ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Перенос теппа и вещества в кипящем слое из "Процессы в кипящем слое" В течение последних пятнадцати лет в химической технологии для контактирования газов с твердыми телами широко применяется так называемый кипящий слой. Он образуется, когда через слой частиц соответствующего размера проходит восходящий поток жидкости или газа со скоростью, достаточно высокой чтобы перевести частицы во взвешенное состояние и создать интенсивное турбулентное движение, напоминающее кипение жидкости. Скорость потока должна иметь промежуточнсе значение между минимальной скоростью, при которой частицы как бы теряют вес, и скоростью, при которой частицы выносятся из аппарата. Другими словами, кипящий слой относительно устойчив в интервале между неподвижным слоем, с сдной стороны, и системой частиц, транспортируемых жидкостью или газом, с другой. При соответствующих размерах частиц можно поддерживать стабильный кипящий слой с четкой границей, напоминающей поверхность кипящей жидкости, и с небольшим увлечением частиц отходящим потоком жидкости или газа. [c.9] Разделение твердых частиц различной плотности в потоке БОДЫ уже много лет применяется в горной промышленности [18]. Движение частиц в газовом потоке является более сложным, и такая система не находила сколько-нибудь значительного применения вплоть до последнего времени, пока техника кипящего слоя не получила широкого распространения в химических и нефтяных процессах. Развитие этих процессов оказалось возможным после того, как было обнаружено, что при прохождении газа через слой частиц, размеры которых изменяются в широких пределах, образуется достаточно равномерно кипящий слой. [c.9] Преимущества почти всех таких процессов следующие. [c.10] Такая особенность позволяет рассматривать кипящий слой как систему, которую можно применить для охлаждения ядер-ных реакторов, а также в качестве рабочей жидкости в газовых турбинах силовых установок. [c.10] чя техники теплопередачи может представить интерес распыление мельчайших частиц в газовом пламени с увеличением излучательной способности газа и интенсификацией передачи тепла радиацией. [c.10] Техника процессов в кипящем слое обладает рядом недостатков. [c.11] Как правило, в кипящем слое невозможно создать радиальный градиент температур или продольный градиент концентраций, которые в ряде случаев являются весьма целесообразными. Невозможно создать противоток твердых частиц и газа, хотя при достаточно большом отношении высоты к диаметру аппарата UD) условия несколько приближаются к противотоку однако создание кипящего слоя в таких аппаратах сопряжено с рядом трудностей. [c.11] Поведение слоя частиц, через который движется не жидкость,, а газ, отличается от описанного выше оно зависит от среднего размера частиц и от распределения их по размерам, от разности плотностей частиц и газа, от отношенпя высоты к диаметру слоя. [c.12] Движение в различных местах неодинаково. В средней части слоя, где скорость потока высокая, частицы поднимаются, а у стенок, где скорость минимальная, — опускаются (вблизи стенки скорость может быть направлена противоположно средней скорости потока [14]). [c.12] В обзор. титературы 1ю кипящему слою должны быть включены работы из смежных областей по осаждению частиц и по движению потока в неподвижном слое, поскольку в одном предельном случае слой можно рассматривать как совокупность отдельных частиц, а в другом — как твердую массу с каналами или порами. Эти идеализированные предельные случаи изучаются при теоретическом рассмотрении. Промежуточная область белее сложна в трактовке из-за многообразия типов движений и сложности геометрической структуры каналов. Целью настоящего обзора является обобщение исследований, которые могут быть полезны для количественной характеристики динамики слоя. [c.12] Аналогия между Соотношениями (1) и (2) послужила основой для многих попыток анализа движения в пористой среде в предположении, что слою эквивалентна группа капилляров, оси которых параллельны направлению движения. Задача сводится к определению природы и размеров капилляров, эквивалентных пористой среде, и к обоснованию такой эквивалентности. Решения этой задачи из чисто теоретических соображений до сих пор не найдено, хотя получен ряд полуэмпирических приближений. Взгляды на природу и размеры эквивалентных капилляров и на их физический смысл претерпевали значительные изменения. [c.13] Различными авторами предлагались более сложные соотношения между пористостью и проницаемостью [31, 32, 35], причем некоторые из этих предположений теоретически недопустимы [17]. [c.13] Другой путь [И] основан на предположении, что слой эквивалентен стержням, оси которых параллельны направлению движения потока. Структура, эквивалентная слою, оказывается связанной в единое целое, что является более хорошей аппроксимацией условий в неподвижном слое. [c.13] Значительный прогресс был достигнут при использовании метода Блейка [1], который первый применил анализ размерностей к движению в пористой среде и, по-видимому, первый вместо диаметра частиц использовал обратное значение величины их поверхности в единице объема слоя. Интересно отметить, что для пор одинакового сечения это понятие эквивалентно гидравлическому радиусу в его обычном определении. [c.14] Диаметр частиц неправильной формы с1р следует умножить на фактор формы у, равный отношению поверхности сферы (объем которой равен объему частицы) к поверхности частицы. Поскольку относительная поверхность сферы минимальна, этот фактор всегда меньше единицы. [c.14] Иной подход к проблеме основан на работах по изучению осаждения и свободного падения тел. Такие работы, по-видимому, являются первыми в описываемой области. Еще Ньютон рассматривал падение сферических частиц с собора святого Павла в конце девятнадцатого столетия Александр Густав Эйфель и сотрудники [10] проводили эксперименты по изучению падения различных тел с Эйфелевой башни с измерением времени падения. Наибольшее число исследований посвящено изучению движения небольших частиц с малой скоростью в вязком потоке. В этом случае в уравнениях Навье можно пренебречь инерционными членами и получить уравнения Стокса. Решение их для сферы в безграничном потоке приводит к обычному закону Стокса. [c.14] Следует отметить, что г пропорционально ийр /л д/, где п изменяется от единицы при малых числах Рейнольдса (сопротивление не зависит от плотности потока) до двух ГС 00 при очень больших числах Рейнольдса (сопротивление не зависит от вязкости). [c.15] Розин [29] обратил внимание на то, что зависимости коэффициентов трения от числа Рейнольдса при обтекании индивидуальных частиц и при движении в пористых средах аналогичны он рассматривал неподвижный слой не как систему труб, а как систему индивидуальных сферических частиц. Однако в уравнении Розина использована неправильная функция пористости. [c.15] Другие попытки сопоставления и обобщения экспериментальных данных, приведенных в работах, описанных выше, также были безуспешны. В таких условиях появились промышленные процессы в кипящем слсе и возник ряд новых проблем в гидродинамике. [c.16] Вернуться к основной статье