ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПСЕВДООЖИЖЕНИЯ

Рассмотрим образование псевдоожиженного слоя. В вертикальном аппарате (рис. 1), снабженном поперечной перфорированной газораспределительной решеткой, помешен слой тонкодисперсного твердою матерная». Ожижающий агент — газподается в нижнюю часть аппарата под газораспределительную решетку. Перепад давления в слое измеряется дифференциальным манометром.

Состояние двухфазной системы наглядно изображается в виде кривом псевдоожижения. Эта кривая выражает зависимость перепада давления в слое ∆ р от скорости ожижающего агента v.

∆ р/Но =f(v), где Но— высота неподвижного слоя, м.

При невысоких скоростях газа слой зернистого материала на решетке остается неподвижным, происходит фильтрация газа через слои (кривая ОК на рис. 2). С увеличением скорости газа перепад давления в слое возрастает, и в определенный момент масса зернистого материала в слое уравновешивается гидродинамическим давлением потока газа — наступает гидродинамическое равновесие. В условиях гидродинамического равновесия начинается взаимное пульсационное перемещение частиц. Излом в точке K1 соответствует переходу неподвижного слоя в псевдоожиженное состояние. Абсцисса точки К1 определяет скорость газа, при которой начинается псевдоожижение, а ордината — перепад давления в этой точке. Скорость газа (жидкости) V_o, при которой слой зернистого материала переходит в псевдоожиженное состояние, называется скоростью начала псевдоожижения. При дальнейшем увеличении скорости газа слой расширяется, интенсивность перемешивания частиц возрастает, но перепал давления остается постоянным.

Рис. 1 Аппарат для псевдоожижения:

Аппарат для псевдоожижения:

1 — корпус; 2 — перфорированная решетка; З — манометр

Рис. 2 Кривая псевдоожижения.

При определенной так называемой второй критической скорости V_в, или скорости уноса, гидродинамическое равновесие нарушается. Эта скорость является верхним пределом существования псевдоожиженного слоя. При V> V_в частицы уносятся из слоя, в результате этого снижается их массовое количество и уменьшается энергия, необходимая для поддержания твердой фазы во взвешенном состоянии.

Реальная кривая псевдоожижения несколько отличается от идеальной. Для реальной кривой характерно наличие пика давления ∆ р_n в момент перехода в псевдоожиженное состояние, который объясняется затратой дополнительной энергии на преодоление сил сцепления между частицами. Величина пика давления зависит от формы и состояния поверхности частиц.

Реальная кривая псевдоожижения обнаруживает гистерезис — так называемые линии прямого и обратного хода, которые получают соответственно при постепенном увеличении и уменьшении скорости газа. Эти линии вблизи точки К не совпадают, причем на линии обратного хода отсутствует инк давлений и она, как правило, располагается ниже линии прямою хода. Участок кривой обратного хода левее точки. К соответствует более рыхлой упаковке частиц, возможной для неподвижно о слоя. Bправо отточки К эти линии совпадают. В реальных условиях перепад давления может не быть строго постоянным. Он может монотонно возрастать, а также колебаться около некоторого среднего значения.

Форма кривой псевдоожижения отражает состояние слоя. Пределы существования псевдоожиженного слоя, таким образом, ограничены скоростью начала псевдоожижения и скоростью уноса. Резкий переход от неподвижного слоя к псевдоожиженному характерен для слоев, состоящих из частиц близкого размера. Для полидисперсных слоев существует область скоростей псевдоожнжения, в которой начинается псевдоожижение пол и дисперсных частиц и завершается переход от неподвижного к псевдоожижен ному слою.

Отношение рабочей скорости к скорости начала псевдоожижения

W =V/Vo называется числом псевдоожнжения. Число псевдоожижеиия характеризует состояние псевдоожиженного слоя и интенсивность перемешивания частиц в слое. Характеристики псевдоожиженного слоя зависят от числа псевдоожижения.

Псевдоожижение слоя может быть однородным и неоднородным. Однородное псевдоожижение имеет место при псевдоожижении слоя капельной жидкостью. Для неоднородного псевдоожиженного слоя характерно наличие в слое газовых пузырей.