Гидродинамика псевдоожиженных слоев

Главная ---> Гидравлика и теплотехника ---> Гидродинамика псевдоожиженных слоев

 

 

В химической технологии большое распространение получили процессы взаимодействия газов и жидкостей с твердыми зернистыми материалами, при проведении которых твердые частицы приобретают подвижность друг относительно друга за счет обмена энергией с движущимся потоком. Такое состояние твердых частиц называется «псевдоожиженным слоем» в связи с внешним сходством с поведением капельной жидкости. Псевдоожиженный слой принимает форму вмещающего сосуда (аппарата), его поверхность горизонтальна, тела, имеющие меньшую плотность, чем псевдоожиженный слой, всплывают в нем, а большую – тонут. Кроме этого, имеются и другие свойства псевдоожиженного слоя, характерные для жидкостей: текучесть, вязкость, поверхностное натяжение.

Широкое применение псевдоожижения в технике обусловлено рядом положительных факторов. Твердые частицы в псевдоожиженном состоянии вследствие текучести можно перемещать по трубам, что позволяет многие периодические процессы осуществлять непрерывно. Особенно выгодно применение псевдоожиженного слоя для процессов, скорость которых определяется термическим или диффузионным сопротивлением в газовой фазе. Эти сопротивления в условиях псевдоожижения уменьшаются в десятки, а иногда и сотни раз, и скорость процессов соответственно увеличивается.

Благодаря интенсивному перемешиванию твердых частиц в псевдоожиженном слое, практически выравнивается поле температур, устраняется возможность появления локальных перегревов и связанных с этим нарушений в протекании ряда технологических процессов.

Наряду с достоинствами псевдоожиженному слою свойственны и определенные недостатки. Так, вызванное интенсивным перемещением твердых частиц выравнивание температур и концентраций в слое приводит к уменьшению движущей силы процесса. Возможность проскока значительных количеств газа без достаточного контакта с твердыми частицами снижает выход целевого продукта. Отрицательными факторами следует считать также износ самих твердых частиц, эрозию аппаратуры, возникновение значительных зарядов статического электричества, необходимость установки мощных газоочистительных устройств после аппаратов с псевдоожиженным слоем.

Некоторые из перечисленных недостатков могут быть устранены рациональным конструированием аппарата.

Аппараты с псевдоожиженным слоем используются для перемещения и смешивания сыпучих материалов, для проведения процессов обжига, теплообмена, сушки, адсорбции, каталитических и других процессов.

Гидродинамическая сущность процесса псевдоожижения состоит в следующем. Если через слой твердых частиц, расположенный на поддерживающей перфорированной решетке аппарата, проходит поток псевдоожижающего агента (газа или жидкости), то состояние слоя оказывается различным в зависимости от скорости этого потока (рис. 2.19).

 

 

При плавном увеличении скорости потока от нуля до некоторого критического значения происходит обычный процесс фильтрования, при котором твердые частицы остаются неподвижными. На графике процесса псевдоожижения (рис. 2.20), называемом кривой псевдоожижения и выражающем зависимость перепада статического давления в слое зернистого и пылевидного материалов от скорости псевдоожижающего агента, восходящая линия АВ соответствует процессу фильтрации.

В случае малого размера частиц и невысоких скоростей фильтрации режим течения агента в слое ламинарный и отрезок АВ представляет собой прямую линию. Для крупных частиц при достаточно высоких скоростях псевдоожижающего агента перепад давления с увеличением скорости растет нелинейно (для переходного и турбулентного режимов).

При грануляции распылением жидкостей растворы, суспензии или расплавы распыляются в технологической камере с псевдоожиженным слоем. Капли распыляемого вещества попадают на частицы, подвергаемые псевдоожижению, и высыхают. Остающееся на поверхности частиц твердое вещество увеличивает их в размере. В ходе непрерывного процесса часть псевдоожиженного слоя извлекается из него и просеивается через сито. Нижний продукт (размер частиц меньше заданной величины) возвращается непосредственно в установку, а верхний продукт (размер частиц больше заданной величины) сначала размалывается и затем также возвращается в установку. Так технологический процесс гарантирует высокий выход готового продукта. При агломерации исходный материал в твердой форме, чаще всего порошкообразный, перерабатывается в агломерат при помощи жидкого связующего вещества. В самом простом случае достаточно воды, которая смачивает поверхность частиц, создавая необходимую силу сцепления. Если легкого растворения на поверхности недостаточно, в распыляемую жидкость может добавляться связующее вещество, обеспечивающее склеивание небольших частиц друг с другом. При нанесении покрытий частицы, полученные, например, грануляцией распылением, обволакиваются слоем, функции которого могут быть разнообразны:

• защита от внешних влияний, например, от воздействия кислорода или влаги,

• маскировка вкуса,

• замедленное высвобождение

активного вещества при определенных условиях,

• улучшение внешнего вида продукта.

Все процессы могут осуществляться в установках псевдоожижения в периодическом или непрерывном режимах. При сопоставлении периодических процессов с непрерывными обращает на себя внимание то, что сам процесс протекает идентично – скорость и температура технологического газа, скорость и давление распыления одинаковы для обеспечения одинакового качества готового продукта. Лишь только время для получения одной партии продукта становится в непрерывном процессе временем пребывания в технологической камере.

⇐ Предыдущая9101112131415161718Следующая ⇒

Поделиться: