Файл: Бушмелев, В. А. Процессы и аппараты целлюлозно-бумажного производства учебник.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 16.10.2024

Просмотров: 123

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Численно относительное свободное сечение

Fc

равно

относитель-

ному свободному объему е. Действительно, е =

Не­

HS

где

Н —

высота слоя. Но так как Ѵн'св ■= sP ТО 8 ■

 

 

 

■= Fr

SCBo =

Su„,

По уравнению неразрывности потока можно записать

где и — скорость жидкости в каналах слоя, а

и0

— скорость жидко­

сти,

отнесенная к общему сечению слоя. Из последнего равенства

ѵ0

=

SCB

 

 

—^-ѵ — еѵ, откуда

 

 

 

 

5

 

 

 

 

о =

.

(2-22)

Поверхность частиц, отнесенная к единице объема слоя, называется удельной поверхностью /; размерность [/] = м21м3.

Эквивалентный диаметр каналов слоя равен

Полное свободное сечение 5 СВ=

Vf

SHf

eS, а периметр П = —

 

н

н

— Sf. Следовательно,

 

 

j

__ 4е^

(2-23)

^ЭКВ -- г •

Гидравлические сопротивления при движении жидкости через пористый слой зависят от режима движения и определяются крите­

рием Re = Ч ДквР

Подставив сюда значения ѵ= —

и d3кв= —

р

е

f

получим Re = —— . Произведение о0р = w — это массовая скорость

р/

аппарата (кг/сек-ж2).

жидкости, отнесенная к 1 ж2 полного сечения

Тогда критерий Рейнольдса будет равен

 

Re = ^

(2-24)

fv-

 

Ламинарное движение жидкости через слой наблюдается при Re<^50, переходный режим при Re = 50 -г- 7200, турбулентный при Re >7200.

Гидравлическое сопротивление слоя определяется по общей фор-

муле

Ар = Х— --£ -, которая при подстановке L = H,

d — dma —

4е

и0

 

= — и и = — преобразуется в расчетное уравнение

 

 

Ар = %Hfpvt

(2-25)

 

8е3

 

41

Коэффициенты сопротивления X определяются по формулам:

 

при R e< 50

Х = — ;

(2-26)

 

Re

 

при R e -504 -7200

Я— И’6 ;

(2-27)

 

Re0,25

 

при Re>7200

Я,= 1,26.

(2-28)

Иногда критерий Рейнольдса и гидравлические сопротивления выражают не через эквивалентный диаметр слоя, а при помощи диа­ метра зерен в слое. Если в единице объема слоя содержится N частиц,

то средний объем частицы будет где d — диаметр шара,

имеющего такой же объем, как и частица нешаровой формы, т. е. эк­ вивалентный диаметр.

Поверхность частицы,

выраженная через

коэффициент формы,

равна

яdr

____________________

/

откуда

я cl-

f

Ф '

а через удельную поверхность слоя

 

ф

N

 

'

1

N ' ~

При делении объема частицы на ее поверхность получаем зависимость

удельной поверхности слоя от е,

ф и d :

 

 

 

 

f _ 6(1 — е)

 

 

(2-29)

 

 

ф d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставив величину / в формулы (2-24) и (2-25), получим:

 

 

Re = — — - —

Re0;

(2-30)

 

3

I — s

 

 

 

 

1— e

^

H

y0P

(2-31)

 

 

фг3

 

d

2

 

 

 

 

В формуле (2-30) величина

Re0 — модифицированный

критерий

Рейнольдса, равный

fl , где

за

характерный линейный размер

принят диаметр частиц а. При определении Ар по формуле (2-31) ко­

эффициент сопротивления \

вычисляют по формулам (2-26) и (2-27)

в зависимости от критерия

Re.

 

Движение газов через насадку

Движение газов и паров через насадку распространено в процес­ сах абсорбции и ректификации, когда в качестве массообменных аппа­ ратов применяются насадочные колонны. Насадкой называется рабо­ чий объем аппарата, занятый слоем твердых тел, которые могут иметь самую разную форму. Через насадку вниз стекает жидкость, а вверх движется газ или пар. Назначение насадки — увеличить по­ верхность контакта между газом или паром и жидкостью. Слой на­ садки характеризуется теми же величинами (е, /, d3KR и т. п.), что и пористый слой.

42

Гидравлические сопротивления сухой неорошаемой насадки можно определить по формуле (2-25), которая для данного случая запишется так:

 

Д/> =

XHfvfar

(2-32)

 

8е3

 

 

 

где ѵг — линейная

скорость газа, отнесенная

к общему сечению ко­

лонны;

газа.

 

 

рг ■— плотность

 

 

Специальными исследованиями показано, что при движении газа через насадку ламинарного режима практически не существует, т. е. нет линейной зависимости коэффициента сопротивления X от числа Re.

Величина X может быть определена по формулам:

 

при Re < 8 0

Л==< 00_

(2-33)

F

Re0'85

 

при Re = 8 0 -г-400

Д = —

(2-34)

 

Re0’45

 

при R e> 400

 

(2-35)

Вопрос о гидравлических сопротивлениях орошаемых насадок будет рассмотрен в главе «Абсорбция».

ПСЕВДООЖИЖЕНИЕ

Придание слою зернистого сыпучего материала некоторых свойств жидкости называется псевдоожизюением. Псевдоожиженный слой по внешнему виду напоминает кипящую жидкость и его часто называют «кипящим» слоем.

Псевдоожижение зернистого слоя производится пропусканием че­ рез слой снизу вверх жидкости или газа. Среда, с помощью которой осуществляется псевдоожижение, называется псевдоожижающим аген­ том. Чаще всего для псевдоожижения используют газы.

Явление псевдоожижения можно наблюдать в простом экспери­ менте со слоем твердых частиц, расположенных на горизонтальной сетке в вертикальной трубе (рис. 2-7). Если под сетку под напором подавать газ, он будет двигаться снизу вверх через слой частиц и при этом будет возникать перепад давления по высоте слоя. При неболь­ ших скоростях газа слой остается неподвижным. С увеличением ско­ рости газа сопротивление слоя возрастает. Когда перепад давления по высоте слоя становится достаточным для поддержания всего слоя зернистого материала во взвешенном состоянии, начинается псевдо­ ожижение. Дальнейшее увеличение скорости газа приводит к расши­ рению псевдоожиженного слоя. Поскольку расстояния между ча­ стицами при этом увеличиваются, частицы в потоке газа начинают хаотически двигаться, и слой беспорядочно перемещающихся частиц становится похожим на кипящую жидкость. Интенсивное движение

43

частиц в газовом потоке является основной причиной ускорения всех химических и физических процессов, которые проводятся в условиях псевдоожижения. Псевдоожиженный слой обладает некоторыми свой­ ствами жидкости: его свободная поверхность остается горизонтальной при наклоне сосуда; появляется текучесть; тяжелые тела, брошенные в псевдоожиженный слой, опускаются на дно, легкие — всплывают. Эти свойства используются при конструировании аппаратуры и раз­ работке технологических процессов. Особенно ценным свойством яв­ ляется текучесть псевдоожиженного слоя, которая дает возможность сделать процесс непрерывным.

Многие технологические процессы, протекающие с участием твер­

дой фазы, в

псевдоожиженном

состоянии

значительно

ускоряются.

 

 

f f

в

 

 

г

 

 

 

 

 

 

1

 

 

А ^

1 i

U

 

 

 

 

 

і

і

и

\

 

 

 

 

 

 

Оо

 

^5ГЬ A,о osToJtB

 

 

 

Ѵ

 

Л

‘

öoo00ft

 

 

 

 

 

 

 

 

о Оо Оп°яОо Оо

W <£Л isw

і»0°

 

/

j i

 

 

H

 

 

 

 

 

f°T g °o ° ° o fe

 

 

 

 

 

о п ? °?0у

О Д

?

 

i

t

t t

i

 

 

 

I

 

1

1

 

 

 

 

1

 

Рис. 2-7. Переход отфильтрации воздуха через слой к псевдоожижению »и пневмотранспорту:

а — фильтрация; б и а — псевдоожижение; г — унос частиц

Сюда относятся каталитические процессы, процессы сушки, адсорбции и т. п. В целлюлозно-бумажном производстве с помощью псевдоожи­ жения интенсифицируется процесс обжига сернистого колчедана и другого серусодержащего сырья, пригодного для получения серни­ стого ангидрида. Перспективными являются процессы сушки и от­ белки целлюлозной массы при ее псевдоожижении.

Рассмотрим наиболее важные характеристики «кипящего» слоя.

Сопротивление «кипящего» слоя

На рис. 2-8 показана зависимость гидравлического сопротивления Ар слоя зернистого материала от скорости газа ѵ, которая обычно относится к полному сечению аппарата, не занятому слоем. Участок кривой ОА соответствует фильтрации газа через неподвижный слой. В точке А суммарный перепад давления неподвижного слоя максима­ лен. Это объясняется дополнительной затратой давления на разрыв сил сцепления между частицами при переходе их к псевдоожижению. Участок ВС соответствует псевдоожижению, при котором Ар = = const. Критическая скорость газа ѵй1, которая соответствует пе­

44

реходу неподвижного слоя в состояние псевдооэісижения, называется скоростью псевдоожиоісения.

При дальнейшем увеличении скорости ѵ^>ѵ01 увеличиваются рас­ стояния между частицами и общий объем псевдоожиженного слоя. Однако поскольку перепад давления при псевдоожижении затрачи­ вается на поддержание слоя во взвешенном состоянии, а вес частиц при этом остается неизменным, гидравлическое сопротивление Др0 слоя будет постоянным в течение всего времени увеличения ѵ до вто­ рой критической скорости и02, при которой начинается унос частиц. Величина Ар 0 может быть определена из равенства

 

 

 

ЛРо = “

I

(2-36)

 

 

 

«J

 

где т — масса загруженного материала;

 

S — сечение

аппарата.

 

 

 

Обозначим: рх

и р — плотность

и среды; е — пористость

слоя до псевдоожижения; Я — его

 

 

высоту.

 

 

 

 

 

Величина т — SH (1—е)

(рх—

 

 

р). Следовательно, перепад давле­

 

 

ния при псевдоожижении равен

 

 

&Po — gH (1 — е) (Рі— Р)-

(2-37)

 

 

Если

известны пористость е0

 

 

и высота

Я 0 псевдоожиженного

 

 

слоя, то перепад давлений при

Рнс. 2-8.

Зависимость сопротивления

псевдоожижении может быть опре­

делен по формуле, аналогичной

зернистого слоя от скорости газа:

ОА — при фильтрации; ВС — при псевдо-

формуле (2-37),

 

 

ожижении;

CD — при пневмотранспорте;

 

 

 

 

AB — спад сопротивлений после преодоле­

Apa = gH0(\ — е0)(Р і—Р).

(2-38)

ния сил сцепления между частицами

 

 

Если в качестве псевдоожижающих агентов используются газы, величиной р в уравнениях (2-37) и (2-38) можно пренебречь, так как

Ыг-

Скорость псевдоожижения

Рис. 2-8 показывает зависимость гидравлических сопротивлений неподвижного и псевдоожиженного слоев. Для точки перехода слоя в псевдоожиженное состояние, которая соответствует скорости псевдо­ ожижения ѵ01, гидравлические сопротивления могут быть описаны как формулой (2-31), по которой определяются сопротивления непо­ движного слоя, так и уравнением (2-37). Следовательно, справедливо равенство

3(1 — е) ХНѵ^р

= g H ( 1 -е ) (Рх-Р),

4фе3 d

откуда

%4ф&3 g d (Pt — р)

Смотрите также файлы