5.5.6. Пневмотранспорт и гидротранспорт

Потоки газа и жидкости используются в ряде химических производств для перемещения зернистых материалов с целью их транспортировки на различные расстояния, а также для осуществления физических и химических процессов между фазами. Перемещение зернистых материалов газовым потоком называется пневмотранспортом, а жидкостным - гидротранспортом. Оба вида транспорта могут осуществляться в горизонтальных и вертикальных трубопроводах. Наиболее простым по механизму действия и в эксплуатации является вертикальный пневмотранспорт (рис. 5.20). Зернистый материал, подаваемый питателем, разгоняется на участке длиной и достигает постоянной характерной скорости u, с которой перемещается по трубе вверх. На выходе из трубы зернистый материал отделяется от газа в сепарирующем устройстве, а очищенный от твердой фазы газ выбрасывается из системы. Пневмотранспортный трубопровод делится на два участка: в первом длиной происходит разгон твердых частиц до постоянной скорости u (разгонный участок), их концентрация на этом участке уменьшается снизу вверх; на втором (стабилизированном) участке длиной скорость и концентрация зернистого материала в потоке постоянны.

Объемная доля твердых частиц _т в потоке, называемая объемной концентрацией, колеблется на практике от 0,01 до 0,04 (от 1 до 4%). Если порозность этого потока равна , то и _т = 1- .

Рис. 5.20. Установка для вертикального пневмо­транспорта: 1 - питатель; 2 - разгонный участок; 3 - стабилизированный участок

Допустим, что в вертикальной трубе газовый поток движется со средней скоростью . Скорость движения твердых частиц относительно потока легко оценить, так как при вертикальном пневмотранспорте она близка к скорости витанияW_вит. Под скоростью витания понимают скорость свободного осаждения W_ос под действием силы тяжести. Название "скорость витания" обусловлено тем, что если частицу, движущуюся со скоростью свободного осаждения W_ос в неподвижном газе, поместить в трубу, в которой газ движется со скоростью W_ос, то частица будет витать, т.е. ее скорость относительно стенок трубы будет равна нулю. Отсюда следует, что W_вит= W_ос. Если скорость потока газа больше скорости витания находящихся в нем твердых частиц, то частицы будут уноситься потоком; если же скорость потока меньше скорости витания, то твердые частицы будут падать вниз. Следовательно, при вертикальном пневмотранспорте скорость движения частиц относительно трубопровода . Скорость витания определяется по формуле (5.207). Для частиц, отличающихся от сферических, пользуются этими же формулами с учетом коэффициента, зависящего от формы частицы (5.215).

Для устойчивой работы пневмотранспорта рекомендуется скорость газа , превышающая в 1,5-2 раза скорость витания W_вит самой крупной частицы транспортируемого материала. При гидротранспорте допустимо отношение .

Отличительной особенностью гидротранспорта от пневмотранспорта является значительно меньшее отношение плотностей транспортируемых материалов и транспортирующей среды (около 2 вместо  2000). Вследствие этого гидротранспорт требует значительно меньших скоростей потока, чем пневмотранспорт.

Перепад давления р в вертикальном трубопроводе высотой для пневмо- и гидротранспорта складывается из статического давления столба жидкости и твердых частиц (р_ст.), гидравлических потерь на трение потока транспортирующего агента о стенки (р_г), на трение между твердыми частицами и транспортирующими агентами (р_т), создание ускорения частиц на разгонном участке (р_р), т.е.

, (5.254)

, (5.255)

где  - плотность транспортирующего агента, S - площадь поперечного сечения трубы.

Величина р_т очень мала в случае гидротранспорта из-за близости скоростей твердых частиц и жидкости, но может оказаться существенной при пневмотранспорте. Метод теоретического расчета величины р_т пока отсутствует и в инженерных расчетах используют эмпирические формулы для определения суммы р_г + р_т., а также р_р.

В частности, для стабилизированного участка используют зависимость

,

. (5.257)

где иd - длина и диаметр стабилизированного участка трубопровода; G и G_т - массовые расходы транспортирующей среды и твердого материала; - фиктивная скорость потока;;- расходная концентрация.

Для расчета потери давления на разгонном участке пользуются эмпирической формулой:

, (5.258)

где , W_вит - скорость витания транспортируемых твердых частиц; - плотность транспортирующей среды.