Скорость потока при образовании взвешенного слоя

Если слой зернистого твердого материала для проведения какого-либо технологического процесса необходимо привести во взвешен­ное состояние, то при определении скорости газового (жидкостного) потока следует учесть, что в зависимости от величины скорости существуют три режима, характеризующие взаимодействие газо­вого потока и слоя зернистого материала:

1) фильтрация ();

2) взвешенный слой ();

3) унос ().

При увеличении скорости восходящего потока газа в слое перепад давлений возрастает и в какой-то момент становится равным противоположно направленной силе тяжести. Дальнейшее увеличение скоростного напора вызывает расширение слоя. Таким образом, слой зернистого материала переходит в псевдоожиженное состояние, когда выдерживается равенство

[Сопротивление восходящему потоку газа]=[Вес частиц]. (8.4)

Это равенство можно записать следующим образом:

, (8.5)

где – перепад давления, Н/м²;

– площадь поперечного сечения слоя, м²;

– высота слоя при минимальном псевдоожижении, м;

– порозность слоя при минимальном псевдоожижении (доля свободного объема);

– плотность твердых частиц, кг/м³;

– плотность ожижающего потока, кг/м³;

– ускорение свободного падения, м/с².

При минимальном псевдоожижении порозность немного больше, чем в плотном слое, фактически она соответствует самому взрыхлен­ному состоянию плотного слоя, которое он приобретает, будучи почти взвешенным. Таким образом, можно оценить по порозности произвольной укладки ().

Порозность полидисперсного слоя не может быть рассчитана с достаточной точностью, поскольку при этом должны быть учтены такие факторы, как укладка частиц в аппарате, их размер и форма, а также гранулометрический состав. Например, если фракция очень широкая, мелкие частицы могут разместиться в промежутках между крупными зернами, что сильно уменьшит порозность слоя.

Скорость потока, при которой сопротивление слоя становится равным весу слоя, приходящегося на единицу площади поперечного сечения, и при которой частицы неподвижного слоя переходят в псевдоожиженное состояние, для слоя сферических частиц одинакового диаметра обычно определяется из уравнения

, (8.6)

где Re_кр – критерий Рейнольдса при скорости потока U_min;

Ar – критерий Архимеда.

Критерий Рейнольдса рассчитывают по формуле

, (8.7)

где d – диаметр частиц, м;

ν – кинематический коэффициент вязкости среды, м²/с.

Отсюда

. (8.8)

Критерий Архимеда можно определить по выражению

. (8.9)

Уравнение (8.8) выведено для средней порозности неподвижного слоя m =0,4 и дает погрешность ±20 %.

Для частиц неправильной формы критическую скорость потока можно определить с учетом коэффициента формы f, рассчитываемого по формуле (8.3). При этом в формулу (8.8) вместо диаметра сферической частицы d подставляют эквивалентный диаметр .