АППАРАТЫ С ПСЕВДОСЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ

Псевдоожижение является одним из наиболее прогрессивных методов проведения гетерогенных технологических процессов с твердой фазой. В последние годы этот метод получил весьма широкое распространение в химической, нефтеперерабатывающей, горнорудной, пищевой и других отраслях промышленности.

Псевдоожиженным называют состояние двухфазной ( твердые частицы – газ или твердые частицы – жидкость ) или трехфазной ( твердые частицы – газ – жидкость ) систем, которые характеризуются перемешиванием частиц друг относительно друга, за счет обмена энергией.

На практике псевдоожиженный слой образуется при восходящем движении агента через слой зернистого материала в момент, когда перепад давления в слое достигает величины, достаточной для поддержания зернистого состояния во взвешенном состоянии.

Состояние двухфазной системы применительно к псевдоожиженному слою наглядно изображается в виде кривой псевдоожижения. Кривая псевдоожижения выражает зависимость полного перепада давления от скорости ожижающего агента в поперечном сечении аппарата.

Если измерить дифференциальным манометром перепад давления газа ( ожижающего агента ) P сл., при прохождении его через слой зернистого материала различными скоростями и построить график зависимости Pсл. От то кривая будет иметь вид представленный на рис. 1.

Восходящая ветвь кривой (OA ) соответствует движению ожижающего агента через неподвижный слой и вид ее определяется режимом движения газа ( жидкости ).

Рис.1.

Излом кривой в точке А соответствует переходу неподвижного слоя в псевдоожиженное состояние, а абсцисса точки А выражает скорость псевдоожиженияW_кр являющуюся нижним пределом диапазона псевдоожиженного состояния. Величину W_кр называют первой критической скоростью. С момента начала псевдоожижения силы гидродинамического давления газового ( жидкостного) потока уравновешивают вес твердых частиц в слое. Так как этот вес с дальнейшим ростом скорости газа W остается неизменным, то не изменяется также затрата энергии на поддержание частиц во взвешенном состоянии. Это состояние отражается на рис.1 горизонтальным участком АВ. Точка В, абсцисса которой выражает скорость начала уноса частиц W_ун.( вторая критическая скорость), является верхним пределом псевдоожиженного состояния. При скоростях ожижающего агента W> W_ун. частицы уносятся из слоя, их весовое количество в слое падает; в результате уменьшается энергия, необходимая для поддержания твердой фазы во взвешенном состоянии. По этой причине перепад давления ∆P правее точки В понижается.

Расчет аппаратов с псевдоожиженным слоем сводится к следующему:

1. Критическая скорость псевдоожижения, т.е. скорость ожижающего агента, при которой неподвижные частицы переходят во взвешенное состояние.

Для монодисперсного слоя шарообразных частиц

где

где

- критерий Архимеда;

где:

d_т – диаметр частиц

ν_с=3,5∙10^-5, м²/сек. – кинематическая вязкость воздуха при T⁰ среды;

где

ρ₀ =1,293 – плотность воздуха;

При псевдоожижении частиц неправильной формы критерии Аr и Re рассчитываются по эквивалентному диаметру

Где Ф – фактор формы; - диаметр шара, объем которых равен объему частиц:

В этом уравнении

: F – поверхность частицы;υ–

объем частицы.

Для слоя полидисперсных частиц

где n – число фракций; x – массовая доля i –й фракции;

d_i – средний ситовый размер i –й фракции.

2. Высота взвешенного слоя

где - высота и порозность неподвижного слоя;

Е – порозность псевдоожиженного слоя.

3. Порозность псевдоожиженного слоя

или

4. Скорость выноса псевдоожиженного агентом твердых частиц из аппарата.

графическая зависимость представлена на рис.2

5. Число псевдоожижения

где -рабочая скорость псевдоожижения.

6. Среднее время пребывание частиц материала в аппарате

со взвешенным слоем.

где G – масса материала в слое,кг; L – производительность

аппара та по материалу, кг/сек.

7. Гидравлическое сопротивление псевдоожиженного слоя материала.

где - площадь поперечного сечения, м²;

или

8. Перепад в газораспределительной решетке

где φ – доля живого сечения решетки, принимаемая равной 0,01- 0,05; - скорость потока в отверстиях решетки, м/сек; С – коэффициент сопротивления решетки, зависящий от отношения и определяемый по графику (рис.3);

d₀ – диаметр отверстия в м; δ – толщина решетки в м.

Рис. Зависимость критерия Ly от критерия Aτ

Рис. 3. Коэффициент сопротивления решетки

9. Общее сопротивление аппарата с кипящим слоем:

∆P=∆Pсл.+∆Pреш.;

10. Скорость витания:

11. Площадь сепарационного пространства

12. Диаметр сепарационного пространства

Исходные данные к расчету аппарата с псевдоожиженным слоем