В каких случаях псевдоожижение слоя зернистого материала бывает однородным, а в каких – неоднородным? Охарактеризуйте структуры слоя при неоднородном псевдоожижении.
Рисунок 5.1 – Структуры псевдоожиженного слоя:
a – неподвижный слой, b – однородный псевдоожиженный слой, c – неоднородный псевдоожиженный слой, d – унос частиц, e – псевдоожиженный слой с поршнеобразованием, f – псевдоожиженный слой с каналообразованием
В состоянии псевдоожижения двухфазная система твердые частицы-газ или жидкости может существовать при определенных условиях. Внутренняя структура такого слоя характеризуется перемещением твердых частиц относительно друг друга за счет подвода энергии воздействием ожижающих агентов (газ, либо капельные жидкости) или вибрации. Система в таком состоянии обладает многими свойствами капельных жидкостей, что делает возможным использование этого состояния для интенсификации многих технологических процессов. Псевдоожижение образуется в слое зернистого материала, называемого псевдоожиженным или кипящим слоем. Наиболее простой способ получения псевдоожиженного слоя – продувка снизу слоя зернистого материала газом.
Гидродинамическая картина состоит из ряда особенностей, которые определяются расходом и скоростью протекающего через слой газа:
При малых расходах и скорости газа процесс прохождения газа через слой напоминает фильтрацию.
При малом размере частиц и сравнительно невысоких скоростей газа режим движения в слое ламинарный (однородный псевдоожиженный слой).
При крупном размере частиц и сравнительно высоких скоростей газа режим движения в слое переходный и турбулентный (неоднородный псевдоожиженный слой).
При значительных скоростях газа и малом размере частиц – унос продукта.
Псевдоожижение слоя может быть однородным и неоднородным. Однородное псевдоожижение происходит при псевдоожижении слоя капельной жидкостью. Для неоднородного псевдоожиженного слоя характерно присутствие в слое газовых пузырей.
При небольших числах псевдоожижения неоднородность слоя не сказывается отрицательно на его характеристиках. Движущиеся газовые пузыри интенсифицируют перемешивание частиц в слое. Однако при увеличении числа псевдоожижения неоднородность слоя возрастает: увеличивается размер пузырей и начинается интенсивный выброс (унос) частиц из слоя. Поперечный размер пузырей достигает размера аппарата. Возникает так называемый поршневой режим, при котором ухудшается равномерность контакта между газом и частицами материала.
При газовом псевдоожижении, особенно влажных, мелких и слипающихся частиц, может также наблюдаться каналообразование, при котором часть газа «проскакивает» через слой. Предельный случай каналообразования – образование фонтанирующего слоя. При фонтанировании поток газа (или жидкости) прорывается через слой по каналу, возникающему вблизи оси аппарата.
Различают псевдоожижение в плотной и
разбавленной фазах. Псевдоожижение в
плотной фазе наблюдается, когда скорость
газа находится в пределах между скоростью
начала псевдоожижения
и скоростью уноса
.
При
происходит пневмотранспортирование
частиц из слоя в слой. В этом случае
псевдоожиженный слой находится в
разбавленной фазе. В пределе разбавленная
фаза существует, когда хотя бы одна
частица находится в газовом потоке.