Қайнаған жалған сұйытылған қабаттардың гидродинамикасы

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 6 бет
Таңдаулыға:

Соңғы екі он жылдықта химия және басқа өнеркәсіп салаларында қайнаған немесе жалған сұйытылған қалпында орналасқан, ұсақ бөлінген қатты бөлшек қабаты бар газдардың өзара әрекеттесуімен (сирек - тамшылы сұйықтықтар) байланысты үрдістер орын алды. Қайнаған қабаты бар құрылғыларды сусымалы материалдарды жылжу мен араластыруға, күйдіру үрдісін өткізуге, жылу алмасуға, құрғатуға, адсорбцияға, каталитикалық және басқа да үрдістерге қолданады. Қайнаған қабатта үрдістердің осындай кең тарауы олардың артықшылықтарымен байланысты, олар адсорбция және құрғату үрдістеріне арналған XIV және XV тарауларында қарастырылады. Мұнда айта кету керек жалған сұйылтуға, жылжымайтын қабатта тұрған материал бөлшектеріне қарағанда, әлдеқайда кіші өлшемді бөлшектер ұшырайды. Қайнатылған қабаттың гидравликалық қарсыласуы салыстырмалы түрде аз, ал бөлшектер өлшемінің кішіреюі олардың ағынмен байланыстыру бетінің жоғарылауына әкеледі және қатты мен (немесе сұйық) газ фазалары арасындағы өзара әрекеттесу кезінде бөлшектердің ішіндегі диффузия кедергісін азайтады. Нәтижесінде көптеген үрдістердің ағын жылдамдығы артады. Сұйықтықтардың түйіршікті қабат арқылы қозғалыс жылдамдығы, жоғарыда қарастырылған, кез келген ағындық жылдамдықта сақталады, бірақ тек жоғарыдан төмен қозғалыста ғана. Ағын төменнен жоғары қозғалған кезде, бұл заңдылықтар тек ағынның жылдамдығы қабаттың қозғалмалылығы бұзылған мәннен аспаған шартта ғана қолданылады.

1-сурет. Газдың (сұйықтықтың) қатты бөлшектер қабаты арқылы қозғалысы.

а - қозғалыссыз қабат, б - қайнаған (жалған сұйытылған) қабат, в - қатты бөлшектердің ағынмен кетуі

1-суретте өрлемелі ағын жылдамдығына байланысты қатты бөлшектердің үш мүмкін қалпы көрсетілген.

Салыстырмалы кіші жылдамдықта түйіршікті қабат қозғалыссыз қалады (1а-сурет) және оның сипаттамасы (салыстырмалы беті, кеуектілігі және т. б. ) ағын жылдамдығы өзгергенімен алмастырылмайды.

Дегенмен, жылдамдық сыни шамаға жеткенде, қабат қозғалыссыздығы үзіледі, оның кеуектілігі мен биіктігі ұлғая бастайды, қабат аққыш болады және қайнаған күйге өтеді(жалған сұйық) . Мұндай қабатта бөлшектер ағында әр түрлі бағытта қарқынды жылжиды (1б-сурет) және барлық қабат ағыннан айқын жоғарғы шекарасымен шектелген қайнаған сұйықтыққа ұқсайды. Ағын жылдамдығын ұлғайтқан сайын қабаттың кеуектілігі және оның биіктілігі жылдамдық жаңа сыни шамаға жететін сәтке дейін көтеріледі, қабат бұзылып және қатты бөлшектер ағыммен жойылады (1в-сурет) .

Газ ағынымен қатты бөлшектердің жаппай алып кету құбылысын «пневмотранспорт» деп атайды және өнеркәсіпте сусымалы материалдарды тасымалдау үшін қолданады.

Түйіршікті қабат және газдың жалған жылдамдығына(құрылғының барлық көлденең қимасына байланысты жылдамдық) байланысты қысымының түсу (гидравликалық кедергі) биіктігінің өзгерісі 2-суреттегі әдеттегі графигтарда көрсетілген.

2-сурет. Биіктіктің түйіршікті қабат (а) және оның ағын жылдамдығындағы гидравликалық кедергісіне (б) тәуелділіктері.

Қозғалыссыз қабаттың бұзыла бастау жылдамдығын және оның жалған сұйылтылған күйге өте бастауын жалған сұйытылу жылдамдығы деп атайды. Оны w _ПС арқылы белгілейді. Газ жылдамдығының w _ПС тең шамасына дейін ұлғаюы, түйіршікті қабаттың қарсыласуы, 2-суреттегідей, w ₀ бірге өседі, ал оның биіктігі өзгермейді. (2a-сурет ABC сызығы) .

Жалған сұйытылу қабаттың гидравликалық кедергісінің оның барлық бөлшектерінің салмағына тең болғанда басталады. Дегенмен шын мәнінде В нүктесіндегі (2 б - сурет) қабат қысымының түсуі яғни жалған сұйытылудың басталғанға дейін (нүкте С), қабатты қалыпты жағдайда ұстап тұруға қажетті шамадан жоғары. Бұл тыныштық қалпындағы қабат бөлшектері арасындағы ілінісу (сцепление) күшімен түсіндіріледі. Ағым жылдамдығы w _ПС шамасына жеткен кезде бөлшектер ілінісу күшін жеңеді және қысымның түсуі көлденең аппараттың бірлігіне қатысты бөлшектердің ауданына тең болады.

2 б - суретте көрсетілгендей, белгіленген шарттар шаманың жылдамдығы қабат бұзылып бөлшектердің ағынмен жаппай кетуіне жеткенге дейін жалған сұйытылған қабаттың барлық орналасқан аймағына орындалады (CE сызығы) . Бұл жылдамдықты алып кету жылдамдығы немесе, басқаша, бөлшектердің бос жылдамдық деп атайды және оны w _СВ таңбасымен белгілейді. Соңғы аты жаппай алып кету кезінде қабаттың кеуектілігі соншалықты үлкен, жеке бөлшектердің қозғалысы қабаттың басқа бөлшектерінің қозғалысынан тәуелді деуге болады. Әр жеке бөлшек бос қалқиды яғни бөлшектерді ағынмен айналып аққан кезде пайда болатын кедергі күші салмағымен теңестірілген шартта ол тұнбаланбайды және ағынмен кетпейді. w _СВ мәні бұл шартқа сүйене отырып анықталуы мүмкін. W ₀ жылдамдығының w _СВ -дан сәл ғана асырылуы бөлшектердің кетуіне алып келеді.

Осылайша өрлемелі ағында бөлшектің қалқу шарты қозғалыссыз ортада бөлшектің бір қалыпты тұнбалаумен бірдей. Сондықтан w _СВ жылдамдығын w _ОС тұнбалау жылдамдығы ретінде де анықтауымызға болады.

Қабатты жалған сұйытқан кейін ағын жылдамдығы азайған кезде гистерезис құбылысы байқалады: ағын жылдамдығына қозғалыссыз қабаттың гидравликалық кедергісінің тәуелділігі, ол ABC сызығымен емес (2б-сурет), төменде орналасқан тік CD-мен көрсетіледі. Бұл қозғалыссыз қабаттың жалған сұйытылу аяқталғаннан кейінгі кеуектілігі жалған сұйытылуға дейін қарағанда біршама жоғары болады. Соңғысы 2а - суреттегі мәліметтермен дәлелденеді - жалған сұйытылғаннан кейінгі қозғалыссыз қабаттың биіктігі (CD сызығының ординатасы), жалған сұйытылғанға дейінгіге қарағанда биігірек (AB сызығының ординатасы) . Жалған сұйытылу арқылы құрылған кеуекті қабатқа газ беруді жалғастырсақ, онда жылдамдық артқан кезде CD сызығына сәйкес тәуелділік болады және гистерезис байқалмайды.

Жалған сұйытылған қабаттың өмір сүру аралығы шектелген, сондықтан да төменде жалған сұйытылудың жылдамдығы w _пс және жоғарыда - қалқу жылдамдығы w _СВ .

Назар аудару керек, түйіршікті қабаттың қозғалыссыз жағдайдан бірден жалған сұйытылғанға ауысуы дисперстілігі бірдей бөлшектер қабатына тән. Полидисперсті қабаттарға жалған сұйытылу жылдамдығы емес, жалған сұйытылу жылдамдығы аймағы болады, бұл жерде қозғалыссыздан толық жалған сұйытылған қабатқа ауысуы басталып аяқталады.

W ₀ жұмыстық қозғалысы, w _пс мен w _СВ арасында орналасу керек шама, жалған сұйытылудың басталу жылдамдығын жалған сұйытылу саны деп атайды және ол K _w таңбасымен белгіленеді:

Kw = $\frac{\mathbf{W0}}{\mathbf{W}\mathbf{ПС}}$

Жалған сұйытылу саны бөлшектердің қозғалыс қарқындылығын және жалған сұйытылған қабаттың күйін сипаттайды. Тәжірибе жолымен көптеген жағдайларда қарқынды қозғалыс K _w = 2 кезінде жететіні анықталды. K _w тиімді мәні әдетте әр нақты технологиялық үрдіске орнатылады және кең шекараларға өзгере алады.

W ₀ > W _пс кезінде яғни K _w >1, газ көмегімен немесе тамшылы сұйықтық арқылы жалған сұйылтқанда қайнаған қабат сипаттамасы әр түрлі болады.

Толық біртекті жалған сұйытылуы қатты бөлшектердің тамшылы сұйықтықтың ағынында ғана мүмкін болады. Сонымен жылдамдықтың w _пс -тен артық болуы қабат биіктігінің сәйкес өсуіне оның жоғарғы шекарасында қандай да бір ауытқуысыз болуына әкеледі. Мұндай жағдайда бөлшектер аралығында арақашықтық біртіпдеп артады, ал ағындар арасында сұйықтық бос көлемде қозғалады.

Дегенмен өнеркәсіпте газ жүйесінде жалған сұйытылу үрдісі - қатты фаза қолданылады. Бұл жалған сұйытылу жүйесі, әдетте біртекті емес: газдың бір бөлігі қабаттар арқылы тұтас ағынмен емес, қабаттың жоғарғы шекарасына жетіп, қабаттың биіктігін ауытқуын тудыратын, көпіршік түрінде болады. 2а суретте үзік сызықпен (CE және CE ₁ сызықтары) жалған сұйытылған қабаттың ауытқу шекаралары көрсетілген.

Жалған сұйытылу шамасы кіші болғанша, қабаттың біртекті болмауы оның сипаттамасына теріс әсер көрсетпейді, ал қозғалыстағы көпіршіктер, керісінше, қабатта бөлшектердің қарқынды араласуына әкеледі. Дегенмен газ жылдамдығының біршама артқан кезде қабаттың әртектілігі артады: қабат арқылы жиі жиі ірі көпіршіктер өтіп кетеді және қабат бетінің үстінен қарқынды қатты бөлшектер лақтырыла бастайды (2 а - сурет) . Газ көпіршіктері көлемде үлкеюі соншалықты, олардың өлшемдері құрылғы диаметріне дейін жетеді. (2б-сурет) . Сонымен бірге жалған сұйытылған қабат газды «тығындармен» бөлек бөліктерге бөлінеді: тығынның үстінде орналасқан қабаттың бір бөлігі жоғарыға лақтырылады, ол қатты бөлшектердің үлкен лақтырысына әкеледі.

3-сурет. Газ жылдамдығының өсуімен жалған сұйытылудың біркелкі еместігінің артуы.

Мұндай жұмыс режимі поршеньді жалған сұйытылу деп аталады. Оның пайда болуына, газ жылдамдығының артуынан басқа, бөлшек өлшемдерінің артуы және құрылғы диаметрінің кішіреюі әсер етеді. Поршеньді режим қажетсіз, себебі мұндай кезде газ бен қатты бөлшектер арасындағы біркелкі байланыс бірден нашарлайды.

Кейбір материалдардың жалған сұйытылуы кезінде қабаттың біртектілігі каналтүзілгіштіктен бұзылады, мұнда газдың (сұйықтықтың) біраз мөлшерінің қабатта түзілетін бір немесе бірнеше каналдар арқылы тез өтуі («байпастануы») жүреді. Каналтүзілгіштік агломерацияға бейім өте ұсақ немесе жабысқақ материалдарды қолданған кезде әсіресе жиі байқалады. Каналтүзілгіштіктің шектеулі жағдайы болып фонтандалу болып табылады, мұнда газ ағыны (немесе сұйықтықтың) құрылғы осі маңында түзілетін үлкен бір канал арқылы өтеді.

W _ПС W _CB дейін жылдамдықтың өзгеруіне сәйкес жалған сұйытылу режимін тығыз фазада жалған сұйытылу деп атайды, W ₀ >W _CB режиміне қарағанда, мұнда қатты бөлшектердің пневмотасымалдануы қайнаған қабаттың қосылған фазасында болады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.