Гидродинамика взвешенного слоя

1. Для неподвижного слоя твердых частиц порозность e_о, т.е. относительная доля объема, не занятого твердой фазой определяется по формуле 1.23:

(1.23)

В том случае, когда плотностью среды между частицами можно пренебречь по сравнению с плотностью самих частиц, то формула 1.23 принимает вид:

(1.24)

где и – объем, занимаемый частицами, и объем слоя, ;

и – плотность частиц и плотность слоя (насыпная плотность),

Практически порозность неподвижного насыпного (неупорядоченного) слоя шарообразных частиц одинакового диаметра колеблется в пределах 0,38 – 0,42; в расчетах принимается среднее значение 0,40.

Для взвешенного слоя твердых частиц порозность определяется по формуле 1.25:

(1.25)

где – объем взвешенного слоя,

2. Определяем скорость потока. Скорость потока, при которой сопротивление слоя становится равным весу слоя, приходящегося на единицу площади поперечного сечения, и при которой частицы неподвижного слоя переходят во взвешенное состояние, называется критической скоростью или скоростью псевдоожижения.

Критическая скорость для слоя сферических частиц одинакового диаметра определяется из уравнения:

(1.26)

Это уравнение выведено для средней порозности неподвижного слоя и дает погрешность В нем:

где – критическая скорость потока, отнесенная к полному сечению аппарата, м/c;

d – диаметр частиц, м;

и – плотности частиц и среды,

– кинематическая вязкость среды, ;

– динамическая вязкость среды,

Для газа плотность среды много меньше плотности частиц, формула упрощается:

Для полидисперстного слоя, состоящего из частиц разного диаметра, диаметр частиц находим по формуле 1.27:

(1.27)

где n – число фракций;

– средний ситовой размер фракции (т. е среднее значение между размерами проходного и непроходного сит);

– массовое содержание фракции в долях единицы.

3. При увеличении скорости потока происходит расширение (т.е. увеличение высоты и порозности) взвешенного слоя. Высота взвешенного слоя h, (м), связана с высотой неподвижного слоя соотношением:

(1.28)

Тогда порозность взвешенного слоя может быть рассчитана по формуле 1.29:

(1.29)

Отношение рабочей скорости газа, отнесенной к полному сечению аппарата, к критической скорости называют числом псевдоожижения:

(1.30)

Действительная скорость потока в свободном пространстве (живом) сечении между частицами слоя определяется выражением:

(1.31)

4. Скорость потока, при которой одиночная частица переходит во взвешенное состояние, называется скоростью витания. Она приближенно соответствует началу разрушения монодисперсного взвешенного слоя. При этом Скорость витания может быть определена по формуле:

(1.32)

где

5. На рис. 3 представлен график зависимости для взвешенного слоя от до . График позволяет определять скорости потока , необходимую для достижения заданной порозности взвешенного слоя, состоящего из частиц известного диаметра , или решать обратную задачу.

6. Среднее расходное время пребывание (с) частиц твердого материала в аппарате со взвешенным слоем (одиночным) определяется по формуле 1.33:

(1.33)

где М – масса материала, находящегося в слое, кг;

L – расход твердого материала, кг/с.

Ввиду интенсивного перемешивания материала во взвешенном слое, время пребывания в слое отдельных частиц значительно отличается от среднего расходного времени пребывания твердого материала в слое . Если известно среднее расходное время и задано некоторое время (например, продолжительность какого-либо процесса, проводимого во взвешенном слое), то долю x частиц, имеющих время пребывания в слое, не меньше чем , можно определить по уравнению 1.34:

(1.34)

где

Рис. 3. Зависимость критерия Ly от критерия Ar и порозности слоя.

Дата добавления: 2015-07-11