Перепад давления в слое

Различают идеальное псевдоожижение и реальное. Вид зависимости перепада давления от скорости ожижающего агента в случае идеального псевдоожижения показан на рисунке 8.2.

1 – стационарный слой, 2 – псевдоожиженное состояние

Рисунок 8.2 – Идеальная кривая псевдоожижения

Согласно идеальной кривой псевдоожи­жения, линия 1 соответствует стационарному слою; при ла­минарном режиме фильтрова­ния агента сквозь слой ли­ния 1 – прямая, при турбулентном – парабола; в точке А слой переходит в псевдоожиженное состоя­ние, прямая 2(); точка В соответствует началу уноса частиц материала из слоя, что происходит при скорости газа, рав­ной скорости витания частиц.

Идеальная кривая псевдоожижения характерна лишь для гладких, сухих, одинакового размера шаров. Вид реальных кривых псевдоожижения показан на рисунке 8.3. «Всплеск» (рисунок 8.3, а) и гистерезис обусловлены силами сцеп­ления между частицами слоя и трением частиц о стенки аппарата.

Δр′

Δр

Δр

гистерезис

всплеск

	Umin
			U
		U

а) б)

а) – кривая псевдоожижения отражает сцепление между частицами слоя («всплеск», гистерезис); б) – кривая псевдоожижения, характерная для полидисперсной системы

Рисунок 8.3 – Реальные кривые псевдоожижения

При относительно низких скоростях потока в плотном слое падение давления приблизительно пропорционально скорости газа. Максимальный перепад давле­ния несколько выше, чем статическое давление слоя.

По мере дальнейшего увеличения скорости газа плотный слой внезапно «разрыхляется». Другими словами, порозность возрастает от до , а это приводит к снижению перепада давления до стати­ческого давления слоя, как это представлено в равенстве (8.4). При скоростях газа, превышающих скорость минимального псевдо­ожижения, слой расширяется, образуются газовые пузыри, которые можно наблюдать визуально, и в результате имеет место неоднород­ное псевдоожижение.

Несмотря на возросшую скорость газа, падение давления остается практически неизменным. Для пояснения этого постоянства паде­ния давления отметим, что плотная фаза системы газ – твердое тело хорошо аэрируется и может легко деформироваться без заметного сопротивления. По гидродинамическим свойствам плотную фазу системы можно отождествить с жидкостью. Если газ вдувать через дно сосуда, заполненного жидкостью малой вязкости, окажется, что давление, необходимое для вдува, приблизительно равно стати­ческому давлению жидкости и не зависит от скорости потока газа.

Для хорошо сыпучих материалов в аппаратах постоянного по­перечного сечения величина «всплеска» давления обычно не превышает 1,5-5%. В аппаратах с сечением, возрастающим кверху, величина может в 2-3 и более раза превысить пере­пад давления в слое в состоянии псевдоожижения. При этом образуется фонтанирующий слой.

Размытость начала псевдоожижения для полидисперсного ма­териала (рисунок 8.3, б) объясняется тем, что для разных фракций псевдоожижение начинается при разных критических скоростях. Для частиц одинаковой плотности с небольшим показателем полидисперсности для расчета U_min можно пользоваться формулой Тодеса:

, (8.10)

где – критерий Архимеда;

– порозность слоя при минимальном псевдоожижении;

– кинематическая вязкость газа, м²/с.

Пользуясь при расчете скорости начала псевдоожижения поня­тием эквивалентного диаметра, следует иметь в виду, что на взве­шивание крупных фракций оказывают влияние уже ожиженные мелкие фракции (передают им часть своего количества движе­ния), поэтому принципиально скорость начала псевдоожижения зависит от всего распределения частиц по диаметрам (даже не от нескольких первых моментов распределения).