Общая характеристика псевдоожиженного слоя.

Псевдоожижение – перевод неподвижного зернистого слоя в состояние хаотичного движения частиц восходящим потоком псевдоожижающего анента (газа или жидкости).

В зависимости от расхода псевдоожижающего агента возможны 3 состояния (режимы) зернистого слоя: а) неподвижный слой R<G; б) кипящий слой R=G; в) унос частиц потоком R>G.

 При небольшом расходе газа (жидкости) тв. частицы неподвижны, высота слоя его неизменны. Это режим фильтрации, в этом режиме сопротивление слоя ∆р растёт линейно с увеличением скорости газа ω_г. При этом сила гидродинамического воздействия псевдоожижающего агента на зернистый слой меньше силы тяжести слоя, т.е. R<G.  

Зависимость высоты слоя H и гидравлического сопротивления слоя ∆р от скорости потока:

При некотором значении скорости ω ниже критической ω_кр.1 (1я критическая       скорость, или скорость начала псевдоожижения) твердые частицы начинают хаотично двигаться. Высота слоя Н и его порозность Σ увеличивается, а гидравлическое сопротивление остается постоянным. При этом сила F становится = силе гравитации, т.е. R=G. Это режим псевдоожижения или «кипения» (АВ). При некотором значении течения газа ω_кр.2 (2я критическая скорость, или скорость начала уноса) тв. частицы начинают уноситься из слоя, при этом вес слоя падает (R>G). Это режим пневмо- или гидротранспорта – не рабочий режим. Пик, высотой ∆π соответствует дополнительной затрате энергии на преодоление сил сцепления между тв.частицами в момент начала псевдоожижения.

Линия ОА^′ (прямая при ламинарном течении)соответствует движению жидкости (газа) через неподвижный слой: ∆р пропорционально скорости, H постоянна. ∆π объясняется затратами энергии на преодоление сил сцепления между частицами, а также на их трение. После перехода слоя в псевдоожиженное состояние сопротивление его мгновенно падает до постоянного значения, что соответствует т.А и ω_кр.1 . Горизонтальная линия АВ соответствует псевдоожиженному состоянию. При скорости (т. В) начинается унос частиц, вес слоя падает и ∆р уменьшается. При увеличении ω от ω_кр.1 до ω_кр.2 высота слоя растет.

При обратном понижении скорости от ω_кр.2 до ω=0 получается штрих-пунктирная линия (явление гистерезиса), что объясняется более рыхлой упаковкой слоя при понижении ω. При этом высота слоя H и порозность Σ выше первоначальной (линия АО^′ на левом рисунке), а ∆р менбше первоначального значения.

В системе Ж–ТВ псевдоожижение однородное, т.е. жидкость проходит через каналы в слое сплошным потоком. В системе Г-ТВ псевдоожижение не однофазное, т.к. часть газа проходит через слой в виде пузырьков, при этом возможно образование газовых пробок и каналов. Режим с образованием пробок называется поршневым. Предельный случай каналообразования – режим фантанирования (образуется 1 большой центральный газовый канал).

Опытами установлено, что интенсивное перемешивание достигается уже при W=2. ( число псевдоожижения = w2/w1)

В промышленности чаще всего используют псевдоожижение в системе газ-твердая фаза. В этой системе псевдоожижение является неоднородным, т.к. часть газа движется в виде пузырей. Это объясняется соотношением плотностей фаз: ρ_тв/ρ_ж=2, ρ_тв/ρ_г =2000. Отсюда видно, что плотности тв.частиц и жидксти сопоставимы, поэтому в системе Ж-ТВ участок АВ слишком узкий, что понижает пропускную способноть реакторов и аппаратов. Первую критическую скорость можно определить по формуле:

          Ar – критерий архимедаб

2ю критическую скорость можно найти по формуле Тодеса: .

Плюсы КС: 1) простота и дешевизна аппаратов и реакторов; 2) устранение зон застоя и местного перегрева; 3) интенификация химич., массообменных и других процессов.

Минусы: 1) эрозия (механич разрушение тв.частиц и поверхности стенки реакторов и аппаратов); 2) загрязнение псевдоожижающего агента продуктами эрозии (пылью); 3) неодинаковое время пребывания частиц псевдоожижающего агента в реакционной зоне. КС используют для обжига тв.горных пород, гетерогенном катализе, массообмен процессах (сушка, абсорбция и др.) и т.п.

Задача