2. Псевдоожиженный слой (пс)

ПС возникает при движении газа (реже жидкости) снизу вверх через слой мелких твердых частиц. Рассмотрим слой монодисперсных шарообразных частиц.

а ) при относительно небольших скоростях газа зернистый слой остается неподвижным, и его порозность не изменяется. Порозность – доля пустот в объеме слоя (свободный объем)

; [ ]

Для неподвижного слоя шарообразных частиц одинакового размера В расчетах принимают

С порозностью тесно связаны понятия фиктивной и действительной скоростей.

Фиктивная скорость исчисляется на пустой аппарат, то есть на его полное поперечное сечение: ; эта скорость чаще всего исчисляется при расчете аппаратов.

Действительная скорость в каналах слоя будет всегда больше:

;

Рассмотрим характер изменения сопротивления слоя от величины .

С ростом фиктивной скорости сопротивление зернистого слоя возрастает, происходит фильтрация газа через неподвижный слой.

Кривая идеального псевдоожижения монодисперсных частиц.

I – фильтрация;

II – псевдоожижение;

III – унос.

б) По достижении так называемой критической скорости псевдоожижения слой скачкообразно переходит в псевдоожиженное состояние и твердые частицы хаотически перемещаются в различных направлениях. Условием этого перехода слоя является равенство подъемной силы газа весу всех частиц слоя. ( .

При псевдоожижении слой приобретает свойства жидкости, а именно:

А) Текучесть (из одного аппарата в другой);

Б) Принимает внутреннюю форму аппарата;

В) Имеет горизонтальную поверхность (четко выраженную поверхность

раздела от разряженной фазы);

Тело, погруженное в ПС в зависимости от его плотности, может всплы-

вать или тонуть.

Сопротивление слоя остается постоянным, так как с ростом фиктивной скорости увеличивается порозность и высота слоя, а действительная скорость остается постоянной!!!!

;

3) при дальнейшем увеличении скорости газа достигается новая критическая скорость – скорость витания, при которой частицы движутся по хаотическим траекториям, не имея поступательного движения относительно стенок аппарата.

Частица свободно витает, она не осаждается и не уносится потоком и движется независимо от других частиц.

По достижении и малейшем превышении скорости витания начинается унос частиц из слоя. Слой разрушается, переходит в состояние пневмотранспорта, начинает уменьшаться.

Для реальных систем на кривой имеется пик давления, возникающий вследствие необходимости преодоления инерции покоя слоя и сил сцепления между частицами.

Для полидисперсных систем существует интервал критических скоростей псевдоожижения: сначала псевдоожижаются мелкие частицы, потом крупные. Аналогично унос.

Таким образом, псевдоожиженный слой существует в интервале скоростей: критическая скорость псевдоожижения

Достоинства ПС:

1) ускорение гетерогенных процессов вследствие большой поверхности контакта и ее постоянного обновления, в особенности для процессов, идущих в диффузионной области;

2) сравнительно невысокое и постоянное гидравлическое сопротивление;

3) равномерный прогрев частиц, исключающий местные перегревы (аппарат полного смешения);

Недостатки ПС:

1) значительный пылеунос, требующий мощной газоочистительной аппаратуры;

2) истирание частиц;

3) сепарация частиц в слое.

Области применения:

1) газификация;

2) обжиг;

3) сушка;

4) адсорбция;

5) теплообмен;

6) каталитический гидрокрекинг.

Отношение рабочей скорости псевдоожижения к критической называется числом псевдоожижения:

Интенсивное перемешивание достигается уже при Оптимальные величины для каждого процесса определяются практически, что связано с возникающей неоднородностью псевдоожижения.

Полностью однородное псевдоожижение возможно практически лишь в системе Ж – Т (плотности одного порядка).

Для системы Г – Т псевдоожижение, как правило, является неоднородным: часть газа движется в виде пузырей, которые разрушаются при достижении верхней границы слоя и вызывают колебания высоты слоя, выбрасывание из него частиц.

При малых неоднородность слоя не оказывает отрицательного влияния, наоборот, движущиеся пузыри способствуют перемешиванию. При больших диаметр пузырей может достичь диаметра аппарата, и слой разделяется на отдельные части газовыми пробками. Прорыв пузыря сопровождается большим выбросом частиц. Наступает поршневое псевдоожижение, которое является нежелательным из-за колебания сопротивления аппарата, больших выбросов и ухудшения контакта между газом и твердыми частицами. Возникновение поршневого псевдоожижения наблюдается в аппаратах с большим отношением Н/Д (узкие и высокие аппараты).

В аппаратах с малым отношением Н/Д при псевдоожижении некоторых материалов может возникнуть каналообразование.

-для очень мелких частиц или слипающихся частиц, склонных к агломерации.

При этом происходит проскок («байпасирование») значительного количества газа через каналы, образующиеся в слое. В слое образуются более уплотненные зоны, оказывающие значительное сопротивление проходу газа, вследствие чего и образуются каналы. Контакт газа с частицами ухудшается.

Для улучшения перемешивания могут быть использованы разновидность ПС=> фонтанирующий слой и специальные газораспределительные решетки, обеспечивающие образование активных газовых струй. В последнее время с этой целью используется вибрация (ВКС).

Некоторые гидродинамические характеристики ПС.

1.Критическая скорость псевдоожижения и витания наиболее надежно определяется опытным путем. Для монодисперсного слоя шарообразных частиц при

где:

2.Скорость витания определяется по уравнению при

3.Для области 0.4< < 1 можно пользоваться методом Лященко:

;

Зная диаметр частицы, находят и для задания порозности определяют . По → , необходимую для достижения этой порозности.

4. Перепад давлений в слое:

Это очень важная величина, так как она служит для выбора побудителя тяги.

С учетом архимедовой силы:

Перепад давления в слое (возможно для выбора побудителя тяги):

^0.21;

Для критической скорости

Отсюда высота псевдоожиженного слоя:

Аппаратурное оформление

А) цилиндроконические аппараты

Б) конические аппараты

1) для полидисперсных материалов;

2) при увеличении объема газов в ходе процесса (с целью поддержания одинакового гидродинамического режима).

Живое сечение провальной решетки 15 – 30%; .