Гидравлика псевдоожиженного слоя


Дата добавления: 2014-07-19 | Просмотров: 1319


<== предыдущая страница | Следующая страница ==>

 

В настоящее время значительное применение в химической промышленности получили процессы, связанные с взаимодействием газов или жидкостей со слоем мелко раздробленных твердых частиц, находящихся в кипящем или псевдоожиженном состоянии. Аппараты с таким слоем применяют для перемещения и смешивания сыпучих материалов, для проведения процессов обжига, теплообмена, сушки, адсорбции, каталитических и других процессов.

Если через неподвижный слой твердых частиц (рис. 5.1), лежащих на решетке, пропускать снизу вверх поток газа, то при относительно небольших его скоростях зернистый слой остается неподвижным (рис. 5.1). Однако, когда скорость достигнет некоторой критической величины, скорости начала псевдоожижения wкр.1, слой перестает быть неподвижным, приобретает текучесть и переходит как бы в кипящее (псевдоoжиженное) состояние. При дальнейшем повышении скорости газа в аппарате объем взвешенного слоя возрастает. Такой расширившийся взвешенный слой, в котором происходит интенсивное перемешивание твердых частиц, во многом напоминает кипящую жидкость. он принимает форму сосуда, через него «пробулькивают» пузыри газа, поэтому его часто называют кипящим или псевдоожиженным слоем.

 

 

Рис. 5.1. К прохождению газа через слой твердых частиц

 

Если и дальше увеличивать скорость газа, то при определенном ее значении wкр.2=wун, называемом скоростью уноса, взвешенный слой разрушается, твердые частицы уносятся из аппарата потоком газа и возникает их пневмотранспорт.

Твердая частица из неподвижного слоя начнет переходить во взвешенное состояние тогда, когда сумма сил динамического воздействия потока среды на частицу Р и подъемной (архимедовой ) силы А станет равной весу частицы G (рис. 5.2).

 

 

Рис. 5.2 . Силы, действующие на твердую частицу

в направленном вверх потоке

 

А +Р =G . (5.1)

 

Для частиц, имеющих шаровую форму, подъемная сила А равна произведению массы вытесненной частицей газа на ускорение силы тяжести:

. (5.2)

Сила динамического воздействия зависит от формы частицы, площади ее поперечного сечения, скорости потока газа и его плотности:

. (5.3)

Сила тяжести равна произведению массы частицы на ускорение силы тяжести:

. (5.4)

В предыдущих формулах (5.2…5.4) используются следующие обозначения:

Ψ – безразмерный коэффициент сопротивления, зависящий от формы частицы и режима течения среды;

d – диаметр частицы, м;

W – действительная скорость среды между частицами, м/с;

ρс и ρ – плотность среды и частицы, кг/м3;

g – ускорение свободного падения.

Если средой является газ, то плотностью среды можно пренебречь (ρ>>ρс), тогда А ≈ 0, и уравнение (5.1) примет вид:

 

Р = G.(5.5)

 

Поскольку сила тяжести, действующая на частицу, постоянна и практически постоянны и параметры, входящие в уравнение (5.3), определяющие силу динамического воздействия на частицу Р(за исключением w), то состояние слоя можно изменять величиной этой скорости w (расходом) газа.

Если обозначить площадь поперечного сечения аппарата через S, а объемный расход газа через Gv и взять их отношение, то получим скорость газа, отнесенную к полному поперечному сечению пустого аппарата, или так называемую фиктивную скорость Wф:

 

. (5.6)

 

Действительная же скорость газа в промежутках между частицами слоя всегда будет больше фиктивной скорости за счет уменьшения площади поперечного сечения потока, обусловленного присутствием в сечении аппарата твердых частиц.

Если, увеличивая постепенно расход газа, измерять дифференциальным манометром падение давления газа при прохождении его через находящийся на решетке слой твердых частиц (рис. 5.3), т.е. измерять гидравлическое сопротивление слоя ∆Рсл, а затем построить график зависимости ∆Рсл от фиктивной скорости газа Wф , то этот график будет иметь вид, показанный на рис. 5.3.

Идеальная кривая псевдоожижения монодисперсного слоя, состоящего из частиц одинаковых размеров, показана на рис. 5.3.

 

 

Рис. 5.3. Измерение гидравлического сопротивления слоя (слева)

и его зависимость от фиктивной скорости газа

В зависимости от значений скорости wф на ней различают области:

фильтрации газа (ожижающего агента) через неподвижный слой (0 <wф <wкр.1);

псевдоожижения ( wкр.1 <wф < wун);

уноса (wф>wун).

Реальная кривая псевдоожижения отличается от идеальной скачком давления в области wкр.1, что объясняется необходимостью преодоления сил сцепления частиц.

В случае псевдоожижения полидисперсного слоя (слоя с частицами разных размеров, наиболее часто встречающемся на практике) четко выраженная скорость wкр.1 отсутствует, так как переход слоя в псевдоожиженное состояние происходит постепенно (пофракционно) – от мелких к крупным частицам.

Скорости начала псевдоожижения и уноса могут быть определены расчетным путем с помощью теории подобия.

Широкое использование аппаратов с псевдоожиженным слоем в промышленном производстве объясняется такими его свойствами, как выравнивание полей температур и концентраций компонентов в объеме технологических аппаратов, максимальное развитие поверхности взаимодействия между ожижающим агентом и зернистыми материалами (поверхности фазового контакта), возможность транспортировки зернистых материалов в псевдоожиженном состоянии, незначительное гидравлическое сопротивление слоя во всем диапазоне скоростей псевдоожижения, простота конструктивного оформления технологических аппаратов с псевдоожиженным слоем и возможность автоматизации их работы.

 

Наряду с перечисленными достоинствами псевдоожиженному слою свойственны некоторые недостатки: уменьшение движущей силы процесса, вызванное выравниванием концентрационных и температурных полей; возможность проскока значительных количеств газа без достаточного контакта с твердым материалом; возможность эрозионного изнашивания при трении твердых частиц о стенки аппаратов; возникновение электростатических зарядов при трении диэлектрических частиц друг о друга; необходимость дополнительной установки мощных газоочистительных устройств и т.д.

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. Опишите движение жидкости через неподвижные слои зернистых материалов и насадок. Сравните гидродинамические условия работы аппаратов с неподвижным и псевдоожиженным слоями зернистых материалов.

2. Как определяют скорость начала псевдоожижения?

3. Что понимают под явлением пневмотранспорта?
6. Насосы химических производств

 

6.1. Классификация насосов

 

Насосы – гидравлические машины, которые преобразуют механическую энергию двигателя в энергию перемещаемой жидкости, повышая ее давление. Разность давлений жидкости в насосе и трубопроводе обуславливает ее перемещение.

По способу перемещения жидкости различают насосы двух основных типов: динамические и объемные. Указанная классификация представлена на рис. 6.1.

 

 

 

 


Рис. 6.1. Классификация насосов по способу

перемещения жидкости

В динамических насосах жидкость перемещается при воздействии сил на незамкнутый объем жидкости, который непрерывно сообщается с входом в насос и выходом из него.

Динамические насосы по виду сил, действующих на жидкость, подразделяются на лопастные и насосы трения.

К лопастным насосам относятся динамические насосы, в которых энергия передается жидкости при обтекании лопастей вращающегося рабочего колеса (или нескольких колес) насоса.

Лопастные насосы, в свою очередь, подразделяются на центробежные и осевые. Причем в центробежных насосах жидкость движется через рабочее колесо от его центра к периферии, а в осевых – в направлении оси колеса.

Насосы трения представляют собой динамические насосы, в которых жидкость перемещается преимущественно под воздействием сил трения. К насосам трения относятся, в частности, вихревые и струйные насосы.

В объемных насосах жидкость перемещается (вытесняется) при периодическом изменении замкнутого объема жидкости, который периодически сообщается с входом в насос и выходом из него.

Группа объемных насосов включает насосы, в которых жидкость вытесняется из замкнутого пространства телом, движущимся возвратно-поступательно (поршневые, плунжерные, диафрагмовые насосы) или имеющим вращательное движение (шестеренные, пластинчатые, винтовые насосы).

Насосы каждой из указанных выше групп различаются по конструктивным признакам, по параметрам.

По назначению насосы делятся на две группы: насосы общего назначения и специальные насосы.

Насосы общего назначения используются в основном для перекачки чистой воды и воды с небольшим содержанием примесей при температуре не выше 70…100 о С.

Специальные насосы могут отличаться либо по роду перекачиваемой жидкости, либо по способу установки, либо по параметрам. К этой группе относятся насосы, используемые для перекачивания химически активных, токсичных жидкостей, жидкостей, содержащих различные абразивные примеси, а также насосы, параметры которых значительно отличаются от параметров насосов общего назначения.

 


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 | 55 | 56 | 57 | 58 | 59 |

При использовании материала ссылка на сайт Конспекта.Нет обязательна! (0.048 сек.)