19. Гидродинамика кипящих (псевдоожиженных) зернистых слоев 109

аппарата (рис. II-33, б). При этом псевдоожиженный слой разделяется на отдельные части газовыми «пробками»; часть слоя, находящаяся над пробкой, подбрасывается вверх, что приводит к большому выбросу твердых частиц.

Такой режим работы называют поршневым псевдоожи- жением. Его возникновению способствуют, кроме возрастания ско- рости газа, увеличение размера частиц и уменьшение диаметра аппарата. Поршневой режим нежелателен, так как при нем резко ухудшается рав- номерность контакта между газом и твердыми частицами.

При псевдоожижении некоторых материалов однородность слоя нару- шается также вследствие каналообразования, при котором происходит проскок («байпасирование») значительного количества газа (жидкости) через один или несколько каналов, образующихся в слое. Каналообразование особенно часто наблюдается при применении материа- лов с очень мелкими или слипающимися частицами, склонными к агломе-

рации. Предельным случаем каналооб- разования является фонтаниро- вание, при котором поток газа (или жидкости) прорывается сквозь слой по одному большому каналу, возникаю- щему близ оси аппарата.

Режим псевдоожижения, соответст- вующий изменению скоростей в преде- лах от w_nB до w_CB, называют псев- доожижением в плотной фазе, в отличие от режима, при кото- ром ^и происходит пневмотранс- порт твердых частиц в разбавлен- ной фазе кипящего слоя.

Основные гидродинамические харак- теристики псевдоожиженных слоев на- ходят следующими методами.

Скорость псевдоожижения ш_св наиболее надежно определяют на лабо­раторных или полупромышленных установках, измеряя сопротивление Ар слоя в зависимости от фиктивной скорости w₀. Результаты измерений обычно представляют графически в виде зависимости типа приведенной на рис. II-32, б.

Расчетным путем величина w_nc может быть определена исходя из ука­занного выше условия равенства сопротивления слоя весу твердой фазы, отнесенному к единице площади поперечного сечения аппарата.

В литературе предложен ряд зависимостей для вычисления ш_пс, полу­ченных на основе различных уравнений для расчета гидравлического сопро­тивления слоя. Так, при подстановке выражения (11,134) для коэффи­циента сопротивления X в уравнение (11,130) находим следующую зави­симость гидравлического сопротивления от различных факторов

. 3 1-е /133 . „,л Я р«|

>ис. II-33. Возрастание неравномер- гости псевдоожижения с увеличением скорости газа.

или после подстановки значения Re из выражения (11.132)

Гл. II. Основы гидравлики. Общие вопросы прикладной гидравлики

Вес твердых частиц в слое й_т, отнесенный к 1 м² поперечного сечения 5 аппарата (с учетом архимедовой силы), равен

От _ (Рт —р)§5Я(1 —Є) „

-£- = £ = £(рт — р)(1— е)Н

Приравнивая Ар величине (З_т/5 и проводя сокращения, получим

наИ^1- , , ,_е “'лсР

8^ЛФ²^ ' Є³Ф Л ⁸^^Рт

Умножим обе части этого уравнения на с/³р/р². Тогда

1. зр(¹ —^е)^К1_ПСФ , _{1 7}-<Л² _ <*³Р²§ .Рт —р

или

е³Ф²р. ’ Є³Ф|І² р.²

1-є_п„ ,1.75-а

¹⁵°-ізфГ^Ке0.пс +^R<_nc = Ar (11,137)

где Ar — критерий Архимеда; Re_{0i пс} — критическое значение модифицированного кри- терия Рейнольдса Re₀ [см. выражение (11,133)], соответствующее началу псевдоожижения.

Для частиц округлой формы, близкой к шарообразной, значение поверх- ностного фактора Ф, определяемого уравнением (II, 114), близко к единице, а средняя порозность слоя е может быть принята равной =0,4. В данном случае путем приближенного решения квадратного уравнения (11,137) получают следующее выражение критического значения Re„, при кото- ром начинается псевдоожижение:

Аг

1400 + 5,22 VTr

Reg ne ~ ,v— (11,138)

При расчете скорости псевдоожижения с помощью этого уравнения вычисляют сначала значение критерия Аг по выражению (11,88а), при­веденному на стр. 99, затем находят величину Re₀,_nc из уравнения

138. и по ней, пользуясь выражением (11,133), — величину w_nc.

В случае w₀'i>w_nc с увеличением скорости слой расширяется и доля его свободного объема возрастает. При этом высота псевдоожиженного слоя Н_ПС и первоначальная высота неподвижного слоя Н_н связаны зави­симостью ,

ЯпсО-е_пс) = Я„(1-_ен) (П,139)'

Расчет скорости витания w_CB, при которой происходит разрушение слоя и массовый унос частиц, как указывалось, проводят аналогично рас­чету скорости свободного осаждения частиц ш_ос. Например, по уравнению (11,122), пригодному для всех режимов движения частиц

Re_0tCB = ——yr= (II,122а)

18 + 0,575 VАг

При работе с полндисперсными слоями, если при расчете ш_Пс с помощью уравнения

138. можно использовать средний размер частиц, скорость начала разрушения псевдо­ожиженного слоя надо определять по уравнению (II, 122а) для самых мелких частиц, наиболее легко выдуваемых нз слоя.

Уравнение (11,138) для вычисления w_nc при е= 0,4 и уравнение (11,122) для опреде­ления w_oc или к»св при 8=1 имеют одинаковую форму. Такую же структуру имеет зависи­мость между критериями Re₀ и Аг и при промежуточных значениях 0,4 <j e<jl. Обобще­нием опытных данных в этих условиях получена формула

Аг е⁴>⁷⁵

Re₀ = ^Лге-_ (11,140)

18 + 0,6 У Are⁴-⁷⁵