foodfiles.uw.hu
Fluidizált halmaz jellemzőinek mérése 1. Gyakorlat célja A szemcsés halmaz tulajdonságainak meghatározása, a légsebesség-nyomásesés görbe és a fluidizációs határsebesseg meghatározása. A mérésekböl meghatározott és a kétféle módszer szerint számolt kezdeti fluidizációs sebesség összehasonlítása. 2. Elméleti alapok A fluidizáció aero/hidro-mechanikai művelet. Célja az, hogy a szemcsés halmazok szabad összfelületét valamilyen célból (hőátadás, anyagátadás, stb.) megnöveljük. Fluid állapotot úgy tudunk létrehozni, hogy a nyugvó szemcsés halmazon átáramló fluidum, -gáz- vagy folyadéksebességét addig növeljük, amíg a fluidum áramlási nyomásesése eléri a szemcsés halmaz egységnyi alapterületre eső archimédesi súlyát /1./. Ebben a helyzetben a részecskék elmozdulnak. Az ezt az állapotot előidéző sebesség a fluidizáció alsó határsebessége. Az áramlási sebesség további növelésével a szemcsék lebegni kezdenek és növekszik a halmaz porozitása. A fluidum nyomásesése a fluidizációs határsebességig növekszik, a fluidizáció létrejötte után azonban konstans értéket vesz fel. A fluidizáció felső határán a fluidum elragadja a részecskéket, mivel a fluidum áramlási sebessége eléri a halmazt képező szemcsék ülepedési sebességét. Ekkor a részecskékre ható közegellenállásból származó erő, mely a fölfelé mozgást idézi elő, megegyezik a részecskékre ható gravitációs erő és a felhajtó erő különbségével. Ha a fluidum gáz, ezt nevezzük pneumatikus szállításnak. A töltet rácsnyomása ( archimédeszi súlya) :
Δp = L ⋅ (1 − ε) ⋅ (ρsz − ρf ) ⋅ g ahol: L ε ρsz ρf
(1)
a fluidizált réteg magassága a porozitás (fajlagos hézagtérfogat) a szilárd szemcse sűrűsége a fluidum sűrűsége
a) A minimális fluidizációs sebesség számítása végezhető az áramlási nyomásesés és a szemcsés halmaz hidrodinamikai ellenállása alapján is :
Ripped by Morgan
Δp 1 v02ρf = 4 ⋅ fm ⋅ ⋅ L0 d 2 ahol: L0 d fm
a töltet által elfoglalt, hézag nélküli oszlopmagasság, L0 =L(1-ε) a fluidizált szemcsék átmérője a surlódási tényező /2. ábra/
(2)
foodfiles.uw.hu
f m . Re m2
=
d e3 ·( ρ sz − ρ f )·ρ f ·g 2·η 2f
(2.a)
A 2 sz. ábrából a Rem meghatározható, melyből számoljuk a v0*-t.
b) A minimális fluidizációs sebesség számítására és beállítására alkalmazható egyik empírikus összefüggés: Wen-Yu mérései szerint:
(
Re min = 33,7 2 + 0,0408 ⋅ Ar
)
0,5
ahol: Remin a Reynolds-szám,
− 33,7 Remin =
(3)
d e ⋅ v0+ ⋅ ρf ηf
Ar
d 3e ⋅ ρf ⋅ g ⋅ (ρsz − ρf ) az Archimedes-szám, Ar = ηf2
de
a szemcsék egyenértékű átmérője,
d e = 3 6·V / 3.14 = 1,24 ⋅ 3 M ρ sz
(4) (5)
(6)
3. Mérőberendezés A fluidizálandó anyagot (köles, műanyag golyók) egy D=56,7mm átmérőjű üvegcsőbe töltjük [4]. (1.sz. ábra) Ennek az alsó részében vászon betét van az egyenletes légelosztás érdekében. A fluidizáló levegőt ventilátor [1](ip. porszívó) biztosítja. A levegő térfogatáramát szeleppel [2] szabályozzuk és rotaméter [3] segítségével mérjük. A különböző légsebességeknél U-csöves manométerrel [5] mérjük a halmaz nyomásesését. A fluidizáció határsebessége ott van, ahol a halmaz éppen megmozdul. 4. Mérés menete
Ripped by Morgan
1. Meg kell határozni a szemcsés halmazok tulajdonságait, ill. jellemzőit: V ö − V sz 1.1 A porozitás ε meghatározása: ε = , ahol Vsz a szemcsék, V ö Vö a halmaz térfogata. : adott térfogatú halmaz tömegének megmérése után a hézagtérfogatot kell megmérni, ismert sűrűségű közeggel (pl.: víz) való feltöltés utáni ismételt térfogatméréssel. 1.2 A sűrűség ρsz meghatározása az 1.1 alapján. 1.3 Az de egyenértékű részecske átmérő meghatározása: (6) kifejezés segítségével. 1.4 A fluidum (levegő) anyagjellemzőinek ( sűrűség: ρf , din. viszkozitás: ηf ) meghatározása táblázat segítségével, adott hőmérséklethez.
foodfiles.uw.hu
2. Ki kell mérni és táblázatba kell foglalni a térfogatáram (W) , a nyomásesés (Δp) és halmazmagasság (L) értékeket. A mérést két féle anyaggal két-két halmaztöltet magassággal végezzük el. A ventilátor indítása után a szeleppel állítjuk be a levegő térfogatáramát és a beállított értékeket a rotaméterről tudjuk leolvasni. A beállított értékhez tartozó nyomásesést a manométer mutatja, illetve az üvegcsövön mérjük a szemcsés halmaz mindenkori magasságát. 5. A mért adatok kiértékelése 1.
A rotaméteren leolvasott térfogatáramokból az oszlop (üvegcső) üres keresztmetszetére vonatkoztatott sebességeket számítjuk: v 0 =
D 2 ⋅ 3,14
(7)
2.
Az adott sebességekhez kiszámítjuk Re értékeit.
3.
A légsebességhez tartozó hézagtérfogat ε értékeit számítjuk a mért L halmazmagasságokból és a halmaz (nyugalmi) porozitásából.
4.
Kiszámítjuk 2.a) és 2.b) összefüggései alapján a minimális fluidizációs sebességeket.
5.
A mért és számított adatok táblázatát: lásd. Külön. A mért adatok alapján megrajzoljuk a v0-Δp, az v0-L és v0-ε diagramokat.
6.
A mért adatok alapján be kell jelölni a minimális fluidizációs sebesség értékét.
7.
A mérésből meghatározott minimális fluidizációs sebesség értékét össze kell hasonlítani a számítások eredményeivel.
Anyagok
Ripped by Morgan
4W
v0* a) szerint számított
v0 * b) szerint számított
v0* mérésekből leolvasott
foodfiles.uw.hu
2
1
3
5
4
1. sz. ábra
ε
0,4
0,5
0,7 0,6 0,8 1,0
f mRem2
Ripped by Morgan
Rem Irodalom: Fábry György: Vegyipari gépek és műveletek III. TK., Budapest, 1989. Ciborowski: A vegyipari műveletek alapjai.. Mg. Kiadó, Budapest, 1969.
foodfiles.uw.hu
Anyag: ....................... Térfogatáram W Mért [m3/h]
Sebesség Reynoldsszám Nyomásesés v0 Re Δp számolt számolt mért [m/s] [-] [Pa]
Anyag: .......................
Ripped by Morgan
Térfogatáram W Mért [m3/h]
Töltetmagasság : L = ......... Redukált töltetmag. : L0 = ........... Magasság L mért [mm]
Porozitás ε számolt [-]
Töltetmagasság : L = ......... Redukált töltetmag. : L0 = ...........
Sebesség Reynoldsszám Nyomásesés v0 Re Δp számolt számolt mért [m/s] [-] [Pa]
Magasság L mért [mm]
Porozitás ε számolt [-]
