Файл: Лукьянов, П. И. Аппараты с движущимся зернистым слоем. Теория и расчет.pdf

СБОРНЫЕ УСТРОЙСТВА

Показатели работы установок каталитического крекинга неф­ тяного сырья в движущемся слое шарикового алюмосиликатного катализатора (рис. 75) во многом зависят от совершенства сбор­

неравномерность распределения скоростей на входе в коллек­ тор. Опыты показывают, что даже при очень малом угле наклона образующей конуса к вертикали в контактном объеме возникает значительная неравномерность распределения скоростей в потоке катализатора. Для устранения ее предложено использовать ко­ нусную вставку, установленную под трубами 2. Форму, размеры

125

и место установки конусной вставки рассчитывают по специаль­ ной методике.

Число сборных труб 1 определяют на основе количественных данных, характеризующих распределение скоростей над вход­ ным отверстием каждой тру­ бы. Эта задача аналогична расчету распределения вре­ мени пребывания частиц сыпучего материала в ци­ линдрическом аппарате с уз­ ким отверстием в горизон­

тальном днище.

Рис. 77. Траектории движения частиц активированного угля средней крупности (2 мм) в геометрически подобных моделях диаметром 232, 120, 90 и 60 мм (см. рис. 48)

126

метра модели и применять полученное соотношение для геометри­ чески подобных аппаратов любых размеров.

Верхний уровень нижней зоны условно обозначен на всех схемах линиями AB. Отклонение траекторий движения частиц от вертикали наблюдается после пересечения ими линии CED.

На всех схемах штриховая линия 0 £ хО проходит через точки перегиба на траекториях движения отдельных частиц. После

бок, устанавливаемых на различ­ ных расстояниях от оси модели и от выпускного отверстия. Над трубками устанавливали измери­ тельные воронки, через которые загружали зернистый материал. Эти опыты в основном подтвер­ дили результаты, полученные по методике измерения расстояний между мечеными частицами. Вмес­ те с тем по уточненным данным высота нижней зоны для сфери­

идля активированного угля h' ^

^2,0D.

При обработке эксперимен­ тальных данных были построены зависимости

произвольной частицей по соот­ ветствующей траектории из рассматриваемого начального поло­

жения; wi — мгновенная скорость движения частицы; wp — сред­ няя расчетная скорость движения слоя.

Для упрощения расчетов траектория движения каждой частшцы была представлена в виде двух прямых отрезков, из которых один соединяет центр выгрузки с соответствующей точкой на линии CED, а второй направлен от этой точки вертикально вверх до пересечения с исходным горизонтальным сечением.

В качестве дополнительных данных были использованы весо­ вые количества зернистого материала, выгружаемого из модели до появления отдельных меченых частиц, положение которых перед началом опыта указывалось на рабочих схемах. Попереч-

127

ное сечение зернистого слоя было условно разделено окружно­ стями 1,2,. . 8 на кольцевые элементы 1, 2\ 2, 3 и т. д. одинаковой ширины (рис. 78).

При построении зависимости приведенной средней скорости движения частиц от приведенной координаты

учитывается, что величина W f определяется площадью фи­

гуры, ограниченной графиком функции (73), осью абсцисс и край­

высоты слоя к диаметру разница между тг и т для частиц, рас­ положенных на различных расстояниях от оси симметрии, весьма

значительна. С увеличением она быстро уменьшается. Коли­

чество материала, время пребывания которого в аппарате, на­

пример, в 1,4— 8 раз больше т, составляет 25% от общего расхода материала; при этом 20% материала находится в аппарате в те­

чение времени, которое в 1,4 раза меньше т.

Для проверки изложенного метода было проведено сравнение расчетных данных с экспериментальными, полученными путем измерения концентрации меченых частиц на выходе из модели после мгновенного введения их в поток на входе в модель. Экспе­ риментальные данные, характеризующие процесс «вымывания» меченых частиц шарикового катализатора, а также зависимость

показывают, что количество материала, время пребывания кото­ рого, например, в 1, 1—2,2 раза больше т, составляет —18%

128

от общего количества материала. Этот результат удовлетвори­ тельно согласуется с расчетными данными.

Сходный с рассмотренным метод был использован для коли­ чественной характеристики распределения времени пребывания сыпучего материала в нижней зоне плоской модели аппарата.

ДВИЖЕНИЕ ГАЗА В СЛОЕ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА

Во многих аппаратах перед входом в зернистый слой газовый поток движется в незаполненном твердыми частицами свободном объеме, где происходит расширение струи, выходящей из отвер­ стия относительно небольшого поперечного сечения.

Рис. 79. Схема свободной газовой струи в надслойном объеме аппарата с зернистым слоем

Из теории распределения затопленных газовых струй следует, что естественное выравнивание скоростей достигается при весьма большой высоте свободного объема.

Вытекающая из отверстия струя имеет криволинейные гра­ ницы АВС и А 1В 1С1 (рис. 79). Границы основного участка струи ВС и В 1С1 при их продолжении пересекаются в точке О. В начальном участке струи имеется ядро потока ЛС^Лц в котором газ движется с такой же скоростью w0, как на выходе из сопла.

При турбулентном режиме движения осесимметричной струи средняя скорость wx в произвольной точке зависит от координат х и R, от начальной скорости w 0на выходе из сопла и его радиуса

Объемный расход газа через любое поперечное сечение струи

где S — площадь сечения.

Струя увлекает газ из окружающего пространства, поэтому ѵх возрастает при увеличении х.

Отношение объемного расхода газа, проходящего через рас­ сматриваемое сечение, к расходу ѵ0 на выходе из сопла выра­ жается функцией

J wx dS

_ _S_____

v0 w0S0

где S 0— площадь поперечного сечения сопла.

Изменение количества движения потока выражается уравне­ нием

Опытные данные показывают, что статическое давление в каж­ дом поперечном сечении струи практически постоянно и равно давлению в окружающем пространстве. Это означает, что един­ ственной причиной замедления центральной части потока и уско­ рения периферийной является действие касательных напряжений в зоне смещения. Так как процесс протекает как чисто вынужден­ ный, то можно принять

Если силы внутреннего трения (вязкости) не влияют на про­ цесс перемешивания, то потоки во всех сечениях струи динами­ чески подобны и распределение скоростей внутри диффузион­ ной зоны выражается одной функцией. Экспериментальные дан­ ные удовлетворительно описываются функцией распределения вероятностей Гаусса

где а — среднее квадратичное отклонение.

130