Скорость уноса

Пределом существования взвешенного слоя является скорость, при которой зернистый материал выносится из аппарата. Скорость уноса рассчитывается по тем же формулам, что и скорость свободного осаждения или витания одиночной шарообразной частицы. Начало уноса характеризуется следующими условиями:

1) расширение слоя достигло предела, и движение отдельных частиц не зависит от воздействия соседних частиц;

2) частицы не осажда­ются и не уносятся газовым потоком, свободно витая в надслоевом пространстве, так как вес каждой частицы уравновешивается силой сопротивления, возникающей при обтекании частицы пото­ком газа.

Незначительное превышение скорости газа над скоростью витания приводит к уносу частицы.

Скорость витания может быть определена из формулы

, (8.11)

где критерий Рейнольдса Re_в рассчитывают по выражению

, (8.12)

где μ – динамический коэффициент вязкости среды, Н·с/м².

Отсюда скорость витания

, (8.13)

где критерий Архимеда Ar рассчитывают по формуле (8.9).

Рассчитывая , необходимо помнить, что нужно подставлять средний диаметр для распределения размеров частиц, фактически присутствующих в слое, в то время как рассчи­тывая ,– подставлять самый малый размер твердых частиц в слое, содержащихся в заметном количестве.

Отношение скорости витания к критической скорости является единственным показателем возможной маневрен­ности процесса. Значение этого отношения меньше для частиц крупных размеров, что говорит о меньшей маневренности процесса, чем в случае более мелких частиц.

Величина является также показателем максимально воз­можной высоты псевдоожиженного слоя. Это объясняется тем, что вследствие падения давления по высоте слоя увеличивается ско­рость прохождения газа через слой. Таким образом, максимальной будет высота слоя, при которой у днища слой находится в псевдо­ожиженном состоянии, а скорость прохождения газа через его верх­ний уровень достигает значения . Эти соображения о максималь­ной высоте слоя нельзя применить для случая псевдоожижения капельной жидкостью, так как плотность жидкости остается по су­ществу неизменной.

В действительности интервал удовлетворительных режимов слоя, псевдоожиженного газом, может быть значительно уменьшен вслед­ствие каналообразования и поршневого движения. Это особенно важно для случая крупных частиц одинакового размера, когда вообще очень трудно привести слой в псевдоожиженное состояние. Этот нежелательный режим может быть устранен, если в слое рас­положить турбулизирующие вставки или использовать конические аппараты.

Следует отметить, что псевдоожиженные слои с энергичным барботажем пузырей могут работать при скоростях газа, значи­тельно превосходящих скорость витания практически всех частиц в слое, при этом унос может быть незначительным. Это возможно потому, что основная часть газа проходит через слой в виде круп­ных, практически не содержащих твердые частицы, газовых пузы­рей, в то время как слой твердых частиц аэрируется газом, имеющим относительно низкую скорость. Более того, при наличии циклонных уловителей для возврата вынесенных твердых частиц, можно до­пустить еще большие скорости газа.

В производственных аппаратах кипящего слоя вследствие полидисперсности частиц, различной формы, плотности и шероховатости их, а также вследствие неравномерного распределения газа по сечению аппарата и возмущающего действия пузырей газа, проходящих через слой, унос начинается при скоростях газа ниже скорости витания.

В ряде практических случаев представляет интерес оценить каче­ственное влияние некоторых важных факторов на унос; такая оценка приведена в таблице 8.4.

Можно выделить два вида уноса: 1) кинетический, обуслов­ленный выносом из слоя мелочи, т. е. частиц, скорость уноса которых меньше скорости газа; 2) динамический, или инерционный, обусловленный кинетической энергией частиц, вылетающих с по­верхности слоя. Выброс частиц с поверхности слоя объясняется разрушением на поверхности газовых пузырей; при разрушении пузыря его шлейф, состоящий из частиц материала, по инерции летит вверх.

Таблица 8.4 – Оценка качественного влияния некоторых факторов на унос

Фактор	Изменение степени уноса
Скорость газа	Резко возрастает с увеличением скорости газа
Распределение газа по сечению аппарата	Уменьшается с улучшением распределения
Высота слоя	Уменьшается с увеличением высоты слоя
Высота сепарационной зоны	Уменьшается с увеличением высоты сепарацион­ной зоны; при достижении высотой сепарацион­ной зоны определенной критической величины степень уноса от этой высоты практически пере­стает зависеть
Диаметр мелких частиц	Возрастает при уменьшении диаметра мелких частиц
Плотность частиц мелкой фракции	Уменьшается при увеличении плотности
Форма мелких частиц	Увеличивается при удалении формы частиц от сферической
Вязкость газа	Возрастает с увеличением вязкости

Снижению уноса способствуют различные устройства, умень­шающие образование пузырей: перегородки, различного вида на­садки, мешалки.

При увеличении высоты надслоевого пространства L (относи­тельно поверхности КС) интенсивность уноса заметно падает до определенной критической величины; дальнейшее увеличение L унос почти не снижает.