Кипящий слой это кратко

Обновлено: 05.07.2024

Кипящий псевдоожиженный слой – это состояние зернистого сыпучего материала, при котором, под влиянием проходящего через него потока газа или жидкости (сжижающих агентов), частицы твердого материала интенсивно перемещаются одна относительно другой. В этом состоянии слой напоминает кипящую жидкость, приобретая некоторые её свойства, и его поведение подчиняется законам гидростатики.

Отметим, что в качестве величины, характеризующей расход газа (рис. 4.6), использована фиктивная скорость υ₀ , равная объему газа ΔV, прошедшему че­рез слой, отнесенного к площади S поперечного сечения слоя и времени Δτ :

Важнейшей характеристикой слоя сыпучего материала является порозность ε - объемная доля пустот в слое:

где V_с - общий объем, занимаемый слоем; V_m - объем, занимаемый частицами твердой фазы.

Для неподвижного слоя шарооб­разных частиц порозность составляет приблизительно ε ≈ 0,4, независимо от диаметра этих частиц. Порозность псевдосжиженного слоя увеличивает­ся с повышением расхода газа. Когда объем слоя становится намного боль­ше, чем объем твердой фазы, пороз­ность стремится к единице.

Рис. 4.1 График зависимости падения давления от фиктивной скорости.

Переход неподвижного слоя в кипящий происходит при такой скорости ожижающего агента υ_пс , когда гидродинамическое давление потока Р уравновешивает силу тяжести G, действующую на частицу. При дальнейшем увеличении скорости слой вначале расширяется при неизменном гидравлическом сопротивлении ΔP, а при достижении условия P>G частицы начинают выноситься из слоя. Пока слой неподвижен, P возрастает при увеличении υ₀ (участок АВ). После точки В, соответствующей переходу слоя во взвешенное состояние, сопротивление слоя не изменяется при росте скорости (участок ВС). После точки С, соответствующей началу уноса частиц твердого материала, сопротивление слоя падает. Скорости ожижающего агента, соответствующие точкам В и С, называются скоростью псевдоожижения υ_nc и скоростью υ_ун уноса соответственно. Отношение υ_nc/υ_ун называется числом псевдоожижения, характеризующим интенсивность перемешивания частиц в кипящем слое. Основные параметры кипящего слоя могут быть вычислены по полуэмпириче­скому уравнению:

Здесь Re - число Рейнольдса, определяемое по фиктивной скорости, диаметру частиц d_m, плотности ρ и коэффициенту динамической вязкости газа μ:

где Ar — число Архимеда, равное

где ρ- плотность частиц твердой фазы; g - ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с 2 ).

С целью обобщения опытные данные, полученные для разных систем, представляют в виде зависимости между безразмерными числами подобия Лященко Ly и Архимеда Ar

Зависимость Ly = f(Ar) при разных значениях порозности слоя ε представлена в логарифмических координатах на рис. 4.3 . Благодаря тому что число Лященко не содержит величины диаметра частиц, а число Архимеда - скорости газа, графики на рис. 4.3 позволяют найти любую из трех величин (d_m, υ₀ или ε), если известны две из них d_m, υ₀ .

Кипящий псевдоожиженный слой – это состояние зернистого сыпучего материала, при котором, под влиянием проходящего через него потока газа или жидкости (сжижающих агентов), частицы твердого материала интенсивно перемещаются одна относительно другой. В этом состоянии слой напоминает кипящую жидкость, приобретая некоторые её свойства, и его поведение подчиняется законам гидростатики.

Отметим, что в качестве величины, характеризующей расход газа (рис. 4.6), использована фиктивная скорость υ₀ , равная объему газа ΔV, прошедшему че­рез слой, отнесенного к площади S поперечного сечения слоя и времени Δτ :

Важнейшей характеристикой слоя сыпучего материала является порозность ε - объемная доля пустот в слое:

где V_с - общий объем, занимаемый слоем; V_m - объем, занимаемый частицами твердой фазы.

Для неподвижного слоя шарооб­разных частиц порозность составляет приблизительно ε ≈ 0,4, независимо от диаметра этих частиц. Порозность псевдосжиженного слоя увеличивает­ся с повышением расхода газа. Когда объем слоя становится намного боль­ше, чем объем твердой фазы, пороз­ность стремится к единице.

Рис. 4.1 График зависимости падения давления от фиктивной скорости.

Переход неподвижного слоя в кипящий происходит при такой скорости ожижающего агента υ_пс , когда гидродинамическое давление потока Р уравновешивает силу тяжести G, действующую на частицу. При дальнейшем увеличении скорости слой вначале расширяется при неизменном гидравлическом сопротивлении ΔP, а при достижении условия P>G частицы начинают выноситься из слоя. Пока слой неподвижен, P возрастает при увеличении υ₀ (участок АВ). После точки В, соответствующей переходу слоя во взвешенное состояние, сопротивление слоя не изменяется при росте скорости (участок ВС). После точки С, соответствующей началу уноса частиц твердого материала, сопротивление слоя падает. Скорости ожижающего агента, соответствующие точкам В и С, называются скоростью псевдоожижения υ_nc и скоростью υ_ун уноса соответственно. Отношение υ_nc/υ_ун называется числом псевдоожижения, характеризующим интенсивность перемешивания частиц в кипящем слое. Основные параметры кипящего слоя могут быть вычислены по полуэмпириче­скому уравнению:

Здесь Re - число Рейнольдса, определяемое по фиктивной скорости, диаметру частиц d_m, плотности ρ и коэффициенту динамической вязкости газа μ:

где Ar — число Архимеда, равное

где ρ- плотность частиц твердой фазы; g - ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с 2 ).

С целью обобщения опытные данные, полученные для разных систем, представляют в виде зависимости между безразмерными числами подобия Лященко Ly и Архимеда Ar

Зависимость Ly = f(Ar) при разных значениях порозности слоя ε представлена в логарифмических координатах на рис. 4.3 . Благодаря тому что число Лященко не содержит величины диаметра частиц, а число Архимеда - скорости газа, графики на рис. 4.3 позволяют найти любую из трех величин (d_m, υ₀ или ε), если известны две из них d_m, υ₀ .

Кипя́щий слой создаётся в тех случаях, когда некоторое количество твёрдых частичек находится под воздействием восходящего потока газа (обычно воздуха) или смеси из газа и жидкости, благодаря чему твёрдые частички находятся в зависающем состоянии. Такая система ведёт себя подобно жидкости.

Принцип разделения веществ в кипящем слое

Принцип разделения частиц в кипящем слое основан на использовании процесса псевдоожижения.

Кипящий слой представляет собой смесь жидкой и твёрдой фаз, которая имеет свойства, подобные свойствам жидкости. В частности, верхняя поверхность кипящего слоя является относительно горизонтальной, что аналогично поведению жидкостей, находящихся в покое. Кипящий слой можно рассматривать как неоднородную смесь жидкой и твёрдой фаз, которая может быть представлена как единая масса с единой плотностью. Частицы с более высокой плотностью, чем единая плотность кипящего слоя будут опускаться вниз, а частицы, имеющие плотность меньшую единой плотности кипящего слоя, будут подниматься. То есть, кипящий слой можно рассматривать как жидкость, подчиняющуюся закону Архимеда.

По мере того, как "единая плотность" кипящего слоя может изменяться (путём изменения либо количества жидкой фазы, либо количества твёрдой фазы), частички с разной плотностью по сравнению с "единой плотностью" кипящего слоя могут быть принуждены к тому, чтобы подниматься или опускаться.

Применение

Кипящий слой используется как однородная отяжелённая среда для разделения (обогащения, классификации) минеральной массы, а также для обеспечения интенсивного тепло-массообмена (печь кипящего слоя). Кипящий слой применяется, например, для цементации стали. В печи кипящего слоя проводят окислительный обжиг сульфидных руд, восстановительный обжиг концентратов и т. п.

Имеются широкие перспективы и действующие установки, где кипящий слой применяется как среда для сжигания твёрдых топлив, в том числе низкосортных, в топках энергетических котлов.

См. также

• Обогащение полезных ископаемых
• Металлургия

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Кипящий слой" в других словарях:

КИПЯЩИЙ СЛОЙ — см. Псевдоожижение … Большой Энциклопедический словарь

кипящий слой — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN fluosolids … Справочник технического переводчика

Кипящий слой — псевдоожиженный слой, состояние слоя зернистого сыпучего материала, при котором под влиянием проходящего через него потока газа или жидкости (сжижающих агентов) частицы твёрдого материала интенсивно перемещаются одна относительно другой.… … Большая советская энциклопедия

кипящий слой — [fluidized bed] состояние твердого зернового материала, продуваемого потоком восходящего газа, при котором статическое давление слоя уравновешивает давление восходящего газового потока. При скорости газа ниже критической все зерна соприкасаются,… … Энциклопедический словарь по металлургии

кипящий слой — см. Псевдоожижение. * * * КИПЯЩИЙ СЛОЙ КИПЯЩИЙ СЛОЙ, псевдоожиженный слой, состояние слоя зернистого сыпучего материала, при котором под влиянием проходящего через него потока газа или жидкости (сжижающих агентов) частицы твердого материала… … Энциклопедический словарь

кипящий слой — verdantysis sluoksnis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. boiling bed; fluid bed; fluidized bed vok. Fließbett, n; Wirbelbett, n; Wirbelschicht, f rus. кипящий слой, m; подвижной слой, m; псевдожидкий слой, m pranc. couche fluidisée, f;… … Fizikos terminų žodynas

кипящий слой — verdantis sluoksnis statusas T sritis Energetika apibrėžtis Grūdelių pavidalo medžiagos tankaus sluoksnio virsmas verdančiu sluoksniu,veikiant iš apačios tekančių dujų ar skysčio srautui. Srautas sumažina gabaliukų sankibos jėgas ir atsveria… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

кипящий слой — взвешенный слой, флюидный слой … Cловарь химических синонимов I

КИПЯЩИЙ СЛОЙ — псевдоожиженный слой, см. Псевдоожижение … Большой энциклопедический политехнический словарь

КИПЯЩИЙ СЛОЙ — см. Псевдоожижение … Химическая энциклопедия

Перевод с английского: Гавриленко Д. А.

Описание: описана конструкция кипящего слоя, его свойства и классификация, история возникновения, классификация Гелдарта.

Кипящий слой сформирован, когда количество частиц твердого вещества (обычно присутствующие в миксере) помещены при соответствующих условиях для того, чтобы заставить твердую/жидкую смесь вести себя как жидкость. Это обычно достигается пропусканием воздуха под давлением через среду частиц. В результате получаем среду, имеющую много свойств и характеристик нормальных жидкостей; такие как способность к свободному потоку под силой тяжести, или может быть накачан, используя тип технологий для жидкости.

Получающееся явление называют псевдоожижение. Кипящие слои используются для разных целей, таких как реакторы с кипящим слоем (тип химических реакторов), кипящий слой для каталитического крекинга, сжигание в кипящем слое, тепловые или массовые преобразования или модификации поверности, такие как создание покрытия на твердые элементы.

Рисунок 1 — Самая старая электростанция использующая технологию циркулирующего кипящего слоя, Люнен, Германия

Свойства кипящего слоя

Кипящий слой состоит из жидко-твердой смеси, которой присущи свойства подобные жидкости. Также, верхняя поверхность слоя относительно горизонтальна и схожа с гидродинамическим режимом. Слой может быть рассмотрен как неоднородная смесь жидкого и твердого, которое может быть представлено единственной массовой плотностью.

В кипящем слое, контакт твердых частиц с псевдоожижающей средой (газ или жидкость) значительно больше, по сравнении с лежащим слоем. Такой режим при сжигании в кипящем слое дает возможность хорошего теплового обмена внутри системы и хорошей теплопередаче между слоем и поверхностями теплообмена. Подобно хорошей теплопередаче, которая дает возможность термической однородности аналогично хорошо смешанному газу, у слоя может быть значительная тепловая емкость, поддерживающая однородную температурную область.

Применение

Кипящий слой используются как технический процесс, у которого есть способность реализовать высокий уровень контакта между газами и твердыми частицами. В кипящем слое характерный набор основных свойств может быть использован, и является обязательным для современного процесса и химической технологии, эти свойства включают:

• Чрезвычайно высокая поверхностная область контакта между жидким и твердым телом в объеме кипящего слоя.
• Высокие относительные скорости между жидкой и рассредоточенной твердой фазой.
• Высокие уровни смешивания фаз частиц.
• Частые столкновения частиц с частицами и частиц со стенами..

Пример из пищевой промышленности: кипящий слой используется для ускорения замораживания в некоторых туннельных морозильниках IQF. IQF (ИБЗ) означает индивидуально быстро замороженный, или замораживание неупакованных отдельных частей. Этот кипящий слой типично используют для мелких продовольственных продуктов, таких как горох, креветки или нарезанные овощи, и могут использовать охлаждение сжатым паром или криогенное.

В 1922 году фон Винклер разработал реактор, который впервые использовал процесс газификации угля. Дальнейшее применение кипящего слоя включило каталитический крекинг минеральных масел в 1940 году. За это время теоретические и экспериментальные исследования улучшили конструкцию кипящего слоя. В 1960-х VAW-Lippewerk в Лонене ввел в действие первый промышленный кипящий слой для сжигания угля, а позже и для обжига гидроксида алюминия.

Типы кипящего слоя
Типы слоев могут быть грубо классифицированы по поведению их потока, включающем::

• Стационарные или пузырьковые слои, где псевдоожижение твердых частиц относительно стационарно, с некоторыми мелкими вовлеченными частицами.
• Циркулирующие слои, где псевдоожижение приостанавливает частицы слоя, из-за большей кинетической энергии текучей среды. Из его поверхности менее однородные и более крупные частицы могут уноситься со слоя, в отличии от стационарного слоя. Эти частицы могут быть выловлены в циклоне и отделены для последующего возвращения в слой, взависимости от размера частицы.
• Вибрационные кипящие слои подобные стационарным слоям, но добавлена механическая вибрация для дальнейшего стимулирования частиц для возрастания уноса

Некоторые режимы течения, как правило, используется для описания потоков в слое:

• Пробковый слой: пузырьки воздуха занимают все сечения котла и делят слой на слои.
• Кипящий слой: псевдоожиженный слой, в котором воздух или пузырьки газа примерно такого же размера, как и твердые частицы.
• Канальный слой : слой, в котором воздух (или газ) образует каналы в слое, через которые проходит большая часть воздуха
• Фонтанирующий слой: псевдоожиженный слой, в котором воздух образует единый проход, через который некоторые частицы увлекаются потоком в окружающую среду. При больших скоростях воздушного потока, встрясывание становится все более жестоким и движения твердого материала становится более сильным.

После минимальной скорости псевдоожижения (u ≥ u_mf), материал слоя будет приостановлен газовым потоком а дальнейшее увеличение скорости сократит влияние давления, в связи с достаточным проникновением газового потока. Таким образом, падение давления при u > u_mf является относительно постоянным. На дне емкости явное падение давления умножается на площадь поперечного сечения слоя и может быть приравнено к силе тяжести твердых частиц (менее плавучих твердых частиц в ожиженной среде).

Рисунок 2 — Структура кипящего слоя

Классификация Гелдарта

Группа А. Размер частиц от 20 до 100 мкм, плотность частиц, как правило, 1400кг/м 3 . До начала фазы кипящего слоя, эти частицы будут расширяться с коэффициентом 2 к 3 при начальном псевдоожижении, в связи с уменьшением насыпной плотности. Большинство сыпучих материалов из этой группы, используются в качестве инертного материала в кипящем слое.

Группа B. Размер частиц лежит между 40 и 500 мкм; плотность частиц между 1400 и 4500 кг/м3. Пузырьки обычно формируется непосредственно на начальном псевдоожижении.

Группа C. Эта группа содержит ультратонкие и впоследствии более связанные частицы размером от 20 до 30 мкм, эти частицы псевдоожижаются при тяжело достигаемых условиях, и может потребоваться применения внешней силы, например, механического перемешивания.

Группа D. Частицы в этой области превышают 600 мкм и, как правило, имеют высокую плотность. Псевдоожижение этой группы требует очень высокой мощности потока и, как правило, приводят к высокому уровню износа. Сушка зерна и гороха, обжаривание кофе в зернах, газификации угля, и обжиг руд некоторых металлов, они, как правило, обрабатываются в малых кипящих слоях или в режиме фонтанирующего слоя.

Как правило, под давлением газ или жидкость поступает в емкость кипящего слоя через многочисленные отверстия распределительной решетки, расположенной в нижней части кипящего слоя. Ожижающий газ проходит через слой, в результате ожижая твердые частицы.

Кипящий или псевдоожиженный слой – это состояние, характерное для сыпучих (дробленых) материалов при пропускании через них потока газа или воздуха под давлением. Получается взвешенная масса из твердых частиц, которая ведет себя подобно кипящей жидкости — интенсивно перемешивается. Каждое зерно твердого материала по всей поверхности контактирует с газом, чего не происходит в спокойном состоянии

Как вещество переходит в кипящий слой

Различают 4 режима прохождения сжижающего агента:

Где применяется метод кипящего слоя

Метод широко используется в различных химико-технологических процессах. Установки кипящего слоя используют в химической, в металлургической, в горнодобывающей, в перерабатывающей и в других сферах промышленности. Аппараты легко автоматизируются (контроль температуры процесса, давления газа, времени прохождения потока), являются экономически эффективными за счет сокращения продолжительности технологического цикла на производстве.

Тепловые, массовые и объемные расчеты с кипящим слоем применяют в следующих технологических процессах:

• адсорбция (поглощение) жидких и газообразных веществ (например, для осушения, очистки воздуха от примесей);
• теплообмен (различные теплообменные аппараты);
• перемешивание и сушка твердого материала (пастообразного, зернистого или порошкообразного);
• обжиг и сжигание (процессы обогащения руды, сгорания топлива);
• сепарация и транспортировка зернистых материалов и т. д.

В частности, для определения теплового баланса установок рассчитывают диапазон скоростей потока сжижающего агента, в котором будет происходить псевдоожижение, определяют порог начала уноса, порозность слоя при заданном давлении, максимальный и минимальный размер твердых частиц, изменения теплообмена и массообмена, теплоту сгорания материалов, гидродинамические характеристики системы и т. д.

Например, для расчета теплоты сгорания топлива в кипящем слое используют уравнение следующего вида:

где V_{под. сл} – расход воздуха под слой, м 3 /ч; V₀ н – теоретическое количество воздуха, м 3 /кг; Q_p – располагаемая теплота топлива, кДж/кг.

В процессах адсорбции и сушки скорость уноса твердых частиц рассчитывают по формуле:

где Re – критерий Рейнольдса, соответствующий режиму движения при уносе твердых частиц; μ_в – динамическая вязкость воздуха при температуре 20 °С, Па × с; d – диаметр частиц, м; ρ_в – плотность воздуха при 20 °С, кг/м 3 .

Во многих установках сжижающим агентом является атмосферный воздух, который через фильтр подают в реактор. Аппараты обычно работают в непрерывном режиме, но могут использоваться и в периодических процессах. Это оборудование идеального смешения, способное поддерживать постоянство характеристик перемешиваемой среды в каждой точке.

В аппаратах кипящего слоя процессы горения, окисления, взаимодействия веществ твердой и газообразной/жидкой фазы протекают в несколько раз быстрее, чем в установках, использующих другие технологии.

Аппараты кипящего слоя Дюпонт

Технология псевдоожижениялежит в основе работы следующих агрегатов:

• печей и топок кипящего слоя;
• котлов;
• сушилок;
• оборудования для нанесения порошковой краски и т. д.

Для получения более полной информации свяжитесь со специалистами компании удобным для вас способом.

Читайте также:

  
• Сотворение мира по библии кратко
  
• Гражданская позиция ломоносова кратко
  
• Объединение египта 5 класс история кратко
  
• Диетотерапия при деформирующем остеоартрозе кратко
  
• Ключица анатомия человека кратко