Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 [ 153 ] 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225

ДВИЖЕНИЕ ПОТОКА ГАЗА (ПАРОВ ИЛИ ЖИДКОСТИ) ЧЕРЕЗ ВЗВЕШЕННЫЙ СЛОЙ ЗЕРНИСТОГО МАТЕРИАЛА

При восходящем потоке газа (паров или жидкости) через плотный слой зернистого материала при увеличении скорости потока растет сопротивление слоя и ослабляется взаимное давление частиц. При достижении некоторого критического значения скорости сопротивление слоя становится равным его весу, частицы перестают оказывать взаимное давление, слой переходит во взвешенное состояние, частицы получают возможность перемещаться в пределах слоя. При дальнейшем увеличении скорости потока W >W расстояние между частицами увеличивается, порозность слоя е возрастает, вызывая тем самым снижение скорости потока в поровом канале (Wq = W/г), а следовательно, и силы, действующей на частицу, до значения, равного ее весу. Тогда восстанавливаются условия состояния взвешенного слоя, но уже при новом, большем значении его пороз-ности е.

При дальнейшем увеличении скорости потока слой расширяется. В пределе его расширения порозность слоя стремится к значению е = 1, когда расстояние между частицами становится столь значительным по сравнению с их размерами, что концентрация частиц в данном объеме 1-е будет несоизмеримо мала. Практически пределом существования взвешенного слоя является скорость потока, равная скорости витания данной частицы W,; при скорости выше поток выносит частицы из слоя и последний прекращает свое существование.

Во взвешенном слое вследствие некоторой неравномерности скорости потока в различных сечениях слоя частицы интенсивно и хаотически перемешиваются внутри слоя. Взвешенный слой зернистого материала называют также кипящим или псевдоожиженным слоем. Подобное наименование возникло потому, что взвешенный слой зернистого материала обладает подвижностью, текучестью, вязкостью, способностью к отстаиванию более крупных частиц и другими особенностями, характерными для жидкостей, да и по внешнему виду он похож на кипящую жидкость.

Интенсивное перемешивание частиц во взвешенном слое обусловливает высокую эффективность проходящих процессов: значительно возрастает скорость внешней диффузии, эффективнее протекает теплообмен между потоком и частицами, между частицами и соприкасающейся с ними поверхностью, легко обеспечивается выравнивание температур в большом объеме слоя и т.д.

Вместе с тем в связи с интенсивным перемешиванием частиц взвешенному слою свойствен и ряд недостатков, среди которых уменьшение движущей силы процесса, износ твердых частиц, эрозия аппар>атуры и др.

При скорости потока, недостаточной для взвешивания частиц, объем

слоя, его высота Hq, а следовательно, и порозность Eq являются неизменными. При скорости, превышающей начало псевдоожижения, но недостаточной для выноса частиц из слоя, Vl <W <W, его объем, высота Я и порозность е увеличиваются, но при этом в аппарате постоянного сечения остается неизменным соотношение

(1-ео)Яо=(1-е)я.

Для плотного и взвешенного слоев характерна зависимость между

Рис. XVIII-2. Зависимость перепада давления в слое от скорости потока

скоростью ожижающего потока и гидравлическим сопротивлением слоя (перепадом давления); принципиальный характер такой «кривой псевдоожижения» проиллюстрирован графиком, приведенным на рис. XV1II-2. Левая часть графика, представленная линиями OA и ОВ, соответствует движению ожижающего агента через неподвижный слой, когда с увеличением скорости потока сопротивление слоя растет. В точке В сопротивление слоя оказывается равным его весу и слой переходит во взвешенное состояние; соответствующее этой точке значение скорости называют критической скоростью или скоростью начала псевдоожижения. Перепад давления в точке А перед началом псевдоожижения превышает вес слоя на величину «пика давления» Аро, затрачиваемую потоком на преодоление сил сцепления между частицами. Величина Аро зависит от плотности упаковки частиц, формы и состояния их поверхности.

При дальнейшем увеличении скорости потока перепад давления в слое остается неизменным, и линия «кривой псевдоожижения» идет параллельно оси абсцисс. Постоянство значения перепада давления в слое (участок BQ характеризуется равенством гидродинамического давления и веса слоя, приходящегося на единицу площади его поперечного сечения, и сохраняется до значения W„ соответствующего скорости витания, выше которой частицы уносятся из слоя и наступает режим пневмотранспорта. В этом случае масса частиц в слое уменьшается и, следовательно, снижается гидравлическое сопротивление слоя.

Плотному слою на графике соответствуют линии OA и ОВ. Линия OA получена при постепенном увеличении скорости газа и соответствует перепаду давления в плотном слое, когда частицы слоя характеризуются первоначальной, более плотной упаковкой и меньшей порозностью. Линия ОВ соответствует перепаду давления в плотном слое, который образуется в результате постепенного снижения скорости потока при переходе от взвешенного слоя к плотному.

Перепад давления, соответствующий весу слоя, приходящегося на единицу площади его поперечного сечения, равен

Ар = Яод(р, -p)(l-eo).

где Рт и р - соответственно плотность твердых частиц и потока.

Зная вес слоя Ндр - р)1 - EqJ и используя уравнение (XVIII.14),

можно определить критическую скорость начала псевдоожижения .

Выражение для зависит от того, какое значение X принято в уравнении (XV1II.14) при определении Ар - по уравнению (XVIII.12) или (XVIII. 13); этим во многом объясняются различия в окончательном уравнении для определения , с которыми приходится сталкиваться при изучении специальной литературы.

Приняв, как это предложено О.М. Тодесом, для Ар расчетное уравнение (XVIII. 15), запишем:

Нод(рт -p)(l-eo

1-ео

4

После преобразований получим уравнение для определения критической скорости начала псевдоожижения

Re. = -

1-ео 4

1,75

(XVIII. 17)

где Re=Wdp/\i - критерий Рейнольдса, соответствующий скорости

- начала псевдоожижения; Аг= gdp,. -р)р/ц - критерий Архимеда.

При беспорядочной засыпке слоя значение его порозности Ео лежит в пределах от 0,35 до 0,45, и в среднем можно принять, что Eq = 0,4; тогда уравнение (XVIII. 17) запишем в виде

Аг

1400 + 5,22>/аг

(XVIII. Ш)

Для определения скорости потока W, необходимой для достижения порозности слоя е, наиболее удачной является формула О.М. Тодеса, В.Д. Горошко и Р.Б. Розенбаума, справедливая для ламинарного, переходного и турбулентного режимов:

Re =

4,75

18+0,6

4,75

(XVIII. 19)

При Ео = 0,4 эта формула совпадает с уравнением (XVIII. 18). Это же уравнение, решенное относительно е, позволяет определить порозность взвешенного слоя при выбранном гидродинамическом режиме:

18Re+0,36Re

(XVIII.20)

Для гидродинамической характеристики псевдоожиженного слоя часто используют понятие «число псевдоожижения», которое представляет собой