ертханалық жұмыс № 14

Жалған сұйылу және пневмотасымалдаудағы екі фазалы ағын гидродинамикасының негіздері

Жұмыстың мақсаты: Жалған сұйылу екі фазалы ағын гидродинамикасын тәжірибе арқылы зерттеу.

14.1. Теориялық бөлім

Майда түйіршікті қатты фазалардың қатысуымен өтетін көптеген процестердің (кептіру, адсорбция, күйдіру, гетерогенді катализ және т.б.) өту сапасы қатты фазадағы температура мен концентрацияның таралцының біркелкілігіне байланысты болады. Бұл талаптар жоғарыдағы аталған процестерді жалған сұйылу қабатында орындалады. Жалған сұйылу қабатында қатты түйіршікті материалдар төменнен жоғары қарай берілген сұйық түйіршікті материалдар төменнен жоғары қарай берілген сұйық немесе газ әсерінен қарқынды араласады да, олар сұйықтың кейбір қасиеттеріне (ағымдылық, ыдысты қисатқанда қабаттың жоғарғы беті горизонталь күйінде қалуы және т.б.) ие болады. Сырт көрінісінен бұл қабат сұйықтың қайнауына ұқсайды, сондықтан оны «қайнау» қабаты деп те атайды. Газдың немесе сұйықьтың жоғарғы жылдамдығында түйіршікті қатты бөлшектер ағынымен бірге ілесіп кетеді, яғни бөлшектерді бір жерден екінші жерге тасымалдауға (пневмо- немесе гидро тасымалдау) болады және көптеген мерзімді процестерді үздіксіз өткізуге мүмкіндік туады.

Жалған сұйылу қабатының сруктурасы газ немесе сұйықтың жылдамдығына, қатты түіршікті материалдардың қасиеттеріне (тығыздық, бөлшектің размері мен пішіні және т.б.) байланысты болады. Жалған сұйылу қабаты біртекті және әртекті болады. Біртекті жалған сұйылу қатты бөлшекпен газ немесе сұйықтың тығыздықтары бір-біріне жақын және бөлшектердің пішіні мен размері бірдей болғанда кездеседі. Әртекті жалған сұйылу көбінесе газ ағынымен өткізілетін процестерде кездеседі және олардың каналды, піспекті фонтанды түрлері болады.

14.1- суретте қатты бөлшектер қабатының гидравликалық кедергісімен газ (немесе сұйық) ағының жылдамдығы арасындағы байланыс көрсетілген. Жалпы сұйылу қисық сызығы деп аталатын бұл байланыстың өзіне тән бірнеше бөліктері болады.

АВ бөлігі қабаттың қозғалмайтын жағдайын көрсетеді. Бұл кезде газ немесе сұйық ағыны түйіршікті материал қабатынан сүзіліп өтеді. Ағынның белгілі бір мәніне қабаттың гидравликалық кедергісі қатты бөлшектер салмағына тең болады. Газ (немесе сұйық) жылдамдығының одан әрі көбеюі бөлшек қабатын жоғары қарай араласуына әкеліп соғады да, қабаттың кеуектілігі (бос көлем) артады. Жылдамдықтың одан әрі көбеюінде бөлшектер бір-бірінен ажырағанша қабат кеңейеді және бөлшектер газ (сұйық) ағынында еркінше араласады. Осы сәтте қабат жалған сұйылады (В нүкте). Жалған сұйылу басталған кездегі ағынның ылдамдығын (W_ж.с.) жалған сұйылу жылдамдығы деп атайды. Жалған сұйылу режимінде (ВС бөліші) ағын жылдамдығының көбеюі қабатты кеңейтеді, ал оның гидравликалық кедергісі өзгермейді. Ағын жылдамдығының көбеюіне байланысты жалған сұйылу қабаты кеуектілігінің (ε) көбеюі арасындағы байланыс 14.2 – суретте көрсетілген.

С нүктесіне жақын жерде қабат соншалықты кеңейгендіктен, әрбір бөлшектің қозғалысы оның жанындағы бөлшектің қозғалысына байланысты болмайды. Бөлшектер ағында еркін қозғалады. Егер ағын жылдамдығы бөлшектің еркін қозғалыс жылдамдығынан (W_ұ) көптеу болса, онда бөлшектер аппараттан ағынмен бірге ілесіп (ұшып) кетеді. Бөлшектің ағынмен ілесіп кетуіне (яғни, азаюына) байланысты қабаттың гидраликалық кедергісі төмендейді.

 

Қабаттың гидравликалық кедергісі

Бір жеке бөлшек үшін жалған сұйылу шарты былай жазылады:

f=mg (14.1)

мұнда f- бөлшекке әсер ететін көтергіш күші;

m – бөлшектің массасы.

Дәл осындай жалған сұйылу шарты бардлық қабат үшін мынадай түрде жазылады:

(14.2)

мұнда: DР – қабаттың гидраликалық кедергісі;

G_қ.б. – қабаттағы бөлшектердің салмағы;

S – қабаттың көлденең қимасының ауданы.

Қабаттағы бос көлем үлесі кеуектілікпен анықталады:

 

(14.3)

 

мұнда V_қ – жалған сұйылу қабатының көлемі.

Сур. 14.2. Жалған сұйылу қабаты кеуектілігінің ағын жылдамдығына байланысы.

Қабаттағы қатты бөлшектер көлемін былай анықтауға болады:

(14.4)

мұнда: H – жалған сұйылу қабатының биіктігі.

Ағынның көтеру күщін есепке алып бөлшектердің салмағын анықтауға болады:

(14.5)

 

мұнда r_қ.б, r - қатты бөлшектің және газдың (сұйықтың) тығыздықтары;

Н₀, e₀ – қозғалмайтың қабаттың биіктігі және кеуектілігі. e₀ =0,4.

Сонымен, жалған сұйылу шартын мынадай түрде жазуға болады.

 

(14.6)

Жалған сұйылу жылдамдығы

Жалған сұйылу жылдамдығын W_ж.с. есептеу жолымен анықтау үшін көптеген авторлардың теориялық және жартылай эмпирикалық байланыстары ұсынылған. Мысалы, шар тәрізді бөлшектерден құралған монодисперсиялы қабат үшін W_ж.с. мәні О.М.Тодестің формуласымен есептеуге болады:

(14.7)

мұнда: Ar – Архимед саны,

Re – Рейнольдс саны.

;

мұнда: d – бөлшектің диаметрі,

n - ортаның (газдың немесе сұйықтың) тұтқырлығының кинематикалық коэффициенті.

Қабаттың берілген кеңебін қамтамасыз ететін газдың (сұйықтың) жылдамдығын анықтау үшін төмендегі интерполяциялық теңдеуді қолданады:

(14.8)

мұндағы жалған сұйылу қабатының кеуектілігі 0,4 < ε < 1.