8. Общая характеристика псевдоожиженного слоя.

П севдоожижение – перевод неподвижного зернистого слоя в состояние хаотичного движения частиц восходящим потоком псевдоожижающего анента (газа или жидкости).

В зависимости от расхода псевдоожижающего агента возможны 3 состояния (режимы) зернистого слоя: а) неподвижный слой R<G; б) кипящий слой R=G; в) унос частиц потоком R>G.

При небольшом расходе газа (жидкости) тв. частицы неподвижны, высота слоя его неизменны. Это режим фильтрации, в этом режиме сопротивление слоя ∆р растёт линейно с увеличением скорости газа ω_г. При этом сила гидродинамического воздействия псевдоожижающего агента на зернистый слой меньше силы тяжести слоя, т.е. R<G.

З ависимость высоты слоя H и гидравлического сопротивления слоя ∆р от скорости потока:

При некотором значении скорости ω ниже критической ω_кр.1 (1я критическая скорость, или скорость начала псевдоожижения) твердые частицы начинают хаотично двигаться. Высота слоя Н и его порозность Σ увеличивается, а гидравлическое сопротивление остается постоянным. При этом сила F становится = силе гравитации, т.е. R=G. Это режим псевдоожижения или «кипения» (АВ). При некотором значении течения газа ω_кр.2 (2я критическая скорость, или скорость начала уноса) тв. частицы начинают уноситься из слоя, при этом вес слоя падает (R>G). Это режим пневмо- или гидротранспорта – не рабочий режим. Пик, высотой ∆π соответствует дополнительной затрате энергии на преодоление сил сцепления между тв.частицами в момент начала псевдоожижения.

Линия ОА^′ (прямая при ламинарном течении)соответствует движению жидкости (газа) через неподвижный слой: ∆р пропорционально скорости, H постоянна. ∆π 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_кр.1 . Горизонтальная линия АВ соответствует псевдоожиженному состоянию. При скорости (т. В) начинается унос частиц, вес слоя падает и ∆р уменьшается. При увеличении ω от ω_кр.1 до ω_кр.2 высота слоя растет.

При обратном понижении скорости от ω_кр.2 до ω=0 получается штрих-пунктирная линия (явление гистерезиса), что объясняется более рыхлой упаковкой слоя при понижении ω. При этом высота слоя H и порозность Σ выше первоначальной (линия АО^′ на левом рисунке), а ∆р менбше первоначального значения.

В системе Ж–ТВ псевдоожижение однородное, т.е. жидкость проходит через каналы в слое сплошным потоком. В системе Г-ТВ псевдоожижение не однофазное, т.к. часть газа проходит через слой в виде пузырьков, при этом возможно образование газовых пробок и каналов. Режим с образованием пробок называется поршневым. Предельный случай каналообразования – режим фантанирования (образуется 1 большой центральный газовый канал).

Опытами установлено, что интенсивное перемешивание достигается уже при W=2.

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. Это объясняется соотношением плотностей фаз: ρ_тв/ρ_ж=2, ρ_тв/ρ_г =2000. Отсюда видно, что плотности тв.частиц и жидксти сопоставимы, поэтому в системе Ж-ТВ участок АВ слишком узкий, что понижает пропускную способноть реакторов и аппаратов. Первую критическую скорость можно определить по формуле:

2ю критическую скорость можно найти по формуле Тодеса: .

Плюсы КС: 1) простота и дешевизна аппаратов и реакторов; 2) устранение зон застоя и местного перегрева; 3) интенификация химич., массообменных и других процессов.

Минусы: 1) эрозия (механич разрушение тв.частиц и поверхности стенки реакторов и аппаратов); 2) загрязнение псевдоожижающего агента продуктами эрозии (пылью); 3) неодинаковое время пребывания частиц псевдоожижающего агента в реакционной зоне. КС используют для обжига тв.горных пород, гетерогенном катализе, массообмен процессах (сушка, абсорбция и др.) и т.п.

9. Характеристика неоднородных систем и способов их образования и разделения. Суспензии, эмульсии, пена, аэрозоли (пыли, дымы и туманы). Неоднородные (гетерогенные) системы состоят из 2х или более фаз. Фаза – совокупность однородных частей системы, отделенных от других ее частей поверхностью раздела. Одна из фаз (в меньшем количестве) образует внутреннюю распределенную раздробденную фазу, т.е. дисперсную фазу. Другая фаза (в большем количестве) образует внешнюю несущую фазу, т.е. дисперсную среду.

В химичесой промышленности наиболее часто встречаются бинарные (двойные) системы: Г-Ж, Г-ТВ, Ж-ТВ и Ж-Ж – взаимнонерастворимые.

Суспензия –взвесь тв.частиц в жидкости (например, крошка каучука в воде). Эмульсия –взвесь капелек одной жидкости в другой (капли воды в нефти). Пена –взвесь паровых или газовых пузырьков в жидкости (пена водного раствора алкилсульфаната). Аэрозоли –взвесь тв.и жидких частичек в газах, к ним относятся пыли, дым и туманы. Размер дисперсных частиц в дыме меньше чем в пыли. Образовать однородную систему можно 2мя способами: 1) псевдоожижением; 2) перемешиванием в жидкой среде.

Способы разделения гетероген. системы основаны на разности плотностей фаз, разнице размеров дисперсных часитц, пропускание жидких и газовых суспензий через твёрдую пористую перегородку (фильтр), а также на поглощение тв. частиц жидкостью (мокрое пылеулавливание).

Различают 4 вида осаждения: 1) гравитационное осаждение (разделение неоднородных систем гравитационным полем); 2) ценробежное осаждение (а) осадительное центрифугирование; б) циклонный процесс); 3) электрическое осаждение (электрофильтрация).

Различают 2 вида фильтрования: 1) обычное фильтрование (под действием разности давлений);2) центробежное фильтрование (фильтровальное центрифугирование).