5.8.2 Псевдоожижение

Псевдоожижение – движение потока через слой зернистых или пористых материалов, а также насадочных элементов самых разнообразных размеров и форм.

Если через слой зернистого материала, находящегося на решетке, снизу пропускать жидкость или газ, то при малых скоростях потока слой соприкасающихся друг с другом частиц остается неподвижным (рисунок 5.25а). С увеличением скорости потока промежутки между частицами увеличиваются. Частицы приходят в движение и ведут себя как пузырьки пара или газа в жидкости (рисунок 5.25б).

П

а w<w_кр б ww_кр в г ww_вит

а  неподвижный слой; б  кипящий (псевдоожиженный) слой;

в  унос твердых частиц потоком; г  фонтанирующий слой

Рисунок 5.25 – Движение газа (жидкости) через слой твердых частиц

При движении через слой крупных пузырей наружная поверхность слоя разрывается, и группы частиц перемещаются вместе с пузырями по высоте слоя, способствуя интенсивному перемешиванию твердой фазы. В аппаратах малого диаметра пузыри, образующиеся вблизи газораспределительной решетки, часто сливаются в один большой пузырь, заполняющий все сечение аппарата, и слой частиц, расположенный выше такого пузыря, поднимается вверх, как поршень (рисунок 5.25г).

Псевдоожижение дает возможность перемещать твердые частицы по трубам; уменьшает сопротивления в газовой фазе; выравнивает поля температур и концентраций. Однако при этом происходит уменьшение движущей силы процесса, появляется возможность проскока газа, происходит износ аппаратуры и возникает необходимость использования гидроочистительного оборудования.

Структура зернистого слоя характеризуется:

а) порозностью (долей свободного объема) ;

б) удельной поверхностью , развитой в единице объема или массы слоя;

в) эквивалентным диаметром каналов ;

г) скоростью витания .

Условием перехода неподвижного слоя частиц во взвешенное состояние является равенство силы гидравлического сопротивления весу его частиц:

, (5.53)

где S – площадь поперечного сечения аппарата, м²;

– гидравлическое сопротивление слоя, Па;

Н – высота неподвижного слоя, м;

– порозность;

ρ_т , ρ – плотности твердых частиц и псевдоожиженного агента, кг/м³.

Схема расчета критической скорости W_кр

Экспериментальные данные для определения критической скорости могут быть представлены в форме зависимости критического числа Рейнольдса Re_кр от критерия Архимеда Ar. Например, для слоя сферических частиц одинакового диаметра, принимая порозность =0,4, уравнение для критерия Рейнольдса

(5.54)

где ;

.