри, иногда увеличивающиеся до таких размеров, что находящийся над таким пузырем слой твердых частиц поднимается вверх как бы под действием поршня (поршнеобразование). Если пузыри газа малы, неоднородную систему газ — твердые зернистые частицы часто называют кипящим слоем. [c.218] Состояние и условия существования взвешенного слоя зависят от скорости восходящего потока газа (или жидкости), а также от физических свойств системы — плотности, вязкости, размеров частиц и т. д. [c.218] На рис. 5-27 показаны возможные состояния неоднородной системы газ — мелкозернистый твердый материал в зависимости от характера движения восходящего потока газа через зернистый слой. [c.218] При движении через слой крупных пузырей наружная поверхность слоя разрывается и группы частиц перемещаются вместе с пузырями по высоте слоя, способствуя интенсивному перемешиванию твердой фазы (рис. 5-27, б). В аппаратах малого диаметра пузыри, образующиеся вблизи газораспределительной решетки, часто сливаются в один большой пузырь, заполняющий все сечение аппарата, и слой частиц, расположенный выше такого пузыря, поднимается вверх, как поршень (рис. 5-27,г). Поршни из частиц с достаточно большой текучестью медленно перемещаются вверх, распадаясь на агрегаты частиц, которые вновь падают вниз. При увеличении скорости газа расстояние между поршнями увеличивается, и весь слой пульсирует без изменения структуры потока в поршнях . [c.219] При дальнейшем повышении скорости газового потока, особенно через слои тонкоизмельченных материалов с повышенной текучестью , возникают сквозные прорывы газа, и струи газа движутся по образовавшимся каналам как через неподвижный слой (рис. 5-27, (3) в условиях неустойчивости всей системы. Разновидностью взвешенного слоя является и так называемый фонтанирующий слой, образующийся при подаче восходящего потока газа в слой через газораспределительную решетку, площадь которой значительно меньше площади сечения аппарата (рис. 5-27, з). При этом струя газа фонтанирует вдоль вертикальной оси аппарата, увлекая часть слоя вверх. При переходе из конической части аппарата в цилиндрическую скорость газа уменьшается, движение твердых частиц замедляется и они, двигаясь по спирали, осаждаются по стенкам аппарата до самого дна, где снова подхватываются восходящим потоком газа. [c.219] Взвешенный слой мелкозернистого материала обычно поддерживается в аппарате прямоугольной, цилиндрической или конической формы с помощью решетки, служащей также и для равномерного распределения ожнжающего потока. Однако существует ряд аппаратов (сушилки, трубы пневмо- и гидротранспорта), работающих (без решетки) в гидродинамическом режиме, соответствующем выносу материала из аппарата с газовым потоком. [c.219] Метод взвешенного слоя в последние годы широко внедрен в различные отрасли промышленности и, в частности, в ряд процессов химической технологии (адсорбцию и десорбцию, сушку, выше-лачивание и экстрагирование, гетерогенный катализ, обжиг, газификацию и т. д.) в качестве прогрессивного технологического метода, обеспечиваюшего непрерывность взаимодействия газовой (жидкой) среды с зернистым твердым материалом в условиях выравнивания таких параметров процесса, как температура и концентрация. [c.220] Структура взвешенного слоя является важнейшей характеристикой метода, обусловливающей его применение в конкретном частном случае, поэтому исследованию этого вопроса посвящено большое число работ [34]. Многие исследователи детально изучают условия образования взвешенного слоя, уделяя особое внимание зарождению и развитию пузырей газа, проходящих через слой [35] к обеспечивающих перемешивание твердой фазы, а также вызывающих капало- и поршнеобразование. [c.220] По нашему мнению, наиболее перспективными являются работы, посвященные исследованию гидродинамических условий устойчивости однородного взвешенного слоя, характеризующегося постоянством концентрации твердых частиц во всех точках слоя независимо от времени и от размеров аппарата, т. е. отсутствием пузырей. [c.220] В последнее время для улучшения эффективности использования взвешенного слоя в химической промышленности стали развивать следующие направления 1) взвешенный слой под давлением [36] и при высоких температурах [37] 2) взвешенный слой в центробежном поле [37] 3) взвешенный слой с импульсной циркуляцией ожнжающего потока [38] 4) виброкипящий слой [38]. [c.220] Во всех перечисленных случаях увеличиваются экспериментальные трудности и усложняется математический аппарат, используемый для обобщения результатов опытов. [c.220] Прежде чем рассматривать механизм взаимодействия газовой и твердой фаз, необходимо кратко изложить основные характеристики системы и условия образования взвешенного слоя. [c.220] Вернуться к основной статье