Основные характеристики псевдоожиженного слоя

Порозность неподвижного слоя твердых частиц, т. е. относительная доля объема не занятого твердой фазой

, (1)

где V и V_нас — объем, занимаемый частицами, и объём насыпного слоя, м³.

Практически порозность неподвижного насыпанного (неупорядоченного) слоя шарообразных частиц колеблется в пределах 0,38 – 0,42; в расчетах принимается среднее значение 0,40.

Для взвешенного слоя твердых частиц порозность определяется по формуле

, (2)

где V_сл — объем взвешенного слоя, м³.

Условием перехода неподвижного слоя твердых частиц во взвешенное состояние является равенство силы давления со стороны среды (проявляющейся в наличии перепада давления по высоте слоя ΔP_сл) и веса слоя, приходящегося на единицу площади его поперечного сечения.

Основной гидродинамической характеристикой взвешенного слоя (при неизменном количестве материала в нем) является постоянство ΔP_сл:

, (3)

где G_сл – вес материала в слое, Н;

S – площадь поперечного сечения, м².

Перепад давления (в Па) для потока, проходящего через взвешенный слой твердых частиц, определяется по уравнению:

, (4)

где h, h₀ – высота взвешенного и неподвижного слоев, м;

ρ, ρ_с – плотность твердых частиц и среды, кг/м³;

ε, ε₀ – порозность взвешенного и неподвижного слоев.

Скорость потока, при которой сопротивление слоя становится равным весу слоя и частицы неподвижного слоя переходят во взвешенное состояние, называется критической скоростью или скоростью псевдоожижения. Критическая скорость для слоя сферических частиц одинакового диаметра может быть приближенно определена из уравнения (при средней порозности неподвижного слоя ):

, (5)

где Re_кр – критерий Рейнольдса для начала процесса псевдоожижения;

Ar – критерий Архимеда;

. (6)

С другой стороны критическое значение критерия Рейнольдса можно определить по выражению

, (7)

где W_кр – критическая скорость потока, отнесенная к полному сечению аппарата, м/с;

d – диаметр частицы, м;

μ_с – коэффициент динамической вязкости среды, Па·с.

Для частиц неправильной формы критическую скорость потока необходимо определять с учетом фактора формы или коэффициента формы.

Скорость потока, при которой одиночная частица переходит из неподвижного во взвешенное состояние и не уносится, называется скоростью витания. Применительно к слою частиц она приближенно соответствует началу его разрушения. При этом порозность слоя становится равной единице
(ε = 1). Скорость витания может быть определена по формуле

, (8)

где Re_вит – критерий Рейнольдса, соответствующий состоянию витания одиночной частицы

. (9)

На рис. 3 представлен график зависимости критерия Лященко от критерия Архимеда и порозности слоя Ly = f(Ar, ε). График позволяет определять скорость потока W необходимую для достижения при заданной порозности взвешенного слоя ε > 0,4, состоящего из частиц известного диаметра d, или решать обратную задачу.

Рис. 3. График зависимости Ly = f(Ar) при порозности слоя e =0,4