псевдоожижение теория

ПСЕВДООЖИЖЕНИЕ

превращение слоя зернистого материала под влиянием восходящего газового или жидкостного потока либо иных физ.-мех. воздействий в систему, твердые частицы к-рой находятся во взвешенном состоянии, и напоминающую по св-вам жидкость,-псевдоожиженный слой. Из-за внеш. сходства с кипящей жидкостью псевдоожиженный слой часто наз. кипящим слоем.

Преимущества

1. Твердые частицы в псевдоожиженном состоянии можно перемещать по трубам, что позволяет многие периодические процессы осуществлять непрерывно.

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

4. Низкое гидравлическое сопротивление псевдоожиженного слоя

5. Высокие удельные поверхности контакта фаз

Недостатки

1. Вызванное интенсивным перемешиванием твердых частиц выравнивание температур и концентраций в слое приводит к уменьшению движущей силы процесса.

2. Возможность проскока значительных количеств газа без достаточного контакта с твердыми частицами уменьшает выход целевого продукта.

3. Износ самих твердых частиц.

4. Эрозия аппаратуры.

5. Возникновение значительных зарядов статического электричества.

6. Необходимость установки мощных газоочистных устройств.

1.

Процессы, в которых используется псевдоожижение твердых частиц:

• перемещение и смешивание сыпучих материалов

• процесс обжига, теплообмена, сушки, адсорбции, каталитичнских и др процессов

2. Пусть при повышении скорости ожижающего агента слой может непрерывно расширяться за счет равномерного увеличения промежутков между частицами до тех пор, пока в аппарате не останется единичная частица; в этом случае говорят об однородном псевдоожижении. Однородные присущи системам жидкость—твердые частицы. При увеличении скорости жидкости от величины, соответствующей началу псевдоожижения, слой равномерно расширяется, причем его пористость  монотонно увеличивается. Кроме того, сохраняется четкая граница между верхней частью слоя частиц и жидкостью над ним.

Если, наоборот, при скоростях, превышающих скорость начала псевдоожижения, ожижающий агент движется через слой в виде пузырей (примерно так же, как газ через слой жидкости), то псевдоожижение называют неоднородным. 

3. Порозность

— отношение объема пор слоя кускового или зернового материала к общему объему слоя.

Удельная поверхность слоя

усреднённая характеристика размеров внутренних полостей (каналов, пор) пористого тела или частиц раздробленной фазы дисперсной системы. П. у. выражают отношением общей поверхности пористого или диспергированного в данной среде тела к его объёму или массе.

4. Начало псевдоожижения наступает при равенстве силы гидравлического сопротивления слоя весу всех его частиц. Однако в действительности перепад давлений в слое (непосредственно перед началом псевдоожижения) несколько больше, чем это необходимо для поддержания слоя во взвешенном состоянии. Это объясняется действием сил сцепления между частицами слоя, находящегося в покое. Когда скорость потока достигает значения , частицы преодолевают силы сцепления и перепад давлений становится равным весу частиц, приходящемуся на единицу площади поперечного сечения аппарата. Условие равенства перепада давлений весу частиц выполняется для всей области существования псевдоожиженного слоя, вплоть до того момента когда скорость становится такой, при которой слой разрушается и начинается массовый унос частиц потоком. Эту скорость называют скоростью уноса.

6. Перед началом псевдоожижения объем неподвижного слоя немного возрастает, поэтому порозность слоя при скорости равной примерно на 10% выше чем порозность неподвижного слоя при =0

7. При небольших скоростях объем и порозность не меняются с изменением скорсоти потока. Когда скорость достигает критической величины(скорость начала псевдоожижения) его порозность и объем увеличиваются, слой приобретает текучесть и переходит как бы в кипящее состояние.

8.

Истинной плотностью (_и) называется отношение массы частицы к занимаемому этой частицей объему (V_и) без учета объема пор, пустот и т.д.:

_и = m/V_и.

Кажущейся плотностью (_к) называется отношение массы частицы к занимаемому этой частицей объему (V_ч), с учетом объема пор, пустот и т.д.:

_к = m/V_ч.

Насыпная плотность– это плотность в неуплотненном состоянии, учитывает не только объем частиц материала, но и пространство между ними

/=1-

9. Модель идеального смешения. Согласно этой модели принимается равномерное распределение субстанции во всем потоке. Зависимость между концентрацией субстанции в потоке на входе и на выходе имеет вид

, (2.6)

где  – объемный расход, м³/с;

V – объем аппарата, м³;

С, С_вх, С_вых – концентрация вещества: текущая, входная, на выходе.

Модель идеального вытеснения. В соответствии с этой моделью принимается поршневое течение без перемешивания вдоль потока при равномерном распределении субстанций в направлении, перпендикулярном движению. Время пребывания в системе всех частиц одинаково и равно отношению объема системы к объемному расходу жидкости.

Математическое описание модели имеет вид

, (2.7)

где u – линейная скорость потока, м/с.

Диффузионные модели. Различают однопараметрическую и двухпараметрическую диффузионные модели.

Однопараметрическая модель. Ее основой является модель идеального вытеснения, осложненная обратным перемешиванием, подчиняющимся формальному закону диффузии. Параметром, характеризующим модель, служит коэффициент турбулентной диффузии, или коэффициент продольного перемешивания D_L.

При составлении однопараметрической диффузионной модели принимаются следующие допущения: изменение концентрации субстанции является непрерывной функцией пространственной координаты; концентрация субстанции в данном сечении постоянна; объемная скорость потока и коэффициент перемешивания не изменяются по длине и сечению потока.

Двухпараметрическая модель. В этой модели учитывается перемешивание потока в продольном и радиальном направлениях; причем модель характеризуется коэффициентом продольного (D_L) и радиального (D_R) перемешивания. При этом принимается, что величины D_L и D_R не изменяются по длине и сечению аппарата, а скорость потока постоянна.

Ячеечная модель. Основой модели является представление об идеальном перемешивании в пределах ячеек, расположенных последовательно, и в отсутствии перемешивания – между ячейками. Параметром, характеризующим модель, служит число ячеек N.

Ячеечной моделью оценивают функции распределения в последовательно соединенных аппаратах с мешалками, осуществляющими интенсивное перемешивание.

Кривые отклика при ступенчатом или импульсном возмущении для различных типов гидродинамических моделей представлены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Типовые модели структуры потоков в аппарате