Зона IV – очистки фильтровальной перегородки. Здесь ткань продувается сжатым воздухом или водяным паром. После этого весь цикл операций повторяется. Барабан достигает в длину 5 м и в диаметре 3 м. В качестве фильтровальной ткани часто используют сукно или плотное полотно «бельтинг».
Ленточный вакуум – фильтр представляет собой работающий под вакуумом аппарат непрерывного действия (рис. 2.20). Перфорированная резиновая лента 2 перемещается по замкнутому пути с помощью барабанов 3 и 8. Фильтровальная ткань 5 прижимается к ленте при натяжении роликами 6.Суспензия поступает на фильтровальную ткань из лотка 4. Фильтрат под вакуумом отсасывается в камеры 1, находящиеся под лентой, и отводится из аппарата. Промывная жидкость из форсунок 9 подается на слой осадка, отсасывается в другие вакуум–камеры и выводится из аппарата. Осадок отделяется от ткани за счет резкого перегиба на валике 7 и сбрасывается в бункер. На обратном пути между роликами 6 фильтровальная ткань регенерируется: очищается с помощью механических щеток, пропаривается или промывается жидкостью. Ширина ленты в промышленных фильтрах достигает 3 м, длина – 9 м. Скорость перемещения ленты зависит от свойств осадка.
Рис. 2.20. Схема ленточного вакуум-фильтра непрерывного действия: 1 - вакуум-камеры; 2 - перфорированная лента; 3 - натяжной барабан; 4 - лоток для подачи суспензии; 5 - фильтровальная ткань; 6 - натяжные ролики; 7 - валик для перегиба ленты; 8 - приводной барабан; 9 - форсунки для подачи промывной жидкости |
2.4 Очистка газа от пыли
Целью фильтрования газов является очистка их от пыли пропусканием через волокнистый фильтр или другой пористый материал. Существуют сухие и мокрые способы очистки газа и воздуха от пыли. Среди аппаратов сухой очистки в промышленности широкое распространение получили рукавные фильтры (рис. 2.21).
Фильтр представляет собой корпус прямоугольного сечения, в котором находятся тканевые мешки (рукава) 1, выполненные из лавсана или хлопка. Нижние открытые концы рукавов закреплены на патрубках трубной решетки 2, верхние закрытые концы рукавов подвешены на общей раме. Запыленный газ вводится в аппарат через штуцер и попадает внутрь рукавов. Пыль осаждается на внутренней поверхности и в порах ткани. Очищенный газ удаляется через верхний штуцер. С помощью специального устройства 5 рукава периодически встряхиваются.
Рис. 2.21. Принципиальная схема рукавного фильтра: 1 – рукава с кольцами жесткости; 2 – трубная решетка; 3 – разгрузочный бункер; 4 – шнек; 5 – устройства для встряхивания рукавов |
Пыль падает в разгрузочный бункер 3 и удаляется из аппарата шнеком 4. Кроме того, рукава продувают сжатым воздухом в направлении, обратном направлению движения очищаемого газа. Рукава снабжены кольцами жесткости, чтобы избежать их сплющивания при продувке. Основным достоинством рукавных фильтров является высокая степень очистки газов от тонкодисперсной пыли (частицы размером 1 мкм улавливаются на%). Как показывает практика, рукавные фильтры не очень надежны в работе, так как возможны разрывы ткани и нарушение уплотнений, которые трудно обнаружить и устранить при большом количестве рукавов в аппарате.
Для очистки газов, имеющих высокую температуру, применяют фильтры с фильтровальными перегородками на основе металлов, керамики и других термостойких материалов.
Мокрая очистка газов
Для разделения тонкодисперсной пыли используют мокрую очистку. Часто ей предшествует предварительное разделение газа в жалюзийных пылеуловителях или циклонах.
Мокрая очистка применима лишь при условии организации кругооборота воды (во избежание загрязнения окружающей среды). Простейшими аппаратами для мокрой очистки являются скрубберы – колонные аппараты с насадкой (рис. 2.22). Снизу поступает запыленный газ, сверху насадка орошается водой. Очищенный газ удаляется из аппарата. Скорость газа 60 – 150 м/с. Вода поступает под давлением 0.03 – 0.1 МПа. При слипании твердых частиц с жидкостью, скорость их снижается и суспензия выводится из скруббера. Для увеличения поверхности массообмена и эффективности очистки, колонну заполняют насадкой (∆р колонны с насадкой 300 – 800 Па, расход жидкости м
на 1000 м
газа). Степень очистки при начальной запыленности 5 - 6 г/м составляет%.
Для очистки сильно запыленных газов применяют барботажные (пенные) пылеуловители непрерывного действия (рис. 2.23). Внутри аппарата находится перфорированная тарелка 1. Вода или другая жидкость поступает на тарелку, а загрязнённый газ подаётся снизу. Проходя через отверстие тарелки, газ барботирует сквозь жидкость и превращает её в слой пены, что обеспечивает большую поверхность контакта фаз между жидкостью и газом, а, следовательно, и высокую степень очистки газа от пыли. В слое пены твердые частицы пыли поглощаются жидкостью, часть которой удаляется из аппарата через переточный порог 3, а другая часть сливается через отверстия в тарелке, промывая их и захватывая в пространстве под тарелкой крупные частицы пыли. Жидкость,
в виде суспензии выводится из нижней части аппарата. Если газ сильно запылен и требуется высокая степень очистки, используют аппараты с несколькими тарелками.
Для очистки газов от пылей с преимущественным содержанием мелких частиц применяется скруббер 
Вентури (рис. 2.24). Запыленный газ вводится через конфузор в трубу Вентури 1. Туда же через отверстия в стенке конфузора впрыскивается вода. В горловине трубы скорость газа достигает порядка 100 м/с. Вода распыляется на мелкие капли. Высокая степень турбулентности газа способствует коагуляции пылинок с каплями жидкости. Относительно крупные капли жидкости вместе с поглощенными частицами проходят через диффузор трубы Вентури, где их скорость падает до 20 – 25 м/с, и поступают в циклонный сепаратор 3.
В сепараторе капли жидкости под действием центробежной силы отделяются от газа и в виде суспензии удаляются из аппарата. На рис. 2.24 показан один из примеров экономии воды при мокрой очистке газов. Суспензия направляется в отстойник 4 на разделение. Шлам выводится из отстойника, а осветленная вода поступает в промежуточную емкость 5, куда добавляется свежая вода. Далее вода насосом 6 вновь направляется в трубу Вентури. В скрубберах этого типа улавливаются на 95 – 99 % твердые частицы размером 1 – 2 мкм и капельки тумана диаметром 0,2 – 1 мкм.
Процесс мокрой очистки интенсифицируется за счёт его проведения в поле центробежных сил. В центробежный скруббер (рис. 2.25) запыленный газ поступает со скоростью 20 м/с через тангенциально расположенный входной патрубок прямоугольного сечения и приобретает вращательное движение. Внутренняя поверхность корпуса орошается из сопел (сопла на рис. 1.23 не указаны), к которым подводится жидкость из трубы 2.
Струя жидкости, выходящая из сопла, направляется в сторону вращения газа и стекает тонкой плёнкой по поверхности корпуса. Взвешенные в поднимающемся по винтовой линии потоке газа твердые частицы пыли, под действием центробежной силы отбрасываются к стенкам аппарата, смачиваются пленкой жидкости и улавливаются ею. Жидкость с поглощённой пылью (суспензия) выводится из аппарата через днище 3. очищенный газ удаляется через верхний патрубок. Расход жидкости в центробежных скрубберах 0.1 – 0.2 м
на 1000 мочищаемого газа. Гидравлическое сопротивление ∆р при скорости газа на входе 20 м/с составляет Па. КПД% (размер пыли от 2 - 5 домм). Степень улавливания пыли в центробежном скруббере больше, чем в насадочном: частицы размером 2 - 5 мкм улавливаются на 90%, а размероммкм – более, чем на 95%.
При выборе аппарата для очистки газа от пыли учитывают концентрацию пыли, распределение по размерам дисперсных частиц, необходимую степень очистки, температуру газа, агрессивность среды, ценность взвешенных в газе частиц и т. д.
3. Перемешивание жидких сред
Перемешивание жидких сред, пастообразных и твердых сыпучих материалов – один из процессов химической технологии.
Перемешивание жидких сред применяют для получения эмульсий, суспензий, различных гомогенных растворов, а также для интенсификации процессов тепло - и массообмена.
3.1. Способы перемешивания
Существуют следующие способы перемешивания:
1. пневматический (барботажный) - путем барботажа через жидкость сжатого воздуха или инертного газа;
2. механический - при помощи мешалок различных конструкций;
3. циркуляционный - путём многократного перекачивания жидкости насосом через аппарат.
Наиболее распространено механическое перемешивание.
В промышленности чаще всего применяют лопастные, винтовые (пропеллерные), турбинные мешалки (рис. 3.3). При выборе способа перемешивания учитывают назначение процесса, температуру, давление, свойства перемешиваемой среды, производительность аппарата и всей технологической линии.
3.2. Барботажное перемешивание
Осуществляется в цилиндрических или прямоугольных аппаратах, на дне которых помещены барботеры, состоящие из труб с мелкими отверстиями. В барботер подается сжатый воздух, пар или инертный газ. Пар или газ, выходя пузырьками из отверстий барботера, пробулькивает через жидкость, производя перемешивание (рис. 3.1).
Рис. 3.1. Барботажный смеситель
Барботеры выполняются виде змеевиков, спиралей, колец с наваренными по хордам трубками (рис 3.2)
Рис. 3.2. Формы газоразделителей для барботажных
смесителей
3.3 Механическое перемешивание
Наибольшее распространение получили вращающиеся механические мешалки различных конструкций.
Механические мешалки делятся на следующие группы:
1. лопастные и их конструктивные варианты (рамные, якорные);
2. пропеллерные или винтовые;
3. турбинные
Первая группа - мешалки с плоскими перемешивающими устройствами (прямая лопасть с числом 2,3,4). Они производят круговое перемешивание. Для добавочного вертикального перемешивания устанавливают лопасти с наклоном к горизонтали под углом, чаще 45 и 60°. Диаметр лопастей d принимают равным (D - диаметра корпуса смесителя и числом оборотов – из расчета окружной скорости от 3 - 4 м/с.
Рамные и якорные мешалки (рис. 3.3 г, д) обуславливают большую турбулентность у стенок аппарата и препятствуют отложению осадка на днище и стенках аппарата.
Пропеллерные или винтовые мешалки (рис. 3.4 а) применяются для получения эмульсий или суспензий с небольшим содержанием твердой фазы (до 10%).
Турбинные (рис. 3.4 г, д) бывают открытого и закрытого типа. Первые состоят из цилиндрической втулки с кольцевым диском, на окружности которого равномерно расположены шесть плоских лопастей. Турбинные мешалки второго типа снабжены плоскими лопастями конической формы, закрытые с обеих сторон коническими дисками.
По скорости вращения мешалки делятся на тихоходные и быстроходные. Тихоходные мешалки используют для перемешивания жидкостей невысокой вязкости в гладкостенных аппаратах (окружная скорость концов лопасти ≈ 1 м/с). К ним относятся: якорные и рамные (рис. 3.3).
Быстроходные мешалки (окружная скорость порядка 10 м/с) – пропеллерные, турбинные и лопастные (рис. 3.4).
Рис. 3.3. Мешалки для перемешивания высоковязких сред (а - в) и сред средней вязкости (г, д):
а – ленточная; б – скребковая; в – шнековая с направляющей трубой; г – якорная; д – рамная
Рис. 3.4. Быстроходные мешалки:
а – пропеллерная; б – двухлопастная; в – трехлопастная; г – турбинная открытая; д – турбинная закрытая; е – фрезерная
Обычно аппарат для перемешивания (рис. 3.5) представляет собой вертикальный сосуд с мешалкой, ось вращения которой совпадает с осью аппарата. Основными узлами такого аппарата являются корпус, привод и вал с мешалкой. Для подвода и отвода теплоты корпус аппарата снабжают рубашкой. Приводом обычно служит электродвигатель, соединённый с валом мешалки прямой или понижающей передачей. Для уменьшения частоты вращения вала мешалки по сравнению с валом электродвигателя применяют редуктор.
Основными характеристиками процесса перемешивания являются: 1) эффективность перемешивающего устройства (затраты энергии на перемешивание); 2) интенсивность перемешивания.
Интенсивностью перемешивания оценивают производительность установки.
Эффективность перемешивания характеризует качество проведения процесса.
|
Расход энергии (мощности) на перемешивание
На рис. 3.6 изображён сосуд с жидкостью, в котором установлена мешалка.
Рис. 3.6. К определению расхода энергии на перемешивание
Для описания процесса перемешивания применяют модифицированные критерии Рейнольдса ReМ и Эйлера ЕuМ, которые получают преобразованием обычных критериев Рейнольдса Re и Эйлера Еu. При вращении лопасти мешалки энергия затрачивается на преодоление трения, а также на образование и срыв вихрей. Вынужденное движение жидкости может быть описано известным из гидродинамики (см. стр.) критериальным уравнением Еu=f(Re, Г). Определить скорость движения жидкости при перемешивании очень трудно, но можно всегда определить скорость движения мешалки, которая пропорциональна скорости движения жидкости. В обычный критерий 
подставляют окружную скорость лопастей мешалки, которая равна:
| (3.1) |
,где 
– число оборотов мешалки в единицу времени;
dм – диаметр мешалки.
Тогда имеем 
. (3.2)
Мощность, потребляемая мешалкой, определяется как рабочая (теоретическая) мощность насоса:
; (3.3)
где V - объёмный расход жидкости; 
- давление создаваемое мешалкой.
Расход жидкости, создаваемый мешалкой, можно представить, как заключенный в сосуде объем жидкости, умноженный на кратность циркуляции m (m показывает, сколько раз один и тот же объем жидкости проходит в единицу времени через одно и то же сечение).
, (3.4)
где 
- высота уровня жидкости в аппарате.
Размеры аппарата для перемешивания берутся в строгом соотношении с диаметром мешалки. Тогда диаметр аппарата 
; 
; с1 и с2- постоянные величины для данного аппарата.
Кратность перемешивания m зависит от числа оборотов мешалки 
и можно считать, что 
, тогда 
.
Подставив полученное значение 
в обычный критерий Эйлера (
), получим модифицированный 
. (3.5)
В окончательном виде (все постоянные величины опускаются при получении критериев подобия) имеем:
(3.6)
Модифицированный критерий Эйлера (
), выраженный в таком виде, называют критерием мощности (К
). Для расчета мощности, потребляемой мешалкой, применяют уравнение вида: 
. Значения коэффициентов с и а зависят от типа мешалки, конструкции аппарата и режима перемешивания. В справочной литературе [1] приводятся графические зависимости 
для стандартных мешалок.
Для расчета мощности, потребляемой мешалкой, используют следующий порядок:
1. С учётом назначения процесса перемешивания выбирают тип мешалки, учитывая, что её диаметр должен быть равен (0,3-0,5) диаметра аппарата:
.
2. Определяют режим перемешивания по уравнению 3.2.
.
По рис. VII [1] находят значение критерия мощности К
.
3. Из уравнения 3.6 рассчитывают рабочую мощность, потребляемую мешалкой, при установившемся режиме:
.
4. Мощность мешалки в пусковой момент в 2 – 3 раза выше рабочей
.
5. Зная КПД передачи и запас мощности (20%) находят установочную мощность
;
где 
=(0,8 - 0,95) - к. п.д. передачи.
Критическое значение модифицированного критерия Re
при котором наблюдается переход от ламинарного режима движения жидкости к переходному или турбулентному режиму, зависит от конструкции мешалки. В среднем, для быстроходных мешалок принимают Reм. кр≈50.
При ламинарном движении (Re<10) в аппарате с мешалкой возникает слаборазвитое трехмерное течение со свободной циркуляцией. Центральные цилиндрические вихри отсутствуют, т. к. их диаметры меньше диаметра вала мешалки. В аппарате существуют лишь периферийная и переходная области течения. При 10<Reм<10 проявляется вынужденная циркуляция, и к периферийной и переходной областям течения добавляется область центральных цилиндрических вихрей. При работе механических мешалок на поверхности жидкости возникает воронка, глубина которой растёт с увеличением скорости вращения мешалки. Воронка снижает эффективность и устойчивость работы мешалки. Для предотвращения образования воронки, у стенок аппаратов с быстроходными мешалками, устанавливают радиальные отражательные перегородки, оптимальное число которых равно четырем, а их ширина составляет примерно 10 % от диаметра аппарата. Отражательные перегородки несколько повышают интенсивность перемешивания, но и увеличивают расход энергии в 1,3-1,5 раза.
4. Псевдоожижение
В химической технологии широко применяются аппараты (процессы фильтрования, адсорбции, абсорбции, сушки), реакторы с катализатором, в которых поток (жидкость или газ) движется через слой сыпучего материала разнообразной формы (гранулы, таблетки, шарики, кольца и т. п.). Можно считать, что поток движется по каналам неправильной формы, образованными пустотами в слое материала. Объём пустот (каналов) в слое зернистого материала обычно не велик (около%), поэтому при необходимости его увеличения вместо мелких зёрен используют более крупные тела различной формы, называемые насадками (например, керамические или стальные кольца Рашига, у которых диаметр колец равен их высоте).
Движение потока через неподвижные зернистые слои
При расчёте гидравлического сопротивления зернистого слоя используется зависимость, аналогичная уравнению (1.26):
| (4.1) |
.Однако коэффициент 
отражает влияние не только сопротивления трения, но и дополнительных местных сопротивлений, возникающих при движении жидкости по искривленным каналам и при обтекании ею отдельных элементов слоя, т. е. является общим коэффициентом сопротивления.
Эквивалентный диаметр 
каналов зернистого слоя или насадки выражают через основные характеристики зернистого материала – удельную поверхность и свободный объём.
Под удельной поверхностью а (м2/м3) понимают поверхность частиц зернистого материала или насадки, находящихся в единице объёма, занятого этим материалом. Для многих процессов важно иметь большую поверхность зернистого материала или насадки (реакторы с катализатором, абсорбция).
Долей свободного объёма или порозностью (м3/м3) называется отношение объёма свободного (пустого) пространства между частицами к объёму занятому зернистым материалом:
,
где 
- общий объём, занимаемый зернистым слоем; 
- объём, занимаемый частицами, образующими слой, т. е. объём плотного (монолитного) материала; 
- свободный объём слоя.
Величина является безразмерной и выражается в долях или процентах. Чем порозность больше, тем легче пройти потоку через слой, а, следовательно, меньше гидравлическое сопротивление слоя. Значения а и для различного вида насадок приводятся в литературе [1].
Эквивалентный диаметр каналов зернистого слоя в общем виде можно записать по аналогии с выражением (1.30):
,
где F и П - соответственно суммарная площадь и смоченный периметр каналов, образованных зернистым материалом или насадкой.
Чтобы найти F , нужно разделить свободный объём слоя на длину каналов l. Однако длина искривлённых каналов неодинакова и должна быть усреднена, т. е. 
, где 
- коэффициент кривизны каналов, - высота зернистого слоя.
Тогда 
,
где 
- площадь поперечного сечения аппарата, заполненного зернистым слоем на высоту .
Смоченный периметр П каналов зернистого слоя вычисляется делением общей поверхности частиц, равной боковой поверхности образуемых ими каналов, на их среднюю длину l:
.
Тогда эквивалентный диаметр каналов зернистого слоя будет равен:
| (4.2) |
.В уравнение (4.1) входит действительная скорость жидкости 
в каналах зернистого слоя, которую трудно найти. Поэтому её выражают через так называемую фиктивную скорость 
, которая имела бы место, если бы в аппарате отсутствовал зернистый слой: 
. легко определяется из уравнения расхода 
.
При расчёте пренебрегают кривизной каналов, т. е. 
(длина каналов равна высоте слоя).
Запишем уравнение (4.1) с учётом приведённых выше зависимостей:
| (4.3) |
.Коэффициент сопротивления зависит от режима движения потока через зернистый материал или насадку, т. е. 
.
Модифицированный критерий Рейнольдса будет выглядеть так:
. (4.4)
Для всех режимов применимо (найденное опытным путём) обобщённое уравнение:
| (4.5) |
,в котором при малых значениях 
вторым слагаемым пренебрегают. При больших значениях пренебрегают первым слагаемым и 
.
При движении жидкости через слой зернистого материала или насадки ламинарный режим существует при 
. При 
наступает турбулентный режим. При этом не зависит от и становится постоянным: .
Гидродинамика кипящих (псевдоожиженных) зернистых слоёв
Проведение процессов в кипящем (псевдоожиженном) слое основывается на взвешивании мелкоизмельчённого твёрдого материала в потоке газа (реже – жидкости), поднимающегося вверх. Взвешенный слой характеризуется тем, что твёрдые частицы не лежат на опоре, а подвешены и перемещаются в потоке газа. Благодаря интенсивному перемешиванию частиц можно получить одинаковую температуру во всём слое, что особенно важно, когда твёрдые частицы играют роль катализатора. Псевдоожижению подвергаются частицы значительно меньших размеров, чем частицы материалов, находящихся в неподвижном слое. Гидравлическое сопротивление кипящего слоя при этом относительно невелико, а уменьшение размеров частиц приводит к увеличению поверхности их контакта с потоком, в результате возрастает скорость протекания многих процессов (обжига, теплообмена, сушки зернистых и порошкообразных материалов, адсорбции и т. д.).
Покажем на рисунке 4.1 три возможных состояния слоя твёрдых частиц в зависимости от скорости газа:
Рис. 4.1. Движение газа в слое твёрдых частиц:
а – неподвижный слой; б – кипящий (псевдоожиженный) слой; в – унос твёрдых частиц газом.
При небольшой скорости газа слой твёрдых частиц неподвижен (состояние а), идёт процесс фильтрации через каналы зернистого слоя и порозность слоя 
неизменна. Однако, когда скорость достигнет некоторой критической величины, слой перестаёт быть неподвижным, его порозность и высота начинают увеличиваться, слой приобретает текучесть и переходит как бы в кипящее (псевдоожиженное) состояние (б). В таком слое твёрдые частицы интенсивно перемещаются в потоке в различных направлениях (хаотично), и весь слой напоминает кипящую жидкость. При дальнейшем увеличении скорости потока, порозность слоя и его высота продолжают увеличиваться вплоть до достижения второй критической скорости, при которой слой разрушается и твёрдые частицы начинают уноситься потоком (состояние в).
Явление массового уноса твёрдых частиц потоком газа называется пневмотранспортом и используется в промышленности для перемещения сыпучих материалов.
Графическая зависимость гидравлического сопротивления 
зернистого слоя от фиктивной скорости газа (скорости, отнесённой ко всему сечению аппарата в отсутствие зернистого слоя) имеет вид:
Рис. 4.2. Зависимость сопротивления слоя твёрдых частиц от
фиктивной скорости газа.
Из рисунка 4.2 видно, что участок АВ характеризует неподвижный слой, здесь 
увеличивается, а порозность и высота слоя практически неизменны. Скорость, при которой нарушается неподвижность слоя и он начинает переходить во взвешенное (псевдоожиженное) состояние, называется скоростью начала псевдоожижения и обозначается 
. Участок ВС соответствует кипящему слою и характеризуется постоянным, не зависящим от скорости, сопротивлением. Это объясняется тем, что с увеличением скорости потока слой становится более рыхлым, порозность увеличивается и, следовательно, увеличивается пространство для прохода газа.
Скорость, при которой слой разрушается и начинается массовый унос частиц потоком, называется скоростью уноса 
. На участке СD, соответствующему уносу частиц потоком, сопротивление снова возрастает с увеличением скорости. Отношение рабочей скорости , значение которой должно находиться в пределах между и , к скорости начала псевдоожижения называется числом псевдоожижения 
. 
характеризует интенсивность перемешивания частиц и состояние псевдоожиженного слоя. Опытным путём установлено, что наиболее интенсивное перемешивание соответствует 
.
Расчёт аппаратов с кипящим (псевдоожиженным) слоем
Расчёт сводится к определению гидравлического сопротивления слоя и критических скоростей ( и ). Начало псевдоожижения (т. В, рис. ) наступает при равенстве силы гидравлического сопротивления слоя весу всех его частиц. Обозначим через 
, 
, 
- объём, высоту и порозность неподвижного слоя. 
, , - объём, высоту и порозность кипящего слоя.
Объём, занимаемый кипящим слоем, равен 
, где - площадь поперечного сечения аппарата, м2. Если порозность (свободный объём) слоя равна , то объём твёрдых частиц в слое будет 
, а вес частиц с учётом подъёмной (Архимедовой) силы среды составит
,
где 
и 
- плотность твёрдых частиц и среды, кг/м3; 
- ускорение силы тяжести, м/с2.
Гидравлическое сопротивление кипящего слоя будет равно весу твёрдых частиц в слое, отнесённому к площади сечения аппарата:
| (4.6) |
, Па.Поскольку объём твёрдых частиц 
постоянен в обоих состояниях слоя, то 
.
Тогда степень расширения слоя 
.
В аппарате постоянного поперечного сечения
,
откуда можно найти, зная и , высоту кипящего слоя:
, (4.7)
необходимую при расчёте высоты аппаратов с кипящим слоем.
Скорость начала псевдоожижения можно найти, приравняв сопротивление зернистого слоя по уравнению (4.3) к сопротивлению псевдоожиженного слоя по уравнению (4.6).
Практическое решение задачи по определению связано с определёнными трудностями, обусловленными тем, что размеры частиц в слое, как правило, отличаются друг от друга (полидисперсный слой).
Кроме того, форма частиц отличается от шарообразной, для которой установлены надёжные зависимости. В связи с этим в расчёты вводится такой параметр, как фактор формы 
. Однако основная трудность связана с определением коэффициента сопротивления , который учитывает не только трение потока о поверхность частиц, но и кривизну каналов. Поэтому, при расчёте пользуются обобщёнными эмпирическими зависимостями. Обычно в момент начала образования кипящего слоя порозность приближённо равна своему минимальному значению при свободной засыпке слоя для шарообразных частиц (
) в пределах 0,35 – 0,5.
Для частиц округлой формы, близкой к шарообразной (
), а среднее значение 
. Критическое значение критерия Рейнольдса, при котором начинается псевдоожижение, находится по уравнению:
| (4.8) |
.В критерий Архимеда 
входят все известные величины. Тогда, определив по уравнению (4.8) 
, находят 
. Зная 
, можно найти рабочую скорость потока 
, если известно число псевдоожижения 
: 
, а по ней определить диаметр аппарата из уравнения расхода и гидравлическое сопротивление зернистого слоя.
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 присутствия соседних частиц; 2) частицы не осаждаются и не уносятся потоком, а свободно витают. Незначительное превышение скорости газа над скоростью витания приводит к уносу частицы.
Для приближённого расчёта применяется эмпирическая формула, которая получена для предельного расширения слоя ():
| (4.9) |
.Определив по уравнению (4.9) 
, находят 
.
На работу аппаратов с кипящим слоем существенно влияет конструкция опорно-распределительной решётки, назначение которой состоит не только в удержании зернистого слоя, но и в равномерном распределении потока (жидкости или газа) по сечению аппарата.
ЛИТЕРАТУРА
1. , , Носков и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – Изд. 13-е. – М.: “Альянс”, 2006.
2. Касаткин процессы и аппараты химической технологии. – Изд. 9-е. – М.: Химия, 1973.
3. , , и др. Процессы и аппараты химической промышленности – Л.: Химия, 1989.
4. Дытнерский и аппараты химической технологии. – Изд. 3-е. В 2-х кн. – М.: Химия, 2002.
5. Гельперин процессы и аппараты химической технологии. В 2-х кн. – М.: Химия, 1981.
Содержание
Стр.
Введение. Предмет и задачи курса ПАХТ.................................................. 3
Классификация основных процессов химической технологии............... 4
ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ...................... 4
1. Основы прикладной гидравлики................................................. 5
Единицы измерения основных физических величин..................................... 5
Основные физические свойства жидкостей и газов........................................ 7
1.1. Гидростатика. Гидростатическое давление...................................... 13
Дифференциальное уравнение равновесия Эйлера..................................... 13
Основное уравнение гидростатики............................................................... 15
Уравнение Паскаля........................................................................................ 16
1.2. Гидродинамика.................................................................................. 17
Дифференциальное уравнение движения Эйлера для жидкости................ 17
Уравнение Бернулли..................................................................................... 18
Практическое приложение уравнения Бернулли......................................... 22
Режимы движения жидкости......................................................................... 23
Уравнение расхода........................................................................................ 24
Уравнение неразрывности потока................................................................ 25
Дифференциальные уравнения движения реальной жидкости
(уравнения Навье Стокса).......................................................................... 25
Теория подобия. Критерии гидродинамического подобия........................ 26
2. Разделение жидких и газовых неоднородных систем............... 31
2.1. Классификация неоднородных систем.............................................. 31
2.2. Осаждение......................................................................................... 33
Гравитационное осаждение........................................................................... 33
Аппараты для разделения неоднородных систем под действием
силы тяжести................................................................................................. 37
Аппараты для разделения неоднородных систем под действием
центробежной силы...................................................................................... 39
Осаждение под действие сил электрического поля...................................... 43
2.3. Фильтрование..................................................................................... 44
Основные конструкции фильтров................................................................. 46
2.4. Очистка газов от пыли....................................................................... 51
Мокрая очистка газов................................................................................... 53
3. Перемешивание жидких сред....................................................... 56
3.1. Способы перемешивания................................................................... 56
3.2. Барботажное перемешивание............................................................ 56
3.3. Механическое перемешивание.......................................................... 57
Расход энергии (мощности на перемешивание) .......................................... 60
4. Псевдоожижение............................................................................ 63
Движение потока через неподвижные зернистые слои................................ 63
Гидродинамика кипящих зернистых слоев.................................................. 66
Расчет аппарата с кипящим слоем................................................................ 68
Литература................................................................................................... 72
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
