Послідовність розрахунку киплячого шару
Розрахунок
параметрів киплячого шару починається
з визначення особливої характеристики
матеріалу – відносної поверхні (м2/м3),
яка обчислюється як
,
де d – середній діаметр гранул матеріалу,
м.
Відомо, що кипіння шару має місце лише в визначеному інтервалі швидкостей руху дуттєвого агента. Шар починає переходити від статичного стану до кипіння при так званій першій критичній швидкості wсr, а при значно більшому значенні швидкості (швидкості вітання) wvкиплячий шар перестає існувати, бо гранули матеріалу виносяться з зони киплячого шару разом з дуттєвим агентом.
Для визначення критичних швидкостей використовуються критерії Архімеда і Рейнольдса. Критерій Архімеда характеризує підйомну силу, що діє на гранули матеріалу і обчислюється наступним чином
,
де м– щільність твердого матеріалу кипіння якого вивчається, кг/м3;
д– щільність дуттєвого агента при його тиску та температурі, кг/м3;
– кінематична в’язкість дуттєвого агента вибрана при його температурі в довідкових таблицях [2], м2/с;
0– порозність шару в статичному стані, являє собою відношення об’єму пустот до загального об’єму шару.
Щільність дуттєвого агента розраховується наступним чином:
,
де Д0– щільність дуттєвого агента за нормальних фізичних умов, кг/м3;
t –температура дуттєвого агента, С
P – надлишковий тиск дуттєвого агента, кПа;
B – барометричний тиск, кПа.
Критерій Рейнольдса, що відповідає
першій критичній швидкості знаходимо
за наступною залежністю:
.
Тоді перша критична швидкість складає:
.
Критерій Рейнольдса, що відповідає
швидкості вітання знаходимо за наступною
залежністю:
.
Тоді швидкість вітання складає:
.
Витрата дуттєвого агента (м3/с
н.ф.у.) визначається в залежності від
витрати матеріалу, що оброблюється:
,
де G – витрата матеріалу, кг/год; n –
норма витрати дуттєвого агента, м3/кг.
Дійсна витрата дуттєвого агента (м3/с)
визначається за наступною формулою
.
Площа решітки (м2) визначається як відношення дійсної витрати дуттєвого агента до обраної приведеної швидкості дуття (віднесеної до одиниці площі решітки).
Значення цієї швидкості треба обирати таким чином, щоб вона забезпечувала стабільне існування киплячого шару: була більшою першої критичної швидкості і меншою ніж швидкість вітання.
Завдання по розрахунку киплячого шару
Визначити діапазон швидкостей при якому існує киплячий шар, а також необхідну площу решітки за наступних вихідних даних: витрата твердого матеріалу, що оброблюється G кг/год, щільність матеріалу кг/м3, розмір частинок матеріалу d мм, дуттєвий агент – повітря з температурою t С, надлишковим тиском р кПа, витратою V м3/год (н.ф.у.). Чисельні значення вихідних даних для кожного з варіантів представлені в Таблиці 2. Значення початкової порозності шару прийняти для всіх варіантів рівним 0,4.
Таблиця 2 – Вихідні дані для розрахунку параметрів киплячого шару
№ вар.
G, кг/год
, кг/м3
d, мм
t, С
р, кПа
V м3/год (н.ф.у.)
1
1000
1000
2
500
100
1000
2
1500
900
2,5
600
50
1600
3
2000
1200
3
800
60
1800
4
900
1500
3,5
450
250
950
5
750
3000
3
650
300
780
6
850
2000
2,5
550
150
890
7
2600
1500
2
450
160
2500
8
3000
1400
4
390
200
3100
9
1500
1800
7
450
80
1600
10
1000
800
6,5
470
30
1100
11
560
900
3,5
500
150
600
12
3000
1700
4,5
600
450
2900
13
2700
1450
5,5
450
300
2850
14
1200
1320
5
550
400
1250
15
1500
1280
6
600
150
1450
ВИЗНАЧЕННЯ ПЛОЩІ РОБОЧОЇ ПОВЕРХНІ ТЕПЛООБМІННОГО АПАРАТА