Н.С. Зефиров - Химическая энциклопедия, том 4 (1110091), страница 88
Текст из файла (страница 88)
газом или жидкостью. Далее для удобства изложения материала рассматривается только наиб, расцростраиенный случай — П. газом. Ааалогяя мвклу псевдоожижеииым слоем и жндиостью— главное св-во слоя как среды для проведения хнм.-технол, процессов. Выделим нек-рые общие св-ва слоя и жидкости. 1) Гидростатич. давление в слое высотой Н то же, что и для столба жидкости н составляет: Ьр рН, где р-средняя массовая концентрация (плотность) твердых часпш. 2) При мех.
воздействии на пов-стн слоя, похожей на пов-сть квпящей воды, могут возникать поперечные волны. 3) Поведение инородных тел в слое подчиняется закону Архимеда. Напр., можно судить о наступлении псевдоожиженного состояния, если тела с плотностью, меньшей средней плотности слоя, всплывают, а с большей-тонут. 4) Из отверстия в боковой стенке аппарата с псевдоожиженным слоем через введенный в него трубопровод твердые частицы «вытекают», образуя струю, начальная скорость к-рой Вт,,глрН, где д-ускорение своб.
пиления. 5) Смежные псевдоожижениые слои ведут себя как сообщающиеся сосуды. Поддерживая в таких слоях за счет различия в рабочих скоростях ожижающего газа разные средние плотности твердых частиц, можно организовать циркуляцию материала. В горизонтальных лотках слой течет, как жидкость в каналах. 6) Скорости всплытия пузырей в слое и невязкой жидкости при малых скоростах ожижающего газа практически одинаковы и пропорциональны /Й„где с(,-эквивалентиый диаметр пузыря (диаметр эквивалейтного шара, имеющего тот же объем, что н пузырь).
Сходство ьюжду жидкостью и слоем проявляется при помещении в него перемешиваюших устройств. Закономерности макросмешения в псевдоожиженном слое твердых часпщ и жидкости сопоставимы при барботаже газа. Однако аналогия с жидкостью наблюдается лишь при пропускании через зернистый слой достаточного для его псевдоожиження кол.ва газа. Напро если газ вводят неравномерно по сечению слоя, возникают зоны, где частицы неподвижны. Такие неподвижные (застойиые) зоны могут образовываться на разл. конструкп. элементах аппарата (на внугр, тепло- обменных устройствах и др.). В застойньех зонах могут протекать нежелательные побочные процессы, возникать агломераты твердых частиц и т.л.
Если в ходе хим;технол. процесса частицы укрупняются, возможно прекращение П. 259 Пузыри в псевдоожижешюм слое. Важнейшим св-вом псевдоожижеаньух слоев типа газ-твердое тело является образование в них пузырей (см. выше). От их размеров (обычно 3-30см, ио наблюдаются пузыри диаметром 0,5 — 0,7 м), общего числа, скоростей подъема зависит макросмешеиие газа и твердых частиц, а следовательно, и св-ва слоя как среды для осуществления хнм:технол. процессов. В пром. аппаратах, диаметры к-рых в -5 раз и более превышают возможные размеры пузырей, картуша их движения зависит от размера и плотности твердых часпщ.
По этим признакам ожижаемые материалы принято подразделять иа группы А, В, С, 1). Принадлежность сыпучих материалов к соответствующей группе приближенно устанавливают с помощью рис. 1 (по Джелдарду). Рве. Ъ дватрамма влассвфввацва аевучва матервавов в лотарвфмач. вмаае 1Л-В-труппм ма.
теремов; р в 4-веот«сста в лваметр тверлам частвцу. О,ь 0,2 В слоях частиц группы А (рис. 2, а) пузыри зарождаются вблизи пов.сти газораспределит. решетки. По мере всплытия пузыри растут за счет иатекання газа из плотвой фазы и коалесценцни. Одновременно наблюдаются акты разрушения пузырей, образования короткожнвущнх агломератов мелких пузырей, разделеаных прослойками твердой фазы, к-рые вновь сюаваются в один пузырь. На расстояниях 1„0-1,5 м от газораспределителя размеры пузырей стабилизируются.
Однако при этом они начинают двигатьсл «цепочкамюь траектории к-рых изменяются. Масштабы плотных зон (т. паз. плотных пакетов) слоя, разделяющих полые неоднородности, увеличиваются, Скорости всплытия пузырей составлятот 0,7 — 1,0 м/с, в то время как скорости ожижающего газа, отнесенные к полному сечению слоя, обычно не превышают 0,4 м/с. Доля газа, проходящего слой в виде пузырей, быстро возрастает при удалении от газораспределнтеля.
Так, на расстоянии 0,2 — 0,5 м от решетки типа «пористая плита» в виде пузырей движется практически весь газ. В псевдоожижениых слоях материалов группы В картина движения пузырей качественно не изменяется, но наблюдаются заметные количеств. отличия осреднениых характеристик фазы пузырей. Напр., уменьшаются число актов разрушения и коалесценцин пузырей, а также доля газа, проходящего слой в виде пузырей. В слоях материалов группы 0 характер движения пузырей заметно изменяется.
Пузыри приобретают «сплющенную» форму, т. е. их размеры по горизонтали становятся существенно болъше размеров по вертикали (см. рис. 2,а). При этом скорости всплытия пузырей меньше скоростей ожюкающего газа. В слоях материалов группы С пузыри не образуются. Этн материалы удается привести в псевдоожюкенное состояние только при дополнит. мех. воздействиях, напр. с помощью номе- щенной в слой мешалки, Структура истоков в всевдоожнжеииом слое упрощенна описывается моделью, в к-рой можно выделить три механизма.
По первому из них применительно к материалам групп А и В газ движется через пузырь снизу вверх под действием перепада давлений, пропорционального высоте пузыря. Если его скорость превышает скорость газа, пузырь «догоняет» н снова «всасьвает» газ. При этом возникает устойчивое «облако циркуляции» газа, из к-рого газ прони- 260 ряп 2. Локелхвые хркемс вымыеевкя гвэаэ-тряссеров 0) к правые флуктуейвв плотвостя поеедоовввсявого слоя 2Ъ я-фрегмевтм двухмерного ело» метеряелы групп Я в О); б-ввсрт вый в вдсорбвруыщяйск трасеры, сооте. тр я Тр, (метсркел группы д), Е-япертвый тргссйр (метсрхел группы Вй с, с-вечелэввв в тскущея хоя. в ЧммФ Ч йры — р я.
(рряв а, ряе. 3. Мгковеввые эяемввя коэффыщснтов тещщотдачи а от псехдоовщксвноге ела» к теплосбмеввой поыртвощв (т-време). 6 кает в глубь плотных пакетов. По второму механизму, обычно сопутствующему первому, перенос газа мйжду пузырями и плотными зонами межфазного обмена происходит вследствие деформации„разрушения пузырей и образованяа их агломератов. Третий механизм предполагает участие в переносе газа твердых частиц. Перенос газа между пузырями и плотными зонами обычно исследуют экспериментально (см. такие Переноса п)гтувссы). Напр., совмещаот локальные кривые вымывания меченого газа-трассера (см. Траппера метод) и локальные кривые флухтуапии плотности, вызываемые движением пузырей (рис. 2).
Сравнение кривых в области слоя, где сформировались большие пузыри, показывает, что в пузырах измершотся миним. концентрации трассера (плотносп слоя тагже минимальна), а в плотных пакета~ — макс. концентрадни (плотность максимальна). Чем болыпе разница концентраций в пузырях и плотвой зове, тем менъше коэф. обмена (обменные потоки газом между раэреженнйпми и плотными зонами, отнесенные к единвде объема слоя). Нз анализа кривых вымывания инертных трахиров (рис. 2,б и в), напр.
Не, следует, что при переходе от материалов групп А и В к материалам группы )у коэф, обмена увеличиваются на два порядка. Это связано с тем, что гвз проходит пузыри, обгоняя нх, и «облака цнркуладяюг исчезают. Если газ-трассбр, нацр. хладон 12, адсорбируетса часпщами (рнс. 2, б), то при смене пакетов на пузыри пульсации конг(ентрацнй трассеров меныпе, т. е. козф, обмена возрастают. Это объясняется участием в переносе газа твердых частиц, и кол-во переносимого газа тем выше, чем выше адсорбц. способность часпщ. Так, в иром. адсорберах коэф.
обмена в 100-1000 раз болъше, чем в каталвтнч. реакторах, в к-рых адсорбц. перенос газа несуществен. Пузыри, всплывая, перемешивают твердые чаотицы. В грубом приближении их перемешивание напомвнает мол. диффузию (см. ДиФФузия). Поэтому для описания перемешнвания обычно используют днффузионнуто модель (см. Струкгпура потоков). При этом козф. диффузии принато наэ.
эффективным или коэф. перамешнвання. Твердые частицы также переносат гаэ, к.рый содервится в порах, своб. объеме пакетов, н адсорбнруются на нх пов-сти. Поэтому интенсивность йеремешивания газа тем больше, чем выше способнссп» частиц адсорбировать газ. Твердые частицы †о. теплопереносящнй агент а псевдоожижениом слое, поскольку их объемные теплоемкостн на три порядка выше, чем для газа. Значения коэф. перемешнвання часпщ достаточно велики для того, чтобы слой бьш практически изотермичен (в случае быстро протекающих экзотермнч. р-цнй изотсрмичность слоя м. б. существенно нарушена). Теялообмеи в всевдоожвжсаном слое. Теплоабмен между пов-стью твердых частиц н ожнжаюшим газом обычно не лимитирует скорость хнм.-технол. процессов в слое.
Напр,, 261 ПСЕВД ООЖИЖЕНИЕ 135 при сушке материала, содержащего поверхностную влагу, т-ра слоя практически равна т-ре мокрого термометра (см, Сушка), т.е. успевает установиться термич. равновесие в слое, даже если время пребывания в нем газа составляет дфсвтые доли гекундм. Одна из осн.
причин шнрокоуо применения техники П.— интенсивный теплообмен псевдоожииеиного слоя с пов.стыни погруженных в него тел илн со стенками аппарата гкоэф. теплоотдачи 100-1000 Вт/(мк. К)). Теплота передастся: 1) через тонкую газовую прослойку (толщиной менее гф, к-рая непрерывно разрушается и обновляется благодаря двюкению твердых частиц около одной из указанных пов-атей; 2) твердым частицам при нх контакте с теплообмеиной пов-сп ю (разность т.р отдельной частицы и поа-сти близка к разности т-р пов-стн и слоя, поскольку время контакта мало); 3) пакетам твердых частиц, к-рые периодически смешпотся у пов.сти или чередуются с пузырями; 4) твердой фаю, движущейся сплошным потоком в контакте с пов-стью.
В высокотемпературных псевдоожнженных системах заметную роль нграет также тепловое излучение. В рамках перечгюл. механизмов можно объасшпь наблюдаемые закономерности тепчообмена своя с к.-л. пов-стью. Эти механизмы, как правило, действуют совокупно, поэтому тсплообмен нестационарен. Напр., мгвовениые значения коэф. теплоотдачи нзмешпотся с периодичностью, соответ- ствующей появлению пузырей у теплообмениой пов.сти (рис. 3). В момент ее контакта с пузырями коэф.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
