Общая характеристика псевдоожиженного слоя

Закономерности движения жидкостей через зернистые слои, рассмотренные выше, справедливы практически для любых скоростей нисходящего потока. Для восходящего потока эти закономерности применимы лишь при неподвижности слоя твердых частиц.

При скорости ω ниже критической ω_кр.1 твердые частицы неподвижны, порозность и высота слоя неизменны, а гидравлическое сопротивление слоя ∆р возрастает при росте скорости ω. При достижении скорости ω_кр1 гидравлическое сопротивление зернистого слоя становится равным его весу, отнесенному к единице площади поперечного сечения, его порозность и высота растут, твердые частицы начинают перемешиваться, слой переходит в кипящее, или взвешенное, или псевдоожиженное состояние.

При росте скорости потока до ω_кр2 слой продолжает расширяться и интенсивность движения частиц увеличивается.

При ω>ω_кр2 сила гидродинамического сопротивления становится больше силы тяжести и твердые частицы выносятся из слоя.

ω_кр1 - первая критическая скорость, или скорость начала псевдоожижения; ω_кр2 - вторая критическая скорость, или скорость начала уноса, или скорость свободного витания

Рис. 5.2. Зависимость высоты слоя и гидравлического сопротивления слоя от скорости газа.

Линия ОА′ (прямая при ламинарном течении) соответствует движению жидкости (газа) через неподвижный слой: гидравлическое сопротивление пропорционально скорости, H постоянна. гидравлическое сопротивление объясняется затратами энергии на преодоление сил сцепления между частицами, а также на их трение. После перехода слоя в псевдоожиженное состояние сопротивление его мгновенно падает до постоянного значения, что соответствует т. А и ω_кр1. Горизонтальная линия АВ соответствует псевдоожиженному состоянию. При скорости (т. В) начинается унос частиц, вес слоя падает и ∆р уменьшается. При увеличении ω от ω_кр1 до ω_кр2 высота слоя растет.

При обратном понижении скорости от ω_кр2 до ω = 0 получается штрих-пунктирная линия (явление гистерезиса), что объясняется более рыхлой упаковкой слоя при понижении ω. При этом высота слоя H выше первоначальной (линия АО^′ на левом рисунке).

Отношение рабочей скорости ожижающего агента к скорости начала псевдоожижения называется числом псевдоожижения:

Опытами установлено, что интенсивное перемешивание достигается уже при .

Однородное псевдоожижение возможно лишь в потоке капельной жидкости. При этом жидкость движется в каналах между частицами сплошным потоком.

В промышленности чаще всего используют псевдоожижение в системе газ-твердая фаза. В этой системе псевдоожижение является неоднородным, т.к. часть газа движется в виде пузырей. При увеличении скорости газа могут даже образоваться газовые «пробки» (поршневой режим) или газовые каналы. Предельный случай каналообразования – фонтанирование (образуется один большой центральный канал).