Процессы и аппараты нефтегазо- переработки. процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии куиии д., Левеншпиль о

• Название: процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии куиии д., Левеншпиль о
• Анкор: Процессы и аппараты нефтегазо- переработки.docx
• Дата: 05.05.2018
• Размер: 2.36 Mb.
• Имя файла: Процессы и аппараты нефтегазо- переработки.docx
• Тип: Документы; #18896
• страница: 52 из 60

Рч — Рн _ 1 — Рн/Рч Рч — Р 1 — Р/Рч


(XXI,6)

где р_ч и р — плотность твердых частиц и движущейся среды.

Для газов или паров р_ч р, т. е.

1 —Рн/рч (XXI,7)

Следовательно, для определения величины порозности слоя е достаточно замерить насыпную плотность сыпучего материала р_н. Для разных материалов порозность неподвижного слоя обычно изменяется относительно в небольших пределах от 0,35 до 0,45. В среднем можно принять порозность псевдоожиженного слоя равной 0,40.

Эквивалентный диаметр перовых каналов. Между частицами слоя образуются поровые ка-

Рис. XXI-2. Кривая распределения гранулометрического состава частиц сыпучего материала.

налы, которые имеют переменное поперечное сечение, различную длину и ориентацию в пространстве. Если размеры частиц значительно меньше диаметра слоя (в 10 и более раз), то получается большое количество поровых каналов, индивидуальные различия которых перестают проявляться. В этом случае

⁶ = ^п/^СЛ

Fn/Fcn = фс (XXI,8)

где F_a и F_c.i — площадь поперечного сечения поровых каналов и слоя; <р_с — относительная площадь поперечного сечения поровых каналов.

Эквивалентный диаметр поровых каналов d_K можно определить следующим образом. Согласно определению

d_K=4F_n/n_n (XXI,9)

где П_п*— периметр поровых каналов, м.

d


к


4F_nL„

n_nL_n


П^п/^СЛ

Пп^п/^сл


4е

т


(XXI,10)

Если обозначить среднюю длину поровых каналов через L_n, то выражение (XXI, 9) можно записать в следующем виде:

где / — поверхность частиц в единице объема слоя.

Для шарообразных частиц диаметром d выражение (XXI, 10) преобразуется к следующему:

2

3 ' 1

- d г
(XXI,11)

а

f=6(l — e)/d (XXI,12)

Таким образом, все основные характеристики монодисперс- ного слоя сферических частиц определяются его порозностью и диаметром частиц.

3. 
   СОПРОТИВЛЕНИЕ СЛОЯ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА
   

4150. 
      Слой сыпучего материала можно рассматривать как систему поровых каналов, по которым движется газ или жидкость. Режим движения среды в поровых каналах может быть ламинарным, переходным и турбулентным в зависимости от величины числа Рейнольдса
      
4151. 
      Re₀=w₀d_Kp/p (XXI, 13)
      
4152. 
      где w₀ — скорость в поровом канале.
      
4153. 
      Скорость фильтрации w и скорость в поровом канале w₀ связаны соотношением
      
4154. 
      w_a = ai/e (XXI,14)
      
4155. 
      Так как в < 1, величина w₀ > w.
      
4156. 
      Приняв во внимание уравнения (XXI,11) и (XXI,14) можно записать уравнение (XXI, 13) в следующем виде:
      
4157. 
      Re₀ = w2s dp/s3 (1 — е) р, = [2/3 (1 — b)]w dp/ц = 2 Re₄/3 (1 — в) (XXI, 15)
      
4158. 
      Таким образом, число Рейнольдса в поровом канале однозначно выражается через число Рейнольдса при обтекании частицы и по- розность слоя. Сопротивление слоя сыпучего материала можно рассчитать по известному уравнению из гидравлики трубопроводов
      
4159. 
      Ар = X (Я_сл/<*„) (pwy2) (XXI,16)
      
4160. 
      в котором коэффициент гидравлического сопротивления X — = f (Re₀). Обычно эта зависимость имеет вид
      
4161. 
      Х=А₀/ReJ (XXI, 17)
      
4162. 
      Коэффициент А₀ и показатель степени п определяют экспериментально в зависимости от режима движения. Для ламинарного режима п = 1, в переходном режиме п < 1, а для турбулентного режима п = 0. Отсюда следует, что для ламинарного режима сопротивление слоя пропорционально произведению рш₀₎ а для турбулентного режима пропорционально w„ и не зависит от вязкости.
      
4163. 
      Использование уравнений типа (XXI, 17) требует знания режима движения для правильного определения величин А₀ и п. Поэтому в практике расчетов используют также уравнение следующего вида:
      
4164. 
      1 = 4/Re₀ + B (XXI,18)
      
4165. 
      которое справедливо для любого режима движения.
      
4166. 
      Если принять во внимание уравнения (XXI,11), (XXI,14), (XXI, 15) и (XXI, 16), то для практических расчетов можно получить следующее уравнение Эргуна:
      
4167. 
      
      (XXI,19)
      
      ^ _{150 +} 1,75
      
4168. 
      Я_сл б³ е³ d
      
4169. 
      которое соответствует А = 134 и В — 2,34 в уравнении (XXI, 18).
      
4170. 
      Если сопротивление слоя лимитировано, то из уравнения (XXI, 19) можно определить скорость и соответственно расход потока газа или жидкости.
      
4171. 
      Расчет трубопроводов и бункеров для сыпучих материалов.
      
4172. 
      На установках каталитического крекинга, адсорбции, сушки и других аппаратах устанавливают бункера, служащие для хране-
      
4173. 
      Рис. XXI-3. Схема истечения сыпучего материала из бункера:
      
4174. 
      1-1 — первоначальная поверхность сыпучего материала; 1-2-1 — образование
      
4175. 
      воронки в начале истечения.
      
4176. 
      Рис. XXI-4. К расчету трубопровода сыпучего материала.
      
4177. 
      ния сыпучих материалов. С другими аппаратами бункера соединяются трубопроводами, по которым перемещаются сыпучие материалы.
      
4178. 
      Бункер представляет собой конический сосуд или цилиндрический сосуд с коническим днищем. Загруженный в бункер сыпучий материал (рис. XX1-3) образует слой высотой Н. При открытии отверстия в днище бункера сыпучий материал разгружается, если соблюдается условие а > <р, где а — угол наклона конического днища бункера к горизонту; <р — угол внутреннего трения.
      
4179. 
      Во всяком случае угол а не должен быть меньше угла естественного откоса. Часто принимают а = 45°.
      
4180. 
      В отличие от истечения жидкостей из сосудов движение сыпучих материалов происходит неравномерно по поперечному сечению бункера, в результате этого в центре образуется воронка, постепенно достигающая стенок аппарата. В дальнейшем по мере разгрузки материала через нижнее отверстие стенки воронки обрушиваются. Среднюю скорость истечения сыпучего материала из отверстия бункера можно рассчитать по приближенному уравнению
      
4181. 
      w =2,15 1Л*„(1 —3,8d/d₀) (XXI,20)
      
4182. 
      где w — скорость истечения сыпучего материала; d — диаметр частиц, м; d_a — диаметр отверстия, м.
      
4183. 
      Объемный расход сыпучего материала
      
4184. 
      V =wndy 4 (XXI ,21)
      
4185. 
      массовый расход
      
4186. 
      б = V'Ph = mp_Hnrfg/4 (XXI ,22)
      
4187. 
      При перемещении сыпучего материала из одного аппарата в другой необходимо иметь соответствующую высоту сыпучего материала в соединительном трубопроводе, которая будет достаточной, чтобы обеспечить движение сыпучего материала в том числе и в зону более высокого давления (рис. XX1-4).
      
4188. 
      Если разность давлений в аппаратах Ар = р« — р_ь то давление слоя сыпучего материала в нижнем сечении трубопровода, равное gp_KH, должно удовлетворять условию
      
4189. 
      gp_nH>Ap (XX 1,23)
      
4190. 
      Вследствие фильтрации газа порозность сыпучего материала по высоте трубопровода изменяется. Кроме того, необходимо преодолеть трение сыпучего материала о стенки трубопровода. Поэтому высота трубопровода должна быть взята с некоторым запасом
      
4191. 
      н =к-^- (XXI,24)
      
4192. 
      ЙРн
      
4193. 
      где К — коэффициент запаса; К^( 1,2—1,3); для стояков циклонов К > 3.
      
4194. 
      Пропускную способность трубопровода можно приближенно рассчитать по уравнениям (XXI,20)—(XXI,22).
      

3. 
   ПСЕВДООЖИЖЕННЫЕ СИСТЕМЫ
   

4195. 
      Основные понятия. Как было отмечено ранее (см. рис. XX1-1), при некоторой скорости движения среды частицы сыпучего материала получают возможность хаотически перемещаться в слое.
      
4196. 
      Зернистый материал оказывается взвешенным в восходящем потоке газа или жидкости и напоминает внешне кипящую жидкость. Отсюда и различные названия такого слоя: псевдоожиженный, кипящий, взвешенный.
      
4197. 
      Псевдоожиженный слой может существовать лишь в определенном диапазоне скоростей газа или жидкости. Первая критическая скорость ш_к?1, называемая скоростью начала псевдоожижения, соответствует переходу слоя из неподвижного в псевдоожиженное состояние. Вторая критическая скорость т>_кРй соответствует разрушению псевдоожиженного слоя и его транспортированию (уносу). Отношение рабочей скорости потока ожижающего агента w к скорости начала псевдоожижения w_KPl называется числом псевдоожижения и обозначается W
      
4198. 
      W ==w/w_Kpl (XX 1,25)
      
4199. 
      Вследствие интенсивного перемещения частиц в кипящем слое значительно увеличивается скорость различных процессов (теплообменных, массообменных и др.). Вместе с тем это же обстоятельство приводит к выравниванию температур, концентраций и других рабочих характеристик, что в некоторых случаях является нежелательным.
      
4200. 
      Структура псевдоожиженного слоя. Псевдоожиженный слой представляет собой систему твердых частиц и газа (жидкости), которые находятся в интенсивном относительном движении. Структура такого слоя зависит от ряда факторов: скорости ожи-
      
4201. 
      Рис. XXI-5. Основные типы структур псевдоожиженного слоя (ПС): а — однородный ПС; б — ПС с барботажом газовых пузырей; в «— ПС с поршнеобраэо- ванием; г — слой с каналообразованием.
      
4202. 
      жающей среды, диаметра аппарата и высоты слоя, формы частиц и их гранулометрического состава, плотностей частиц и среды.
      
4203. 
      На рис. XXI-5 даны основные типы структур псевдоожиженного слоя. При относительно небольшой разности плотностей твердых частиц и ожижающей среды (случай псевдоожижения жидкостью) псевдоожиженный слой имеет однородную структуру.
      
4204. 
      Ожижающий агент достаточно равномерно распределен в слое твердых частиц (рис. XXI-5, а). Такая же структура слоя возникает сразу после перехода слоя в псевдоожиженное состояние при ожижении газом (паром). В случае ожижения газом, движущимся с большой скоростью, однородная структура слоя нарушается, и псевдоожиженный слой становится неоднородным. В первую очередь в нем появляются газовые полости (пузыри), которые вызывают интенсивное перемешивание частиц слоя и сильные колебания его верхней границы (рис. XXI-5, б).
      
4205. 
      При относительно небольшом диаметре аппарата и большой высоте слоя пузыри газа могут образовать значительные газовые включения (пробки), которые могут распространиться на все поперечное сечение аппарата (рис. XXI-5, в). По высоте слоя образуются слои твердого материала или «поршни» и газовые пробки, которые создают весьма неравномерное и неэффективное контактирование обеих фаз.
      
4206. 
      Существенное влияние на структуру псевдоожиженного слоя оказывает размер, форма и полидисперсный состав частиц. Крупные монодисперсные частицы способствуют образованию крупных пузырей. Увеличение полидисперсности такого слоя добавками более мелких частиц способствует повышению однородности псевдоожиженного слоя. Слишком мелкие частицы, склонные к агрегатированию, образуют при малых числах псевдоожижения сквозные каналы (рис. XXI-5, г), которые при больших скоростях газа могут исчезнуть или сохраняются вблизи газораспределительной решетки. Увеличение давления (плотности) газа способствует повышению однородности псевдоожиженного слоя.
      
4207. 
      5- ОБЛАСТЬ СУЩЕСТВОВАНИЯ ПСЕВДООЖИЖЕННОГО СЛОЯ И РАСЧЕТ ПРЕДЕЛЬНЫХ СКОРОСТЕЙ
      
4208. 
      Сопротивление псевдоожиженного слоя. Для двухфазной системы, находящейся в псевдоожиженном состоянии, весьма характерной является зависимость сопротивления слоя от скорости ожижающего агента или так называемая кривая псевдоожижения (рис. XXI-6).
      
4209. 
      Участок ОА кривой характеризует движение ожижающего агента через неподвижный слой. Для идеальной кривой псевдоожижения монодисперсного слоя точка А отвечает переходу слоя в псевдоожиженное состояние. Горизонтальный участок А В соответствует состоянию псевдоожижения. Поскольку масса частиц слоя остается постоянной, сопротивление псевдоожиженного слоя не изменяется вплоть до второй критической скорости (точка В).
      
4210. 
      Реальная кривая показывает некоторое увеличение сопротивления по сравнению с сопротивлением в псевдоожиженном состоянии (точка С), так как переход в псевдоожиженное состояние требует затраты энергии на преодоление сил сцепления между частицами слоя.
      
4211. 
      Величина сопротивлении псевдоожиженного слоя может быть найдена из следующих соображений. Сила гидродинамического давления, обусловленная сопротивлением слоя, уравновешивается весом частиц слоя, находящихся в псевдоожиженном состоянии, т. е.