Fluidizáció fenomenológikus leírása
Fluidizáció „Pszeudó” cseppfolyós réteg „Szemcsés halmaz” Ágymagasság
h
vGÁZ Álló ágy
D
Gázelosztó
vGÁZ
(töltettartó)
h1
h0
Fluid ágy
vG =
V&GÁZ
A=
A
Homogén
ΔpÁGY=állandó Plató
ΔpÁGY
Dπ 4
Álló ágy
Fluid ágy
hágy
„h” is növekedik
A fluidizáció áramlástani leírása: Adott egy álló szemcsés halmaz, felfelé áramló gáz
a fluidizáció vége, a pneumatikus szállítás kezdete
hO: a nyugvó (mozdulatlan) ágy magassága
Pneumatikus szállítás
h0
h0 vo
vlebegés
vGÁZ
A=
„Rétegsúly” G
D 2π 4
A: (üres) áramlási keresztmetszet ΔpRÉTEG
vGÁZ
V& A ΔpRÉTEG: az ágy nyomásvesztesége v GÁZ =
G = mSZEMCSÉS HALMAZ . g
V&GÁZ
Ismétlés!
Az álló ágy leírása Ergun – szerint:
Rendezetlen halmazokon történő fluidum ( gáz ) átáramlásának leírására lamináris esetre: ismerjük az összefüggést!
gg és
Álló ágy
-ö ss
ze fü
Rendezetlen halmazokon történő fluidum ( gáz ) átáramlásának leírása; Kozeny-Karman szerint:
Er gu n
ΔpRÉTEG lg
Homogén, pneum. Száll.
A gázsebességet növeljük
vGÁZ
vo
Inhomogén
Fluid ágy
2
vO : a fluidizáció kezdeti gázsebessége ΔpRÉTEG
h∞
h2
lg vGÁZ [m/s]
vGÁZ =
Δp RÉTEG ⎡ m ⎤ ε3 ⋅ 2 2 k o ⋅ (1 − ε ) ⋅ S o η GÁZ ⋅ l RÉTEG ⎢⎣ s ⎥⎦
1
Az Ergun – összefüggés lamináris és turbulens áramlási esetben is használható!
Δp = 150
(1 − ε )2 . η ε
3
d
2
.ho v G + 1,75.
(1 − ε )2 ⋅ ρ G .h v 2 ε3
d
o
Δp = 150
d2
(1 − ε )2 ⋅ ρ G .h v 2 ε3
d
o
G
Egy adott kísérletben lehet állandó?
szemcseméret
ΔpRÉTEG
Az Ergun – egyenlet:
Δp = A.vG + B.v2G
ηGÁZ
ρGÁZ
ε3
.ho v G + 1,75.
G
ε = a porhalmaz porozitása h0
(1 − ε )2 . η
vGÁZ
A fluidizáció leírásához ismernünk kell:
Δp = A.v1G + B.v2G
ΔpRÉTEG
Turbulens jelleg
Lamináris jelleg
i Lam
is nár
ze fü gg és
ΔpÁGY
Er gu nös s
Erg u
n-ö ssz efü ggé s Tu rbu len s
ΔpÁGY=állandó ΔpRÉTEG
vGÁZ [m/s]
vGÁZ
Egyik legfontosabb kérdés a fluidizáció kezdeti sebességének meghatározása
ΔpRÉTEG
h0
„Rétegsúly” G
ΔpRÉTEG
ΔpRÉTEG
vGÁZ [m/s] A fluidizáció kezdetén: ΔpRÉTEG = ΔpGÁZ
ΔpRÉTEG
fluidizáció kezdeti sebessége vGÁZ
V&GÁZ
vÜZEMI
ΔpRÉTEG
?
ΔpRÉTEG =….
h0
vGÁZ [m/s]
D 2π A= 4
vlebegés
vo
Kísérletekkel: lásd; Praktikum!
A=
D 2π 4
vGÁZ
GTÖLTET
gázelosztó FGÁZ
2
A gázelosztóra eső rétegnyomás:
GTÖLTET
GTÖLTET = ho. A.(1-ε).g.(ρSZ- ρG)
ΔpG = h0 (1-ε). g. Δρ
A fluid réteg nyomásesése
ΔpRÉTEG
FGÁZ FGÁZ = A.Δp A fluidizáció kezdetén: GTÖLTET = FGÁZ vGÁZ [m/s]
ho. A.(1-ε).g.(ρSZ- ρG)= A.Δp ΔpG = h0 (1-ε). g. (ρSZ- ρG)
A fluid ágy nyomásvesztesége számítható!
Δρ
vO = a fluidizáció kezdeti sebessége =
ΔpRÉTEG
ΔpG = h0 (1-ε). g. Δρ = A.vG + B.v2G
?
A fluidizáció kezdetén:
ΔpG = h0 (1-ε). g. Δρ = A.vG + B.v2G
Er gu nös s
ΔpÁGY
ze fü gg és
h = hO és v = vO
vGÁZ [m/s]
hO (1 − ε )gΔρ = 150
(1 − ε )2 hOη v ε 3d 2
O
+ 1,75
(1 − ε )hO ρ G ⋅ v 2 ε 3d
vo
.
O
d 3 ρ 2G
η 2 ρG
A fluidizáció kezdete Egyszerűsítés után:
(1 − ε ) Re + (1 − ε ) 150
150
2
ε3
0
ε3
Re
2
0
= Ar
(1 − ε ) Re + (1 − ε )2 Re 2 ε3
0
ε3
0
= Ar
Ha: ε = 0,4 , az összefüggés: Az egyenletből számítható: dSZEMCSE=>Ar =>Re0 => v0
Az egyenlet közelítő megoldásával a ( már megismert) lebegési-ülepedési és a fluidizáció sebesség összefüggése egyszerre egy diagramban ábrázolható:
Re O =
Ar 1400 + 5,22 Ar
A fluidizáció kezdetéhez tartozó „Re” – szám => vO A fluidizáció kezdeti sebessége meghatározható!
3
A fuidizáció (max. sebességének) vLEBEGÉS meghatározása: ΔpRÉTEG
vGÁZ [m/s]
Adott (d) méretű szemcsékből álló halmaz viselkedése növekvő sebességű gázsebesség hatására:
vLEBEGÉS
vleb Re~v
A már ismert (minden áramlási tartományra érvényes)
Re LEBEGÉS =
tiku ma 1 u e Pn ε= ,4 ε =0 ó i c zá i di F lu g réte vó g u Ny
Re
Pneumat. szállítás
„Todesz – összefüggés” szerint:
s rdá iho k s
v0
d
vGÁZ
Ar
Ar 18 + 0,61 Ar
Ar~d3
vLEBEGÉS meghatározható!
Egy adott gázsebességgel milyen méretű szemcsék fluidizálhatók? Ly
ε=
Ly ~ vG3
1 ε =0
,4
~vG3 Ar~d3 ~d3MIN
~d3MAX
Fluidizáció
Kihordás
Nyugvó réteg
A fluidizációs berendezés „üzemi gázsebességének vÜZ meghatározása (lásd: praktikum-I.) ΔpRÉTEG ΔpÁGY=állandó
Er gu nös s
ze fü gg és
ΔpÁGY
vGÁZ [m/s]
vo
vlebegés
Elvileg: vO < vÜZEMI < vLEB
4
A fluidizációs berendezés „üzemi gázsebességének vÜZ meghatározása (lásd: praktikum-I.)
A gázelosztó szerepe:
A tapasztalatok szerint: Nyugodt fluidizáció ΔpRÉTEG
pszeudofluid
Zavart, nem homogén
- A réteg tartása -A szemcsék számára zárt
-A gáz kis nyomásveszteséggel történő egyenletes elosztása vGÁZ [m/s] vÜZEMI ≅ v NYUGODT ≅ 1,2..1,45.v O
Rostélytípusok:
Gombás elosztók:
-Perforált lemezek - Porózus anyagok ( kerámia, szinterfémek…) - Nagyszemcsés halmaz - Gombás gázelosztók
5
Hiszterézis:
A fluid ágy homogenitása: - Mozgásba hozás többlet energiaigénye - szemcseközi tapadás
-minden szemcse mozog
ΔpRÉTEG
-a szemcsesűrűség mindenütt azonos
ΔpÁGY
vGÁZ vo
Rendellenes működés:
A fluidizációs eljárások előnyei:
-Az intenzív gáz-szilárd érintkeztetés => gyors átadási folyamat -Termelékeny, nagy hatékonyság -Mozgó alkatrész nélküli, könnyen szabályozható, egyszerű készülék -Üzeme folyamatos -Az ágy fizikai jellemzőinek egyenletessége (pl. nincs túlhevülés)
6
A fluidizációs eljárások alkalmazásának korlátai:
A fluidizáció alkalmazásának lehetőségei: -Adszorpció
-Egyenletes szemcse-eloszlású, nem tapadó halmazokra -Az eltérő szemcseméret eltérő tartózkodási időt eredményez
-Szilárd-gáz reakciók (pl. tüzelés) -Szilárd halmazok melegítése, hűtése -Szilárd halmazok melegítése, hűtése
-A porlódás, készülék kopás jelentős lehet
-Szárítás -Katalitikus reakciók -Homogenizálás
7
