CC BY
15
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 175 1971
ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРА И РЕЖИМА ДВИЖЕНИЯ ВЗВЕШИВАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПСЕВДООЖИЖЕНИЯ
А. Д. АЛЕКСЕЕВ
(Представлена научной итоговой конференцией химико-технологического
факультета)
В работе [1] проведен качественый анализ влияния характера движения газа через пористые среды с точки зрения эффективности ■ его воздействия на материал и высказано предположение о том, что нестационарные движения газа через слой вызовут его кипение при меньших по сравнению со стационарными расходах взвешивающей среды. Для подтверждения справедливости этого положения проведены исследования при стационарном / = 0 и синусоидально-пульсирующем характерах движения взвешивающей среды. В качестве материалов приняты воздушносухие гранулированные препараты, выпускаемые Томским химико-фармацевтическим заводом, и зерна мака. Основные характеристики материалов приведены в табл. 1. Описание установки и методики эксперимента приведены в работе [1].
Удельные нагрузки материала на решетку составляли 346-^693 н/м2.
Установлено, что при продувке как свободно насыпанного, так и предварительно уплотненного слоя стационарным потоком воздуха имеется зона скоростей, в которой возможно устойчивое псевдоожиже-иие. Основную группу исследованных материалов составляют многокомпонентные полидисперсные смеси, и их переход в кипящее состояние происходит постепенно, по мере увеличения расхода взвешивающей -среды. В первый момент взвешиваются мелкие и легкие компоненты, скорость витания которых меньше скорости потока, в то время как основная масса материала остается неподвижной.
Псевдоожижение фармпрепаратов сопровождается выдуванием легких компонентов в верхние участки слоя и образованием сквозных ка-■налов, препятствующих взвешиванию тяжелых и крупных. Если скорость потока достигает величины, достаточной для разрушения каналов, то это вызывает интенсивное кипение всего материала. Работа при повышенных скоростях сопровождается образованием крупных газовых пузырей, выбросом частиц за пределы слоя, уносом мелких и легких компонентов и изменением минералогического состава.
Основная часть опытов с нестационарным потоком проводилась на частотах 3,35 и 10 гц. Внешняя картина поведения слоя при этом существенно отличается от той, которая наблюдается при воздействии на него невозмущенным потоком. В начальный период, пока скорость потока невелика, видимых изменений в состоянии слоя не наблюдается. "Последующее увеличение скорости, а следовательно, и интенсивности .динамических воздействий вызывает колебания частиц, находящихся
Характеристики исследованных материалов и результаты эксперимента
Параметр
Материал
пиркофен 1
пиркофен 2
пиркофеп 3
ПАСК
дорматол
викалии
зерна мак!
Размер частиц, мм Эффективный диаметр, мм Плотность материала, кг/мЗ Насыпная плотность слоя, кг/мЗ Критерий Архимеда АгХЮ2
0,25^5,0 0,578 1245 457-508 86
0,5-5,0 1,235 1245 410-462 837
0ч-6,0 1,8 1295 450 542 2700
О, -: 6,0 0,253 1807 563—640 10,6
0,^-6,0 0,739 1250 525 -550 181
0^-2,5 0,18 2670 585-590 5,5
0,6-5-1,0 0,75 1200 622-654 181
Оптимальные значения скорости, м/сек
/=0
/=3,35
/»10
0,36
0,156
0,14
0,64 0,31 1,34
1,01 0,62 0,68
0,365
0,15
0,15
0,98 0,55 0,54
0,35
0,049
0,052
0,41 0,25 0,26
Оптимальные значения критерия Рейнольдса
№„ ,^,,-т.
/=0
/=3,35 / = 10
13,9 6,0 5,4
52,4 25,4 27,9
20.6
74.2
81.3
6, 13 2,52 2,52
48 27
26,5
4,18 0,586 0,62
20,4 12,4 12,95
Расширение слоя при
И,......
/=0
/- 3,35 /=10
1.21 1,056 1,028
1,145 1,031 1,012
1,165 1,092 1,01
1,27
1,145
1,09
1,265 1,137 1,02
1,367
1,26
1,15
1,09 1,02 0,98
Рис. I. а) зависимость порозности слоя маковых зерен гт от скорости в свободном сечении аппарата w и частоты пульсаций f ; б) изменение сопротивления слоя ДР при тех же условиях
Рис. 2. Графики зависимости эффективности псевдоожижения от критерия Архимеда Аг и частоты пульсаций {
вблизи свободной поверхности. Частота колебаний соответствует частоте внешних возмущающих воздействий. Одновременно с колебанием частиц начинается их переукладка, что приводит к уменьшению объема слоя. Уплотнение сопровождается соответствующим увеличением сопротивления. Дальнейшее повышение расхода приводит к более заметному подбрасыванию частиц, и в движение постепенно вовлекаются все большие и большие участки слоя. Такая картина наблюдается до тех пор, пока не начнется подбрасывание всей массы материала, результатом чего является ее отрыв от распределительной решетки и периодическое взвешивание. Этот процесс сопровождается прорывом через слой мелких газовых пузырей, что вызывает перемешивание частиц и способствует стабилизации режима кипения. Сопротивление слоя при увеличении скорости возрастает вплоть до момента, когда в продолжение одного импульса весь слой или значительная его часть не окажется взвешенной большую часть периода. Последующее повышение скорости не вызывает существенных изменений в сопротивлении слоя.
Типичные кривые псевдоожижения приведены на рис. 1.
Увеличение удельной нагрузки материала на решетку вызывает незначительное смещение кривой расширения в сторону больших скоростей движения газа. Постепенное уменьшение расхода газа так же смещает кривую расширения в сторону больших скоростей. При полном прекращении подачи воздуха слой оказывается сильно уплотненным.
Осредненные значения величин, характерных для устойчивого режима кипения слоя, приведены в таблице.
Из приведенных данных видно, что численные значения скоростей псевдоожижения зависят от характера движения среды. При псевдоожижении стационарным потоком требуются наибольшие расходы взвешивающей среды. Для взвешивания тех же материалов возмущенным потоком требуются меньшие расходы, а степень снижения зависит от свойств и гранулометрического состава слоя. Наибольшее снижение скоростей наблюдается для викалина, характеризующегося многокомпо-нентностью химического состава и сравнительно небольшими размерами частиц, что ясно видно из рис. 2.
Отклонение от общей закономерности для двух материалов (дор-матол, мак) объясняется существенным отличием их свойств от свойств других исследованных материалов.
Обнаруженная тенденция к повышению эффективности нестационарных воздействий при уменьшении размеров частиц представляется весьма важной, так как позволяет осуществлять процессы с тонкодисперсными материалами, обладающими повышенной склонностью к слипанию и образованию каналов.
Выводы
1. Применение низкочастотных синусоидальных воздействий воздушного потока стабилизирует режим псевдоожижения зернистых материалов и обеспечивает устойчивое кипение при меньших по сравнению со стационарным расходах взвешивающей среды и меньшем расширении слоя.
2. Эффективность синусоидально-пульсирующих воздействий зависит от гранулометрического состава слоя, свойств материала, частоты пульсаций и практически не зависит от удельной нагрузки материала на распределительную решетку.
ЛИТЕРАТУРА
1. А. Д. Алексеев. Влияние нестационарности газового потока на поведение слоя зернистого материала. Сб. Известия ТПИ, 133, 69—74, 1965.
