16. Псевдоожиженный слой зернистых материалов
Псевдоожижение,
превращение слоя зернистого материала
под влиянием восходящего газового или
жидкостного потока либо иных физ.-мех.
воздействий в систему, твердые частицы
к-рой находятся во взвешенном состоянии,
и напоминающую по св-вам
жидкость,-псевдоожиженный
слой.
Типы и способы создания псевдоожиженных
систем. Простейшую псевдоожиженную
систему создают в заполненном слоем
зернистого материала вертикальном
аппарате, через днище к-рого равномерно
по сечению вводят инертный ожижающий
агент (газ или жидкость). При его небольшой
скорости W зернистый слой неподвижен;
с ее увеличением высота слоя начинает
возрастать (слой расширяется). Когда W
достигает критич. значения, при к-ром
сила гидравлич. сопротивления слоя
восходящему потоку ожижающего агента
становится равной весу твердых частиц,
слой приобретает текучесть и переходит
в псевдоожиженное состояние. Соответствующую
линейную скорость ожижающего агента
наз. скоростью начала псевдоожижения
или его первой критической скоростью
Wk
[для мелких (размер
0,1 мм) частиц Wk
~ d2, для крупных (1
мм) — Wk
~
где d-диаметр частиц].Последняя уменьшается
с увеличением плотности восходящего
потока.
При дальнейшем возрастании W гидравлич. сопротивление слоя остается постоянным, пока он не разрушится и не начнется интенсивный вынос зернистого материала потоком из аппарата. Отвечающая данному состоянию слоя скорость потока наз. скоростью уноса (своб. витания частиц) или второй критической скоростью псевдоожижения (Wун), превышающей Wk в десятки раз.
Разновидность псевдоожиженного слоя-фонтанирующий слой. В данном случае газ (жидкость) вводят в ниж. часть зернистого слоя в виде струи. Твердые частицы подхватываются ею и выносятся в верх. часть слоя. На периферии струи (обычно у стенок аппарата) сверху вниз движется плотный слой частиц, т.е. они непрерывно циркулируют. В фонтанирующем слое во взвешенном состоянии находится лишь часть твердых частиц. Поэтому иногда используемый термин "взвешенный слой" менее универсален, чем термин "псевдоожиженный слой".
Псевдоожиженные системы создают также след. способами: 1) подвергают зернистый слой воздействию мех. вибраций; 2) механически перемешивают зернистый слой, напр. вращением заполненного им аппарата; 3) подвергают твердые частицы, обладающие ферромагн. св-вами, воздействию электромагн. поля и др. Эти и иные приемы могут совмещаться с псевдоожижением газом или жидкостью.
Использование псевдоож. слоя в пром-ти: широко применяется для интенсификации процессов сушки и обжига(в установках гетерогенного катализа с твердым катализатором, адсорбцион. установках и т.д). Достоинством псевдоож. слоя явл-ся: выравнивание температуры и концентрации за счет интенсивного перемешивания тверд. фазы по всему объему слоя, использование сыпучих мелкодисперсных материалов без предварительной грануляции сыпуч. материала, возможность работы с большими скоростями потока по сравнению с неподвиж. слоем при одном и том же гидравл. сопротивлении.
Псевдоож. слой обладает рядом св-в, кот, характерны для жидкости: принимает форму аппарата, в кот. он нах-ся; его можно транспорт-ть по трубопроводам; обладает кажущ-ся вязкостью; твердые предметы, помещенные в него, могут плавать и не тонуть.
Очень важн. роль в аппар-х с псевдоож. слоем зернистого материала играют газораспред-е решетки, к которым предъяв-ся следущ. требования: равномерное распред-е ожижающ. потока по сечению аппарата и исключ-е образования застойных зон в слое; предотвращ-е «провала» частиц при внезапном уменьшении скорости потока; минимал. гидравлич.. сопротивление; простота конструкции и легкость эксплуатации.