V.Вывод

В ходе работы было проведено ознакомление с псевдоожиженным состоянием слоя зернистого материала, а также экспериментально определены скорости начала псевдоожижения и гидравлического сопротивления неподвижного и кипящего слоёв полиэтилена и активного угля, после чего экспериментальные значения были сопоставлены с расчётными.

Список литературы

1. Лабораторные работы по процессам и аппаратам химической технологии // под. ред. проф. В. М. Лекае. – М.: МХТИ им. Д. И. Менделеева, 1980. – 47 с

2. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 1973. – 752 с.

VI. Ответы на контрольные вопросы.

1. Какие процессы, проводимые в псевдоожиженных слоях, вы знаете?

Последние десятилетия процессы в псевдоожиженном слое получили широкое распространение во многих отраслях промышленности. В псевдоожиженном слое проводят смешивание, транспортирование, классификацию сыпучих материалов, теплообмен, сушку, например зерна, адсорбцию и др. Это объясняется следующими его достоинствами: происходит интенсивное перемешивание твердой фазы, которое приводит к выравниванию температур и концентраций в рабочем объеме аппарата, что исключает локальный перегрев твердых частиц, препятствующий оптимальному проведению процесса и ухудшающий качество продукции.

2. В чём заключается отличие однородного и неоднородного псевдоожижения?

В зависимости от режима псевдоожижения и структуры слоя различают псевдоожиженные слои однородный, неоднородный. На характер псевдоожижения и структуру слоя оказывают влияние как технологические параметры. Пусть при повышении скорости ожижающего агента слой может непрерывно расширяться за счет равномерного увеличения промежутков между частицами до тех пор, пока в аппарате не останется единичная частица в этом случае говорят об однородном псевдоожижении. Если, наоборот, при скоростях, превышающих скорость начала псевдоожижения, ожижающий агент движется через слой в виде пузырей (примерно так же, как газ через слой жидкости), то псевдоожижение называют неоднородным.

3. Дайте определение порозности и удельной поверхности слоя.

Порозность – одна из главных характеристик слоя материала – отношение объема внешних пор к объему всего слоя материала. Теоретически порозность можно определить лишь при трех граничных режимах: для неподвижного слоя (режим фильтрации), для шаровых частиц одинакового диаметра и для пневмотранспортного режима.

Удельная поверхность слоя — это суммарная поверхность зерен, отнесенная к единице объема зернистого слоя.

4. Как объяснить начало псевдоожижения и уноса частиц исходя из равновесия сил?

Начало псевдоожижения (при скорости потока V_кр) наступает при равенстве силы гидравлического сопротивления слоя весу всех его частиц. Данное условие выполняется для всей области существования псевдоожиженного слоя (линия СЕ), вплоть до того момента, когда скорость становится такой, при которой слой разрушается и начинается массовый унос частиц потоком. Эту скорость называют скоростью свободного витания частиц (или скоростью уноса) и обозначают символом vвит. При увеличении скорости сплошной фазы более скорости свободного витания vвит возникает режим пневмотранспорта.

5. Как рассчитать скорость начала псевдоожижения и скорость уноса?

Значение скорости ω_кр1 можно определить экспериментально или расчетом. Например, экспериментально можно найти графическую зависимость сопротивления слоя ∆р от скорости жидкости. Точка перегиба будет соответствовать ω_кр1. Величина ω_кр1 может быть определена расчетами из условия равенства сил сопротивления и тяжести слоя.

Ar = 150 *Re_кр1+ (Re_кр1)²

Re_кр1=

Re_кр1=

где ε₀ – порозность неподвижного начала слоя; ω_кр1 – скорость начала псевдоожижения, отнесенная к площади поперечного сечения полого аппарата, т.е. фиктивная скорость, а не истинная. Сначала вычисляют Ar, затем Re_кр1, а потом ω_кр1.

Скорость начала уноса твердых частиц из псевдоожиженного слоя ω_кр2 можно определить лишь приближенно. В первом приближении ее принимают равной скорости витания (осаждени) одиночных частиц. Эту скорость, как известно, можно рассчитать по формуле:

Re_кр2= =

Достаточно точные результаты получаются также по известной формуле Тодеса, справедливой для всех режимов течения:

Re_кр2=

6. Равна ли порозность слоя при нулевой скорости потока порозности при скорости начала псевдоожижения?

По мере возрастания скорости потока сплошной фазы увеличивается гидравлическое сопротивление неподвижного слоя (линия AB или в обратном направлении линия CD). Начало псевдоожижения (при скорости потока v_кр) наступает при равенстве силы гидравлического сопротивления слоя весу всех его частиц. Данное условие выполняется для всей области существования псевдоожиженного слоя (линия СЕ), вплоть до того момента, когда скорость становится такой, при которой слой разрушается и начинается массовый унос частиц потоком.

7. Как изменяются объём псевдоожиженного слоя и его порозность при увеличении фиктивной скорости воздуха?

Гидравлическое сопротивление слоя изменяется с изменением скорости по законам, описанным ранее при рассмотрении предыдущей темы. При каком-то критическом значении фиктивной скорости w1кр слой приобретает подвижность, его высота и порозность при дальнейшем росте фиктивной скорости потока среды увеличиваются. ... За счет увеличения порозности при возрастании фиктивной скорости действительная скорость – скорость обтекания частиц, остается постоянной. ... частиц (скоростью начала уноса частиц). За счет уноса снижается вес слоя, и поэтому вначале его гидравлическое сопротивление несколько падает, но при дальнейшем увеличении скорости оно растет.

8. Какова связь насыпной плотности слоя и плотности частицы?

Насыпная плотность слоя пыли равна отношению массы слоя к его объему и зависит не только от пористости частиц пыли, но и от процесса формирования пылевого слоя. Насыпная плотность слоя необходима для определения объема, который занимает пыль в бункерах.

9. К какой модели структуры потоков приближается движение твёрдых частиц в псевдоожиженном слое (1)? Как структура потоков ограничивает применение псевдоожижения в массообменных процессах(2)?

9.1 Псевдоожижение слоя графически изображается «кривой псевдоожижения», выражающей зависимость потерянного давления рп в слое от фиктивной скорости ожижающего агента (газа, жидкости). На рисунке показана кривая идеального псевдоожижения монодисперсного слоя твердых частиц в аппарате постоянного поперечного сечения. Восходящая ветвь О-А (прямая при ламинарном движении и кривая при других режимах) соответствует движению ожижающего агента через неподвижный зернистый слой. Кривые псевдоожижения: 1 – идеального, 2 – реального

9.2 Специальный метод организации контакта дисперсной твердой фазы с газовой или жидкой фазами - метод псевдоожиженного слоя - получил распространение для ряда технологических процессов в химической и смежных отраслях промышленности. Такой способ имеет определенные преимущества по сравнению с методами неподвижного или движущегося слоев дисперсного материала. Методу псевдоожиженного слоя присущи и некоторые недостатки. Так, интенсивное перемешивание приводит к выравниванию концентраций и снижению интенсивности массообменного процесса в псевдоожиженном слое по сравнению, например, с неподвижным или движущимся слоями. Псевдоожиженные частицы при их энергичном циркуляционном движении в объеме псевдоожиженного слоя могут заметно истираться. В наиболее распространенном случае псевдоожижения газовым потоком равномерная структура слоя практически не наблюдается никогда. Твердые частицы проявляют склонность к образованию агрегатов, а газовая фаза образует пузыри, которые поднимаются вверх по слою. Одновременно с циркуляционным движением частицы совершают случайные перемещения.