Гранулирование

Процессы гранулирования в фонтанирующем слое

По общему мнению исследователей, принципиальной разни­цы в механизме гранулообразования в псевдоожиженном и фон­танирующем слоях нет. Специфической особенностью процесса гранулирования в фонтанирующем слое является, как правило, организованная направленная циркуляция частиц в слое и вследствие этого более равномерное распределение пленок гра­нулируемого вещества по поверхности частиц. Более существен­ными являются различия в гидродинамике псевдоожиженного и фонтанирующего слоев. Эти различия определяют разную интенсивность процессов тепло - и массообмена при грануляции. В этой связи интересно подробнее рассмотреть особенности гидродинамики фонтанирующих слоев и процессов тепло - и массообмена.

4.3.1. Особенности гидродинамики

В общем случае характер движения частиц в фонтанирую­щем слое определяется полем скоростей газа и твердой фазы в аппарате той или иной конструкции.

Фонтанирующий слой является более устойчивой гидродина­мической системой, чем псевдоожиженный. Он образуется в слое дисперсного материала в конических и цилиндро-кониче­ских аппаратах с нижним подводом газа. Основными парамет­рами, определяющими гидродинамическую устойчивость фонта­
нирующего слоя, являются диаметр частиц с1ч, диаметр входно­го отверстия для газа do и высота неподвижного слоя Н0. Режиму устойчивого фонтанирования, как правило,/Предшест­вует аномально высокий пик давления, иногда в 2—Ъ раза пре­вышающий рабочий перепад давления в слое. /

Уменьшение пика давления может быть обеспе/ено примене­нием дополнительных боковых (хордальных) вводов газа, как это было показано в работе [100] (рис. 4.16). /

На рис. 4.17 изображены кривые фонтанирования, получен­ные при различном соотношении потоков газа, вводимого в ап­парат фонтанирующего СЛОЯ £бок/£общ (где Z/бок — количество газа, поступающего в аппарат через боковые вводы; L0бщ — об­щее количество газа). Как видно из рисунка, увеличение соотно­шения Z/бок/^общ приводит не только к снижению пика давле­ния, но и значительному уменьшению скорости начала устойчи­вого фонтанирования шн. у.ф. При этом, правда, несколько по­вышается рабочий перепад давления в слое, что объясняется увеличением подвижности частиц в пристеночной части слоя и повышением концентрации частиц в ядре слоя.

Для снижения пика давления ДРтах и уменьшения рабочего перепада давления ДРраб применяют трубчатую вставку, уста­навливаемую на некотором расстоянии h от среза нижнего входного отверстия для газа [101, 102] (рис. 4.18). Использо­вание трубчатой вставки способствует более устойчивой цирку­ляции частиц в слое. Важнейшими характеристиками фонтани­рующего слоя являются также расход твердой фазы через ядро (трубчатую вставку) GT, время цикла циркуляции тц и пороз- ность ядра Ея-

Для определения расхода твердой фазы GT через сечение ядра на высоте h от входного отверстия получена следующая зависимость [103]:

GT=0,52GAr°.4n(/i/rf4) (4.94)

(где G — расход газа).

Для фонтанирующего слоя с трубчатой вставкой зависи­мость (4.94) принимает вид:

GT=0,64GAr°.‘ ln[(ft/d4) — 0,73]. (4.95)

Время цикла циркуляции тч по замкнутому контуру ядро — надслоевое пространство — периферийная зона — ядро является величиной случайной, поэтому для оценки интенсивности цир­куляции удобнее использовать распределение плотности веро­ятности времени цикла циркуляции ф(тц/тц), где тц—матема­тическое ожидание распределения.

Установлено [103], что плотность вероятности времени цик­ла циркуляции для фонтанирующих слоев описывается гамма - распределением вида:

Ф (тц/тц) = (х*/Г (*)) (Тц/тц)*-1 ехР (—хТц/Тц), где Г(х) —гамма-функция.

Рис. 4.16.Аппарат фонтанирую-
щего слояс дополнительными

хордальными вводами теплоно-
сителя :

/ — боковые хордальные вводы;
2— пневматическая форсунка

1P/W,

Рис. 4.19. Кривые распределения плотно­сти вероятности времени ци/па циркуля­ции: /

I — для обычного фонтаыирующего слоя (х=4); 2, 3 — для аппаратов со вставкой,

/гпоп/Я0=0,32 (х=9) и ОЛу (х=50) соответст-
венной

Зависимости (4.96) представ­ляет семейство кривых при Ог$х<°°, описывающих процесс от системы идеального переме­шивания (при у—И)) до систе­мы идеального вытеснения (при у—►<»).

На рис. 4.19 представлены кривые распределения плотности вероятности времени цикла циркуляции. Параметр распределе­ния (4.96) для обычного фонтанирующего слоя не зависит от режимных параметров слоя и при этом и=4. Для аппарата с трубчатой вставкой существенным является место установки трубки: с уменьшением отношения h/H0 параметр у увеличива­ется. Применение вставки позволяет изменять характер цирку­ляции как установкой ее на различной высоте, так и измене­нием массы слоя. Режим перемешивания твердой фазы при этом можно регулировать в широком диапазоне: от близкого к полному перемешиванию до близкого к полному вытеснению.

Среднюю скорость частиц по высоте ядра слоя (внутри труб­ки) можно принять постоянной [104]. С учетом этого получены выражения для определения порозности Єя частиц в ядре (тру­бе) слоя:

ея=1—4GT/(nrf2TppT^a) (4-97)

и поверхности частиц:

7я=6Gt/h/ (рт^чСя), (4.98)

где GT — расход твердой фазы через сечение ядра; кг/с; /я — длина ядра (трубы) слоя, м; rf, — диаметр частиц, м; v„ — скорость частиц в ядро (тру­бе), м/с.