5.8.2 Псевдоожижение
Псевдоожижение – движение потока через слой зернистых или пористых материалов, а также насадочных элементов самых разнообразных размеров и форм.
Если через слой зернистого материала, находящегося на решетке, снизу пропускать жидкость или газ, то при малых скоростях потока слой соприкасающихся друг с другом частиц остается неподвижным (рисунок 5.25а). С увеличением скорости потока промежутки между частицами увеличиваются. Частицы приходят в движение и ведут себя как пузырьки пара или газа в жидкости (рисунок 5.25б).
П
а w<wкр
б wwкр
в г wwвит
а
неподвижный слой; б
кипящий (псевдоожиженный) слой;
в
унос твердых частиц потоком; г
фонтанирующий слой
Рисунок 5.25 –
Движение газа (жидкости) через слой
твердых частиц
При движении через слой крупных пузырей наружная поверхность слоя разрывается, и группы частиц перемещаются вместе с пузырями по высоте слоя, способствуя интенсивному перемешиванию твердой фазы. В аппаратах малого диаметра пузыри, образующиеся вблизи газораспределительной решетки, часто сливаются в один большой пузырь, заполняющий все сечение аппарата, и слой частиц, расположенный выше такого пузыря, поднимается вверх, как поршень (рисунок 5.25г).
Псевдоожижение дает возможность перемещать твердые частицы по трубам; уменьшает сопротивления в газовой фазе; выравнивает поля температур и концентраций. Однако при этом происходит уменьшение движущей силы процесса, появляется возможность проскока газа, происходит износ аппаратуры и возникает необходимость использования гидроочистительного оборудования.
Структура зернистого слоя характеризуется:
а) порозностью
(долей свободного объема)
;
б) удельной
поверхностью
,
развитой в единице объема или массы
слоя;
в) эквивалентным
диаметром каналов
;
г) скоростью витания
.
Условием перехода неподвижного слоя частиц во взвешенное состояние является равенство силы гидравлического сопротивления весу его частиц:
,
(5.53)
где S – площадь поперечного сечения аппарата, м2;
–
гидравлическое
сопротивление слоя, Па;
Н – высота неподвижного слоя, м;
– порозность;
ρт , ρ – плотности твердых частиц и псевдоожиженного агента, кг/м3.
Схема расчета критической скорости Wкр
Экспериментальные данные для определения критической скорости могут быть представлены в форме зависимости критического числа Рейнольдса Reкр от критерия Архимеда Ar. Например, для слоя сферических частиц одинакового диаметра, принимая порозность =0,4, уравнение для критерия Рейнольдса
(5.54)
где
;
.
Вопросы для самоконтроля
1. Перечислите основные свойства неоднородных систем.
2. Что представляют собой суспензии, эмульсии, аэрозоли?
3. Опишите зависимость коэффициента сопротивления от числа Рейнольдса при движении частицы в сплошной среде.
4. Под действием каких сил может проводиться осаждение?
5. Как определяют скорость осаждения частиц в гравитационном поле?
6. Дайте классификацию отстойников.
7. Что такое стесненное осаждение?
8. Каково назначение гребковой мешалки в отстойниках непрерывного действия?
9. Получите уравнения для определения поверхности осаждения отстойника.
10. Что является движущей силой фильтрования?
11. Получите дифференциальное уравнение фильтрования.
12. Что такое константы фильтрования? Как определяют и где их используют?
13. Дайте классификацию фильтров.
14. Какова физическая сущность процесса осаждения в центробежном поле?
15. Что такое фактор разделения в процессах осаждения под действием центробежных сил?
16. Приведите схему расчета циклона.
17. Опишите физическую сущность процесса осаждения в электрическом поле.
18. Перечислите достоинства и недостатки мокрой очистки газов.
19. Каковы принципы выбора аппарата для разделения неоднородных систем?
20. Что такое перемешивание? Какие виды перемешивания вы знаете?
21. Как определить необходимую мощность мешалки?
22. Как определяют скорость начала псевдоожижения?