2.5. Бақылау сұрақтары

1. Ламинарлы ағыс режимі дегеніміз не?

2. Ламинарлы ағыс қозғалысының орташа жылдамдығын табу керек?

3. Турбулентті ағыс режимі дегенміз не?

4. Турбулентті ағыс кезіндегі орташа және максималды ағындардың арасындағы байланыс қандай?

5. Эквиваленттік диаметр және гидравликалық радиус дегеніміз не ?

6. Рейнольдс саны дегеніміз не? Рейнольдс санының физикалық мәні қандай?

7. Рейнольдс санының аумалы мәні неге тең, ол нені көрсетеді?

8. Ирек құбыр үшін Re мәні қандай шамаларға тәуелді болады?

Зерханалық жұмыс № 3 Қатты заттар бөлшектерін қабатының жалған сұйылу гидравликасын зерттеу

Жұмыстың мақсаты: Қабаттың гидравликалық кедергісімен газдың жылдамдығы арасындағы байланысты табу. Газдың алғашқы ауыспалы жалған сұйылу жылдамдығын анықтау. Қабаттың салмағын табу. Қатты бөлшектерді аппараттан ұшырып алып кете алатын газдың мөлшерін табу.

3.1. Теориялық бөлім

Қазіргі уақытта газ немесе сұйықтың қатты заттар бөлшектерімен өзара әсері нәтижесінде өтетін химиялық технологияның бірқатар процестері (кептіру, күйдіру, абсорбция, катализ және т.б.)жалған сұйылу (қайнау) қабаты бар аппараттарда өтеді. Мұндай аппараттарда көрсетілген процестердің өтуі тездетіледі.

Cұйықтардың кейбір қасиеттеріне ие болатын сусымалы дәнді материалдар қабатын жалған сұйылу қабаты – деп атайды. Сырт көрінісінен жалғансұйылу қабаты сұйықтың қайнауына ұқсайды, сондықтан он «қайнау» қабаты – деп те атайды.

Жалған сұйылған қабатқа сұйықтың мынадай қасиеттері тән болады:

аққыштық; ыдысты қисайтқанда қабаттың жоғары беті горизонталь күйінде қалады; қабатқа тасталған ауыр зат түбіне тұнады, ал жеңіл зат бетінде қалқиды. Яғни қатты бөлшектер қабаты сұйыққа айналғандай болады. Сондықтан бұл қабатты жалғансұйылу қабаты – деп атайды.

Сонымен қатар келесі кемшіліктер:

1. Аппаратқа бөлшектер бір мезетте келіп түспейді.

2. морт сынғыш бөлшектердің газбен жегілуі және тозуы.

3. майда бөлшектердің агломерациясы және бірігуі.

4. бөлшектің түрпілі қозғалысының нәтижесінде аппараттың құбыры және қабырғаларының мүжілуі (эрозия)

Мұндай күрделі кемшіліктерге қарамай, экономикалық тұрғыдан тиімді болғандықтан жалған сұйылу өнеркәптерде кеңінен қолдануда.

Жалған сұйылу қабаты процесінің гидравликалық мәні мынандай: егер тесікті ( торлы) бөгеттің үстіне орналасқан қатты зат түйіршіктерінің қабаты арқылы газ немесе сұйық өтсе, онда ағынның жылдамдығына байланысты қабаттың күйі әртүрлі болады. Ағын жылдамдығын W (аппарат қимасына есептелген) кейбір бірінші ауыспалы мәніне дейін көбейткенде, жай үзу процесі жүреді, яғни бұл кезде қатты зат бөлшектері қозғалыссыз күйінде қалады және қысымның айырмасы (қабаттың гидравликалық кедергісі) жылдамдық өскен сайын түзу сызықты көбейеді. Дегенмен қысым айырмасының (Р) бұл көбеюі, жылдамдықтың бірінші ауыспалы W _ж.с. критикалық мәнімен шектеледі P = f(w) байланысты абцисса осіне параллель түзу сызықты болады. Бұл кезде қатты зат бөлшектері әртүрлі бағыттағы (хаотикалық) қозғалыста болады, және қабаттың биіктігі көбейе түседі. Қабаттың осындай күйі жалған сұйылу деп аталады. Қабаттың қозғалыссыз күйден жалған сұйылу күйге ауысуын сәйкес болған газ (сұйық) жылдамдығы жалған сұйылу ( немесе бірінші ауыспалы) жылдамдығы деп атайды.

Қабаттың жалған сұйылу күйі гидравликалық кедергі күшінің (P) қатты зат бөлшектерінің салмағына (G_қ) теңдігіне сәйкес ағын жылдамдығында пайда болады. Демек:

G_қ = P ^.S (3.1)

мұнда: G_қ. – қабаттағы қатты зат бөлшектерінің салмағы, кг;

S – аппараттың көлденең қимасының ауданы, м².

Қатты зат түйіршіктерінің жалған сұйылу қабатын қолданып өтетін процестерге ағынның жұмыс жылдамдығы төмендегі теңдікте анықталады:

w_p = nw_кр. = (2  10) w_кр (3.2)

мұнда: n – жалған сұйылу саны.

При достижении скорости газа некоторого значения w_у (точка В) псевдоожиженный слой практически прекращает свое существование, так как начинается процесс пневмотранспорта материала.

Ағынның қатты зат бөлшектеріне динамикалық өсер күші F , бөлшектер салмағынан (G) көтергіш (Архимедті) күшін шегергендегі мәніне тең болғпнда, түйіршіктер қозғалыссыз күйден жалған сұйылу күйге өтеді.:

(3.3)

мұнда: _қ.б., _ор – қатты бөлшектің және ортаның тығыздығы плотность твердой частицы и среды, соответственно, кг/м³.

Жұмыс жылдамдығының w_жұм (w_ЖС – w_{ұшырып әкету} аралықта) бастапқы жалған сұйылуға w_ЖС қатынасы жалған сұйылу саны деп аталады.

(3.4)

K_W – бөлшектердің араласуының қарқындылығын және жалған сұйылудың күйін сипаттайды.

Тәжірибе жүзінде бөлшектердің араласуының қарқындылығын K_W = 2 тең, бірақ оптималды мәні әр процеске нақты болады.

Жалған сұйылу қабатының биіктігінің (H_қаб) бастапқы қозғалыссыз биіктікке (H₀) қатынасы кеңею дәрежесі деп аталады:

(3.5)

Жалған сұйылу біртекті және әртекті болады. Біртекті жалғансұйылуда w_ЖС мен w_{ұшырып әкету} жылдамдықтары арасында қатты дәнді бөлшектер барлық қабат биіктігі бойынша бірдей таралған болады.

Бірақ өнеркәсіптерде жалған сұйылу көбінесе газ ағынымен өткізетін процестерде қолданады. Мұндай кездегі жалғансұйылу әртекті болады.

Кейбір жағдайда газ ағынының бір бөлігі көпіршіктер түрінде қабаттан өтеді. Бұл көпіршіктердің размері газдардың жылдамдығы өскен сайын ұлғайып, олар қатты бөлшектерді қабат үстіне шығарып тастап тұрады.

Өте майда және бір-біріне жабысқақ бөлшектердің жалғансұйылуында қабатты каналдар пайда болады. Газ каналдар арқылы өтеді де, қаттыбөлшектің негізгі массасы араласпай қалады.

Конус және конусты-цилиндр сияқты аппараттарда фонтанды қабат пайда болады. Мұндай кезде газ немесе сұйық ағыны аппараттың осін бойлап қатты бөлшектермен бірге фонтан сияқты жоғары көтеріледі де, сосын қатты бөлшектер аппараттың қабырғасы жанымен төмен қарай жылжиды.

Қатты бөлшектердіңең маңызды сипаттамасы кеуектілік болып табылады:

(3.6)

мұнда: V_қаб – Қабатты алып тұрған жалпы көлем, м³;

V_қ.б – материалдың тек қатты бөлшектерін алып тұрған көлем, м³.

Қозғалмайтын диаметрі бірдей шар тәрізді бөлшектер үшін кеуектілік  = 0,4 – ке тең. Жалған сұйылу қабатындағы кеуектілік ағын жылдамдығы өскен сайын көбейеді, себебі қабаттың жалпы көлемі (V_к) ұлғаяды.

Жалған сұйылу қабаттың шегіне сәйкес ұшу жылдамдығы кезіндегі қабаттың кеуектілігін  = 1 тең деп қабылдауға болады.

Сонымен шар тәрізді бөлшектердің жалған сұйылу қабаты кеуектілік мәні 0,4(W _ж.с.-- сәйкес) және 1 (W_ұ – сәйкес) аралығында болады.

Кеуектілікті келесі байланыстан табуға болады:

H₀ (1-ε₀) = H_ЖС (1-ε_ЖС) (3.7)

мұнда: ε - кеуектілік

H₀, H_жС - қозғалыссыз және жалғансұйылу қабаттарының биіктігі

Жүйенің белгілі қасиеттері (қатты зат бөлшектер, газ) арқылы W _ж.с және  есептеуде бірқатар формулалар ұсынылған. Бұл шамаларды есептеуге ең ыңғайлысы Lу = f (Ar,  ) байланысты болып табылады

Лященко саны (3.8)

Архимед саны (3.9)

мұнда: _ор – ортаның тұтқырлығының динамикалық коэффициенті, Па^.с.

Есептеуге ыңғайлы болу үшін бұл байланыс h _у = f (Ar,  ) логарифмдік координата берілген. График кез келген үш шаманың (d, , ) біреуін табуға мүмкіндік береді. /2, 108 бет/.