42. Какие негативные явления могут иметь место при псевдоожижении и как их можно предотвратить?

Сущностью процесса псевдоожижения является переход неподвижного слоя твёрдых частиц во взвешенное состояние при определенном режиме пропускания жидкости (упругой или капельной) через него[2]. При достижении некоторой критической величины скорости, когда слой уже перестаёт быть неподвижным, его порозность и высота начинают увеличиваться, слой приобретает текучесть и переходит в «кипящее» (взвешенное) состояние. Твёрдые частицы интенсивно перемешиваются в потоке газа (жидкости) и перемещаются в различных направлениях, весь слой как бы напоминает кипящую жидкость, ограниченную ясно выраженной верхней границей раздела с потоком, прошедшим слой.

Однородное псевдоожижение практически возможно лишь при псевдоожижении твердых частиц в потоке капельной жидкости. При этом увеличение скорости сверх ω_пс приводит к соответствующемуу возрастанию высоты слоя без заметных колебаний его верхней границы. Неоднородное псевдоожижение чаще всего наблюдается в системе газ-твердая фаза. При этом часть газа движется через слой не сплошным потоком, а в виде пузырей, которые разрушаются, достигнув верхней границы слоя, что вызывает колебания высоты слоя.

При неоднородном псевдоожижении могут наблюдаться такие негативные явления, как поршневое псевдоожижение, каналообразование и фонтанирование.

Поршневое псевдоожижение – режим работы, который может возникнуть в системе газ – твердая фаза (в промышленности чаще используют процессы псевдоожижения именно в этой фазе). Для такой системы характерно неоднородное псевдоожижение: часть газа движется через слой не сплошным потоком, а в виде пузырей, которые, достигнув верхней границы слоя, разрушаются. Это вызывает колебания высоты слоя.

Когда значения числа псевдоожижения не очень велики ( K_ω ), неоднородность слоя не оказывает отрицательного воздействия на его характеристики, а движущиеся пузыри, наоборот, интенсифицируют перемешивание частиц в слое. Однако при значительном увеличении скорости газа неоднородность слоя возрастает: сквозь него прорываются все более крупные пузыри и начинается интенсивное выбрасывание твердых частиц над поверхностью слоя (рис. 4а). В итоге пузыри газа могут увеличиться в объеме настолько, что их размер достигнет диаметра аппарата (рис. 4б). При этом псевдоожиженный слой разделяется на отдельные части газовыми «пробками», часть слоя под пробкой подбрасывается вверх, что приводит к большому выбросу твердых частиц.

Рис. 4. Возрастание неравномерности псевдоожижения с увеличением скорости газа.

Поршневое псевдоожижение нежелательно, так как при нем резко ухудшается равномерность контакта между газом и твердыми частицами.

Такому режиму работы способствуют возрастание скорости газа, увеличение размера частиц и уменьшение диаметра аппарата. Поэтому его можно предотвратить, если понизить скорость газа, уменьшить размер твердых частиц или увеличить диаметр аппарата.

Каналообразование также нарушает однородность слоя при псевдоожижении некоторых материалов. При этом происходит проскок («байпасирование») значительного количества газа (жидкости) через один или несколько каналов, образующихся в слое.

Часто это явление наблюдается при применении материалов с очень мелкими или слипающимися частицами, склонными к агломерации. Используя другие материалы с более крупными не слипающимися частицами, можно предотвратить это явление.

Фонтанирование – предельный случай каналообразования: поток газа (жидкости) прорывается сквозь слой по одному большому каналу вблизи оси аппарата. Не допуская каналообразования, можно предотвратить и это негативное явление.