6.3. Fluidizáció. ε ρ p ρ f Elméleti összefoglalás

Átírás

1 6.3. Fluiizáció Eléleti összeoglalás A luiizáció jelenségével a vegyiarban több helyen találkozhatunk. Pélaként egelítjük a luiizációs szárítót, a luiizációs irit-örkölőt, sőt több heterogén katalitikus reakció is luiizált katalizátorszecséken játszóik le. Ha valaely luiu szecsés anyagon keresztül áralik és az áralási nyoásesés eléri a szecsés réteg egységnyi rácselületre eső archieesi súlyát, a réteg ellazul és az áralási sebesség további növelésével a szecsék lebegni kezenek. A nyoásesés ne nő tovább, hane konstans értéket vesz el. Az így kialakuló ún. rácsnyoás ([1] 10. ol.): ( 1 ε)( ρ ρ ) g ahol ε ρ ρ a luiizált réteg agassága a ajlagos hézagtérogat a töltet sűrűsége a luiu sűrűsége (6.3-1) A töltet által eloglalt oszloagasság, ha ne lenne hézag a szecsék között, 0 lenne (hézagentes töltetagasság). 0 ( 1 ε ) (6.3-) Ez az érték állanó a luiizáció során, tehát a nyoásesést a továbbiakban egységnyi reukált töltetagasságra vonatkoztatjuk. ( ) ρ ρ g (6.3-3) 0 Az áralási nyoásesés a töltött oszlook hiroinaikai ellenállására levezetett összeüggés segítségével is kiszáítható: 0 1 v ρ 0 ahol v0 v az üres oszlora vonatkoztatott áralási sebesség, /s; a súrlóási tényező; a luiizált részecskék átérője,. (6.3-) 69

2 Fluiizált állaotban a részecskére ható erők egyensúlyban vannak, azaz a közegellenállási erő egyenlő az archieesi súllyal. D π D π 1 v0ρ 0( ρ ρ ) g 0 (6.3-5) ahol D a luiizációs cső átérője A (6.3-5) egyenlőség átrenezésével kajuk Re Reynols-szá üggvénye. Re ( ) ρ ρ ρ g η 3 1 Ar kiejezését, elynek értéke a (6.3-6) Re ( ) ρ ρ ρ g 3 η 70 v0ρ Re η ábra Re Re iagra luiizációhoz

3 A ábrán Re v0ρ értéke látható a Re η üggvényében. A görbese- reg araétere a relatív hézagtérogat (ε). Az ábra a kezeti ( v 0 ) és kihorási sebesség ( v 0 ), illetve a luiizált réteg agasságának száítására használható. A kezeti luiizációs sebesség Ergun kéletének elhasználásával is száítható. Nyugali állaotban a nyoásesés a töltött oszloon [1] 1 : 1 ε ( ) + v ε 3, 0 ρ ε Re (6.3-7) Az (6.3-1) és (6.3-7) kiejezésekkel egaott nyoásesés a luiizáció kezetén elléő erőegyensúly állaotában egyenlő, aelyből a következő kiejezést kajuk: Re Ar 3 [ 1, 75 Re + 150( 1 ε) ] (6.3-8) ε A nyugaloban lévő töltet ε értékét a (6.3-8) kiejezésbe helyettesítve és Re -ot kiejezve száítható v 0 Re értéke. [ ] ( ) ( ) 3 v, Ar + + 0ρ ε ε 1 75 ε η 1, 75 (6.3-9) A kihorási sebesség az egyei test üleeési végsebességének száításával is eghatározható, ivel ekkor ε 1. A (6.3-6) összeüggéssel einiált Archiees-szá (Ar) a szecse éretének iseretében száítható ([1], 110. ol.), aj a [1].1. ábráján egaott általánosított üleeési iagra elhasználásával eghatározzuk a jascsenko-szá (j) értékét, aelyből egkajuk a keresett kihorási sebességet ( Re j Ar ) 3. Ha a kihorási sebesség nagy érték, eltételezhetjük, hogy az üleeés a Newton tartoányban történik (C D 0,). Ekkor az Archiees- és a jascsenko-szá között a következő összeüggés áll enn: j Ar. (6.3-10) 3 0, A kihorási sebességhez tartozó Reynols-szá (6.3-10) elhasználásával: Re ( j Ar) Ar 1, 708 Ar. (6.3-11) 3 0, 1 Re és Re einíciója azonos. 71

4 6.3.. A érés leírása A luiizáló berenezés vázlata a ábrán látható. A luiizáció jelenségét 110 belső átérőjű üvegcsőben tanulányozzuk. A szecsés anyag sűrűségét, a 10 és 103 száú rotaéterek kalibrációs táblázatait valaint a 10 és 13 száú érőereek geoetriai aatait a készülék ellett kiüggesztett tábláról olvashatjuk le. A ventillátor eginítása előtt a 0 és 07 szeleek kivételével az összes szeleet lezárjuk. A ventillátor eginítása után a 03 szele kinyitásával legalább háro különböző rotaéter állásnál (10 sz. rotaéter) érjük a luiizált rétegen létrejövő nyoásesést, a töltetagasság közvetlenül c-ben olvasható le. Ezután a 05 szele kinyitásával a 103 rotaéteren érünk tovább (0 szele elzáranó) isét legalább 3 rotaéter állásnál. Az áralási sebességet a 06 szeleel szabályozzuk. Az előzőekhez hasonlóan a rotaéter első éréshatárának elérése után a 10 érőereel, aj ha a 09 szele teljes nyitása után se történik kihorás a 13 érőereel érjük az áraló levegő ennyiségét. Biztosítsuk, hogy egyszerre inig csak egy rotaéteren vagy érőereen keresztül halajon át a teljes levegőára! A ért nyoásesésből a térogatára az isert óon száítható A érés kiértékelése: Ábrázoljuk log-log aíron az összetartozó 0 v0 értékeket (v 0 az üres oszlora száított lineáris áralási sebesség). Jelöljük eg a luiizáció kezetének és a kihorás kezetének egelelő érési aatokat a iagraon és a érési jegyzőkönyvben. Isert térogatú (ajánlott: V100 c 3 ) szecsés anyag súlyát (G) egérve száítsuk ki a nyugvó töltet látszólagos ajsúlyát (δ ) és relatív hézagtérogatát (ε ). V G ρ δ ε 1 (6.3-1) V ρ Száítsuk ki az oszloban levő töltet súlyát és hasonlítsuk össze a luiizált állaotban a tölteten létrejövő nyoásesés ért értékéből szárazó nyoóerővel: D π D π g (6.3-13) ( 1 ε)( ρ ρ ) A érőereen átáraló luiu térogatáraának száítására az MSZ 1709/1 szabvány egyenleteket közöl, elyek jelen leirat ellékletében és a Vegyiari Gétan jegyzetben egtalálhatók. 7

5 6.3-. ábra Fluiizációs kísérleti berenezés (gáz - szilár) Száítsuk ki a nyoásesést a (6.3-) kélet segítségével is. A kéletben szerelő értéke nyugali töltet esetén a ért Re értékhez a iagraról leolvasott Re -ből száítanó, luiizált állaotban eig a (6.3-6) összeüggés- 73

6 sel száított Re értékből aóik. A levegő sűrűsége a tökéletes gáztörvényből száítható. A részecskék átérőjének eghatározásához érjünk le isert száú (n 0 50 b) göböcskét analitikai érlegen, a ért töeget jelölje. A ért aatokból száítható az átlagos szecseátérő: 3 6 nπρ (6.3-1) (A nyoásesés száítása enti óon csak két-két érési ontra végzenő el, éseig egy v 0 0, 1K 0, 3 /s közötti tetszőleges értékre illetve a luiizáció kezete utáni első érési ontra, ahol ég jól eghatározható az töltetagasság). A nyugaloban lévő töltet nyoásesését száítsuk ki Ergun (6.3-7) kéletével inen, a luiizáció kezetét egelőző érési ontban. Száítsuk ki, hogy a kihorási sebesség hányszorosa a luiizáció eginulásakor ért sebességnek. A éréseket két különböző (legalább 1 c) töltet agasságnál végezzük el. Méréseinket a következő táblázatokba oglaljuk össze: V térogatú szecsés anyag ért súlya G V térogat Reukált töltetagasság 0 1. éréssorozat:. éréssorozat: n arab göböcske töege eért göböcskék száa n A göböcskék átlagos átérője Töltet Sor- Rotaéter Mérőere W v 0 ért 0 ε szá állás h h ért (6.3-7) Pa 3 /s /s Pa csak a luiizáció kezetét egelőző érési ontokban! A luiizáció kezetét egelőző és az azt követő ontokra végzett száításaink ereényeiből készítsük el az alábbi táblázatokat: 7

7 Nyoásesések 1. éréssorozat. éréssorozat összehasonlítása nyugvó lui nyugvó lui W, 3 /s ért (6.3-. ké- száított let) rácsnyoás ( kélet) sz 100 % r 100 % Kezeti luiizációs sebesség, v 0, /s Kihorási sebesség, v 0, /s ért ért 1. sorozat 1. sorozat. sorozat. sorozat száított iagraból száított iagraból (6.3-9) -ből [1].1. ábrájáról (6.3-11) -ből Iroalo: [1.] Fonyó Zs., Fábry Gy.: Vegyiari űvelettani alaiseretek. Nezeti Tankönyvkiaó, Készítette: Hunek Józse Deák Anrás Ellenőrizte: Fonyó Zsolt 75

8 Melléklet a Fluiizáció cíű éréshez: Mérőereen átölő luiu térogatáraának száítása D D/ egcsaolás esetén 3 W CE π ε ρ ahol a érőere belső átérője, ért nyoásesés, Pa ρ a luiu sűrűsége, kg/ 3 E beléési tényező, E 1 1 β β D átérő viszony, D a csővezeték belső átérője, exanziós szá. Folyaék áralásakor ε 1, gázok áralása esetén ε ε 1 ( 0, 1 + 0, 35β ), ha 0, 5 κ a érőere előtt ért nyoás, Pa κ aiabatikus kitevő, levegőre κ 1,. C sebességi tényező β, C 0, , , β, β, β β Dvρ Wρ Re D η Dπη + 0, 009β, 5 10 Re 6 D 0, 75 Mivel a C sebességi tényező ügg a Re D értékétől, tehát az iseretlen térogatáratól, a száítás iterációt igényel. Microsot Excel használata esetén válasszuk az autoatikus iterációs száítási lehetőséget, és ennek egelelően írjuk be az egyes cellákba a száítási összeüggéseket (a Re D -t száító cellában hivatkozzunk a W-t száító cellára). 3 ás a Vegyiari Gétan II. jegyzet olalait. Az Eszköztár enüben válasszuk a Beállítások sort, aj a Száítások ablakot aktivizálva a bal egérgobbal kattintsunk az Iteráció elletti négyzetre (az iteráció egengeett száán ne változtassunk). 76