Основные определения и теория процесса. Если через неподвижный слой зернистого материала пропускать газ, постепенно увеличивая его расход, то при некоторой скорости газа

Если через неподвижный слой зернистого материала пропускать газ, постепенно увеличивая его расход, то при некоторой скорости газа, называемой скоростью псевдоожижения w_по, слой переходит из неподвижного во взвешенное состояние. В таком слое твердые частицы интенсивно движутся, и слой напоминает кипящую жидкость. Как и жидкость, он может течь и обладает вязкостью.

С увеличением скорости слой становится более рыхлым, т.е. увеличивается его порозность ε, представляющая собой долю объема, занятого ожижающим агентом

, (1)

где: V_сл – общий объем слоя, м³;

V_ч – объем твердых частиц, м³.

Для неподвижного слоя частиц ε ≈ 0,4; для псевдоожиженного –

0,4 < ε < 1,0; для пневмотранспорта ε ≈ 1,0.

Многие процессы, например сушка, протекают гораздо быстрее в псевдоожиженных слоях по сравнению с неподвижными.

При достижении второй критической скорости, называемой скоростью уноса w_ун, частицы приобретают однонаправленное движение и уносятся потоком газа из аппарата. На практике это используют для пневмотранспорта сыпучего материала.

Скорость псевдоожижения определяется из равенства гидравлического сопротивления слоя весу частиц, приходящихся на единицу площади сечения аппарата

ΔP = G/S (2)

Значения порозности слоя ε, скорости газа w и диаметра частиц d находятся из зависимости L_y = f(Ar, ε) [2].

Критерии Лященко и Архимеда определяются по формулам:

L_y=Re³/Ar=w³ρ²_г /(μ_г(ρ_ч-ρ_г)g) (3)

Ar = , (4)

где: g – ускорение свободного падения (9,8 м/с²);

r_г - плотность газа, кг/м³;

r_ч - плотность частиц, кг/м³;

d - эквивалентный диаметр, м;

m_г - вязкость газа, Па*с

w - скорость газа, м/с.

Верхняя граница псевдоожиженного состояния (ε≈1) соответствует скорости свободного витания одиночных частиц.

Очевидно, что при скорости потока большей, чем скорость витания начнется унос частиц из слоя.

В инженерной практике важно определить обе критические скорости. Для этого можно, в частности, воспользоваться формулами Тодеса:

(5)

(6)

Значение w_по и w_ун находят из критических значений критерия Рейнольдса.