Гидродинамика фонтанирующих слоев

Построение моделирующего алгоритма гидродинамики фонтанирующего слоя и анализ основных закономерностей процесса [c.254]

Фонтанирование является эффективным методом контактирования твердых частиц обрабатываемого материала с газами или жидкостями, применяемым в тех случаях, когда свойства частиц материала (их размеры, например) затрудняют их псевдоожижение. Однако отсутствие надежных данных по гидродинамике фонтанирующего слоя не позволяет достигнуть длительной и устойчивой работы промышленных аппаратов этого типа [16]. В настоящем разделе делается попытка моделирования гидродинамики односекционного аппарата фонтанирующего слоя на основании теории диаграмм связи [17]. [c.254]

Рис, 1. Схема экспериментальной установки для исследования гидродинамики фонтанирующего слоя с капельной дисперсионной средой [c.49]

Анализ экспериментальных данных по гидродинамике фонтанирующего слоя, изложенных в [8, 9], показывает, что, несмотря на большое различие экспериментальных условий, уравнение (1) удовлетворительно обобщает и эти опытные данные. Обобщенные графики зависимости Еи = /(Ре, Аг, Яо/й) [c.49]

Гидродинамика фонтанирующего слоя оказывается весьма сложной для анализа. Действительно, в центральном фонтане дисперсный материал ускоряется восходящим потоком сушильного агента значительной скорости и динамическая ситуация здесь похожа на вертикальный пневмотранспорт с тем отличием, что расход сушильного агента в фонтане уменьшается за счет фильтрования некоторой его части в периферийную зону поперечное сечение самого фонтана также непостоянно и формируется самими процессами межфазного взаимодействия и взаимодействия фаз со стенками аппарата. Опускающийся плотный слой материала взаимодействует с той частью газа, которая неравномерно поступает в периферийное кольцо материала по всей высоте фонтана и величина которой также является функцией процесса. [c.334]

Взвешенным слоем называют кипящий (псевдоожиженный) и фонтанирующий слой, а также различные их модификации. В данной главе рассматриваются некоторые вопросы гидродинамики в этих слоях, имеющие наиболее важное значение для разработки, проектирования и расчета процесса сушки. Так как теоретическим и экспериментальным исследованиям гидродинамики кипящего слоя посвящено большое число монографий [1—5], а систематическое изложение этого вопроса для фонтанирующего слоя отсутствует, то здесь на основе собственных и литературных данных будут подробно рассмотрены вопросы гидродинамики фонтанирующего слоя. [c.7]

ГИДРОДИНАМИКА ФОНТАНИРУЮЩИХ СЛОЕВ [c.29]

Основой моделирования процессов сушки дисперсных материалов в фонтанирующем слое должна служить достаточно подробная информация о внутренней гидродинамике фонтанирующего слоя. Наиболее трудным моментом для анализа в гидродинамической картине процесса представляется поступление дисперсного материала в центральную зону фонтана, что существенно влияет на концентрацию материала в фонтане, на распределение статического давления по высоте фонтана, на количество фильтрующегося в периферийную зону газа и на характер распределения дисперсного материала по времени пребывания в каждой из двух зон и во всем объеме аппарата. Введением вертикальной перфорированной перегородки между фонтаном и периферийной зоной возможно исключить поступление дисперсного материала в зону фонтана по всей высоте аппарата и вынудить материал поступать из кольцевой зоны только в нижнюю часть фонтана. В аппарате с такой перегородкой можно в значительном диапазоне изменять степень циркуляции материала между зонами путем изменения величины выпускного отверстия 4 (рис. 6.20) в перегородке 3. Циркуляция частиц становится более упорядоченной, время их пребывания в аппарате и в каждой из зон — более равномерным, чем при отсутствии перегородки, когда циркуляционные контуры материала имеют случайный характер и различные радиусы [48]. Все частицы материала теперь проходят через основание фонтана, где условия тепломассообмена частиц с газом наилучшие. Кроме того, при пуске аппарата здесь оказывается не нужным запас по давлению дутьевого устройства, так как пик пускового статического давления отсутствует [49]. [c.199]

Диаграмма связи гидродинамических явлений фонтанирующего слоя с распределенной причинностью показана на рис. 3.35, моделирующий алгоритм, синтезированный но диаграмме связи, дан на рис. 3.36, а соответствующий сигнальный граф — на рис. 3.37. Аналитическая форма модели гидродинамики фонта- [c.258]

Таким образом, применение методики топологического моделирования позволило получить математическую модель гидродинамических особенностей фонтанирования, в которой оказались взаимосвязанными такие важные конструктивно-технологические параметры, как диаметр входного устья давление па входе в аппарат Р , конусность аппарата а, масса зоны ядра М , масса промежуточной зоны 71 2 с давлением в слое Р, расходом газа Q и эквивалентными скоростями перемещений масс ядра и промежуточной 1 2 зон. Численный анализ дал достаточно полную картину развития явлений гидродинамики фонтанирования во времени в широком диапазоне изменения определяющих параметров. Информация о процессе, получаемая при численном решении уравнений модели, позволяет судить не только о состоянии фонтанирующего слоя как гидродинамической системы в любой момент времени, но и дает возможность решать задачи конструирования аппаратов фонтанирования с заданными технологическими режимами. Наконец, индикация совместных колебаний Р и О позволяет легко опознавать характер режимов фонтанирования, контролировать и вмешиваться в технологический процесс с целью поддержания режимов устойчивого фонтанирования. [c.265]

Глубокое понимание существа гидродинамических явлений, происходящих в слое, является определяющим для правильного анализа результатов эксперимента в лабораторных и промышленных каталитических реакторах и создания для них удовлетворительной модели . Приведенные в данной главе материалы дают основные представления о гидродинамике в объеме, необходимом для понимания особенностей протекания каталитических процессов во взвешенном слое. Существует несколько модификаций взвешенного слоя в конических аппаратах, в поле центробежных сил, фонтанирующий слой и др. Здесь будет рассмотрен наипростейший вариант слоя — свободный взвешенный слой в цилиндрических аппаратах. [c.15]

Исследования гидродинамики и структуры фонтанирующего слоя [3], проведенные с помощью радиоактивных изотопов, позволили установить распределение твердой фазы в таких системах. Результаты этих исследований, а также экспериментальные данные, приведенные в [2], были использованы для изучения механизма процесса межфазового теплообмена в фонтанирующем слое. [c.44]

Поэтому выбор метода исследования структуры фонтанирующего слоя, не связанный с искажением гидродинамики процесса, приобретает первостепенное значение. [c.138]

В связи со сложной, неоднородной структурой фонтанирующего слоя и с недостаточной степенью изученности в нем гидродинамики движения фаз модельные представления о процессе сушки дисперсных материалов в фонтанирующем слое развиты в недостаточной степени. [c.334]

Физическое моделирование процессов сушки дисперсных материалов в фонтанирующем слое должно иметь в своей основе информацию о внутренней гидродинамике данного аппарата. Для детального анализа гидродинамической ситуации существенным представляется поступление дисперсного материала в зону фонтана, что значительным образом влияет на величину концентрации материала в фонтане, на распределение статического давления по его высоте, на количество газа, фильтрующегося в периферийный слой и на распределение материала по времени пребывания в каждой из зон и во всем объеме аппарата фонтанирующего слоя. [c.339]

С точки зрения рациональной организации процессов конвективной сушки мелкодисперсных материалов в аппаратах фонтанирующего слоя следует стремиться к тому, чтобы количество сушильного агента, поступающего в периферийный слой материала, не было малым. При этом поступающий в зону плотного слоя сушильный агент дополнительно нагревает дисперсный материал и эвакуирует пз зоны плотного слоя выделяющуюся из материала влагу. Увеличить поступление сушильного агента в плотный слой можно за счет перфорирования дна аппарата. В математической модели гидродинамики подвод сушильного агента через перфорированное дно соответствует замене граничного условия на стенке на условие первого рода, если подвод сушильного агента к фонтану и к перфорированному дну осуществляется от одного источника , Р(г, ф) = Р ,ах. При таком граничном условии решение дифференциального уравнения (5.198) также возможно в аналитической форме не только для линейной, ио и для параболической зависимости статического давления от высоты внутри фонтана- Рф(г) = [c.344]

Л с рассчитываются по величинам температур сушильного агента и относительным скоростям частиц и сушильного агента в отдельных зонах, а скорости и температуры получаются в результате совместного расчета гидродинамики двухфазного потока и процесса сушки также по отдельным зонам фонтанирующего слоя. [c.351]

Поэтому в настоящее время основное внимание исследователей должно быть обращено на изучение структуры слоя и гидродинамики различных видоизменений псевдоожиженных слоев конических и фонтанирующих слоев, при перемешивании с помощью мешалок, в поле центробежных сил, в аппаратах с теплообменниками и т. д. [c.55]

Русский перевод книги Лева в 1961 г. и вышедшая вслед за ним в 1963 г. книга Забродского [260], в которой превосходная глава по фонтанирующему слою обобщила ранние канадские исследования, но-видимому, послужили ощутимым толчком к развитию бурной деятельности в этой области в нескольких исследовательских центрах Советского Союза. Особое внимание уделяется исследованию фонтанирования в коническом аппарате, а не в цилиндрической колонке с коническим основанием. Наиболее тщательно изучается гидродинамика явления, причем основной упор делается на практическое применение специфической гидродинамической обстановки для осуществления целого ряда технологических процессов. [c.13]

В общем случае для промышленных аппаратов в качестве модели гидродинамики кипящего слоя может быть принят неоднородный фонтанирующий слой или слой с каналообразованием, у которого кроме дискретной и непрерывной фаз, есть зона с внутренней циркуляцией, которая по отношению к протекающим через слой дискретной и непрерывной фазам является застойной . Существенной особенностью фонтанирующего псевдоожиженного слоя или слоя с каналообразованием является то, что по осям струй или внутри каналов вследствие высокой абсолютной скорости псевдоожижающего агента и малой плотности твердой фазы достигается высокий обмен между потоками, протекающими в дискретной и непрерывной фазах, в связи с чем скорость химического взаимодействия в основном лимитируется процессами, протекающими в застойной зоне . [c.77]

ГИДРОДИНАМИКА ПСЕВДООЖИЖЕННОГО И ФОНТАНИРУЮЩЕГО СЛОЯ [c.514]

Гидродинамика псевдоожиженного и фонтанирующего слоя [c.516]

Формирование неравномерного поля скоростей в фонтанирующем слое происходит под воздействием кинетической энергии подводимой извне газовой струи. В свою очередь, гидродинамическая структура фонтанирующего слоя оказывает воздействие на перепад давления газа в слое, а следовательно, и на подвод энергии со стороны газовой струи, т. е. гидродинамические характеристики слоя — поле скоростей частиц обрабатываемого материала и перепад давления в слое — связаны между собой. Эта физическая взаимосвязь и отражает энергетическое единство гетерофазной системы материал — газ . Задача состоит в том, чтобы ьскрыть это единство на основании теории диаграмм связи, формируя тем самым математическое описание гидродинамики фонтанирующего слоя. [c.256]

Таким образом, использование метода диаграмм связи позволяет эффективно проводить синтез математического описания элементов САР и САУ. Математическое описание элементов САУ на основании метода диаграмм связи позволяет подойти к вопросу их оптимального проектирования. Введение новой псевдоэнергетической связи позволило построить обобщенные (свернутые) диаграммы регуляторов. Методика проиллюстрирована примером построения диаграммы связи ФХС гидродинамики фонтанирующего слоя, в состав которой входит САР расхода газа на входе в аппарат. [c.272]

Детальное исследование гидродинамики фонтанирующего слоя при использовании в качестве дисперсионной среды газа в диапазоне скоростей Шнф<йУ<аУун приведено в [8] и [9]. Прн этом наряду с обычными коническо-цилиндрическими моделями аппаратов исследовались также многотоннажные аппараты [9], характерной особенностью которых является большая площадь входного сечения при относительно небольшой высоте засыпки. [c.48]

В настоящей работе приводятся данные по изучению гидродинамики фонтанирующего слоя при использовании в качестве ожижающей среды капельной жидкости (воды). Схема экспериментальной установки приведена на рис. 1. Методика эксперимента была аналогична изложенной в [8]. Исследования проводились на плоской модели с входным сечением 15X15 мм, выходным 200X15 мм и р = 37°. В качестве дн- [c.48]

Фонтанирующий слой твердых частиц представляет собой разновидность псевдосжиженного слоя. По центральной части камеры снизу вверх потоком газа увлекаются твердые частицы, а затем по достижении определенной высоты камеры твердые частицы разбрасываются в периферийные зоны. По перис рии камеры твердые частицы движутся под действием собственной силы тяжести вниз к конусу, куда подается газ [1]. При правильно подобранных конструкциях камеры, размерах частиц и скорости газа наблюдается устойчивое фонтанирование. Гидродинамика фонтанирующего слоя твердых частиц достаточно хорошо изучена, и поэтому нами в этой работе не рассматривается. [c.65]

При небольшой высоте слоя и соответственно малой разнице в площадях сечения верхней и нижней границ слоя, гидродинамика слоя в конических аппаратах мало отличается от цилиндрических. Однако уменьшается, возможность уноса мелких частиц полидис-нерсного материала, так как они могут пульсировать в верхней расширенной части аппарата, где уменьшается истинная скорость газа. При большой высоте конуса (и соответственно слоя) гидродинамика слоя сильно отличается от обычного цилиндрического. Газ проходит лишь в центральной зоне таких реакторов, увлекая с собой снизу вверх зерна, которые выбрасываются фонтаном в расширенную часть реактора, здесь теряют скорость и затем сравнительно медленно опускаются вниз в периферийной зоне усеченного конуса. Пройдя до нижней узкой части воронки, зерна вновь попадают в центральный фонтан. Такой слой называется фонтанирующим. В аппаратах фонтанирующего слоя можно не устанавливать газораспределительную решетку, что позволяет применять их для особо высокотемпературных процессов, в которых неприменимы металлические решетки. Реакторы фонтанирующего слоя пока не нашли широкого применения для каталитических процессов, [c.13]

Для анализа внутренней гидродинамики двухфазного движения внутри аппарата принимается следующая схема разделения объема фонтанирующего слоя в режиме аэрофонтанирования. Границами зоны 1 считаются входное сечение аппарата, сплошная стенка и сечение аппарата, соответствующее высоте 2с слоя, опускающегося в фонтан I из зоны 3 (рис. 5.25). Расширение двухфазного потока в зоне 1 обусловлено геометрическими характеристиками аппарата. Границей между зонами 1 и 3 считается вертикальная плоскость над левым пределом входного сечения. Полагается, что частицы поступают плотным слоем из зоны 3 равномерно по всей высоте зоны L Это подтверждается экспериментальными наблюдениями и означает, что для элементарной высоты dz этой зоны можно записать уравнение сохранения массы дисперсной твердой фазы следующим образом [c.347]

Опыты по непрерывной сушке технического углерода и активного оксида алюминия в щелевом аппарате фонтанирующего слоя с достаточной для практики точностью подтвердили адекватность изложенных модельных представлений о гидродинамике н. кинетике процессов сушки дисперсных материалов в режиме аэрофонтанировання. [c.352]

Все же мы сочли необходимым обсудить с профессором Заброд-ским вопрос, касающийся приоритета в исследовании фонтанирующего слоя. В предисловии к своей книге Гидродинамика и теплообмен в псевдоожиженном слое (1966 г. [260]) Забродский упрекает Лева (1959 г. [117]) за утверждение о том, что фонтанирующий слой является ...последним новшеством, пришедшим из Канады... , и отмечает, что ...нам (в Советском Союзе) известно об аппаратах с воздушным фонтаном уже более двадцати лет . Просмотрев некоторые из ссылок, цитируемых Забродским в подтверждение своего замечания, мы нашли, что, хотя термин фонтанирование в советской литературе действительно появился ранее работы Матура — Гишлера (1955 г. [137]), этот термин использовался советскими учеными в несколько другом смысле. [c.7]

Хорошей реакцией для изучения этого типа превращений является обычно применяемое при псевдооншжении разложение озона с его простой кинетикой и умеренной скоростью протекания процесса. Волпицелли [249] провел эту реакцию в фонтанирующем слое (первоначально для исследования влияния пульсаций газа — см. гл. 12). Но даже эти данные не позволяют проверить модель, так как гидродинамика небольшого двумерного (186 X 8 мм) реактора, используемого Волпицелли, не может быть правильно описана с помощью обобщения, основанного на поведении включенных в модель трехмерных слоев. [c.181]

Совсем другой тип пульсирующего фонтанирующего слоя с непрерывным фонтаном, но пульсирующим кольцом был описан Голубковичем и др. [81, 82]. Пульсирующее движение заставляет частицы отделяться от нижней части слоя и вытекать через центральное отверстие из реактора в виде бьющей струи противотоком, к входящему газу. Твердые частицы непрерывно подаются сверху, так что устанавливается пульсирующий фонтанирующий слой с движением твердых частиц вниз. Голубковинем была детально изучена гидродинамика таких слоев и установлены критические параметры для достижения пульсирующего движения, но нет указаний о специфическом применении такой необычной системы. [c.244]

Были опубликованы два исследования гидродинамики слоя, в котором одновременно происходит фонтанирование и псевдоожижение [37, 182]. В соответствии с данными Чаттэри [37] эта система, подобно обычному фонтанированию, лишена таких недо-> статков, как напластывание и агрегирование, характерных для кипящего слоя, а также не имеет ограничений в отношении размера частиц и высоты слоя, которые связаны со стабильностью обычного фонтанирующего слоя. Общее количество газа, необходимое для фонтанирующего кипящего слоя, больше, чем требуемое для фонтанирования или кипения отдельно. Однако Чаттэри утверждает, что дополнительный газ используется в достаточной мере, так как при кипении в кольце улучшается эффективность контакта газ — твердое, т. е. перемешивание твердых частиц. Последняя точка зрения подтверждается экспериментами, выполненными Поморцевой и Баскаковым [182] в полукруглой колонне. Исследователи наблюдали, как пузыри из зоны кипения стремительно передвигались к центру и поглощались фонтаном. Такое движение твердых частиц обеспечивало более интенсивное полное перемешивание в слое, чем при кипении или фонтанировании отдельно. Эти ученые расширили свои исследования, выполнив тщательные измерения теплообмена между слоем и погруженным объектом. , [c.251]

Понимание существа гидродинамических явлений, происходящих в кипящем слое, является определяющим для анализа результатов работы 1 аталитических реакторов КС в пилотных и промышленных установках, а также для понимания процессов теплообмена между кипящим слоем и размещаемыми в нем поверхностями. Протекание каталитических процессов и эффективность подвода (отвода) теплоты через поверхность теплообмена определяются гидродинамической обстановкой [12, 68, 134]. Накоплен обширный экспериментальный и теоретический материал о характере взаихмодействия газа и твердых частиц между собой и погруженной в слой поверхностью, нашедший отражение в ряде советских [36, 91, 208] и зарубежных [87, 203] монографий. В данной главе не ставится задачи проанализировать этот материал, так как многообразие процессов, в которых применяется кипящий слой, породило многообразие форм этого метода (кипящий слой в поле центробежных сил, виброкипящий слой, фонтанирующий слой и т. д.). Катализ обычно проводят в аппаратах простейшего типа с постоянным по высоте сечением. Гидродинамика применительно к таким аппаратам со свободным слоем и со слоем, имеющим насадку (организованным кипящим слоем), рассматривается ниже. [c.11]