Гидродинамика кипящих (псевдоожиженных) зернистых слоев

В промышленности значительное применение находят процессы с взаимодействием газов (реже капельных жидкостей) со слоем мелко раздробленных частиц, находящихся в кипящем или псевдоожиженном состоянии (транспортирование, сушка, обжиг).

Аппараты с кипящим слоем используют для перемещения и смешивания сыпучих материалов, производства обжига и теплообмена. Гидравлическое сопротивление кипящего слоя относительно невелико, а уменьшение размера частиц приводит к увеличению поверхности контакта, и в результате возрастает скорость протекания процесса.

При относительно небольших скоростях движения газа зернистый слой остается неподвижным и его характеристики не меняются с изменением скорости потока.

С увеличением скорости до некоторой критической величины слой перестает быть неподвижным, его порозность и высота увеличивается, слой становится текучим и переходит как бы в кипящее состояние. В таком слое твердые частицы интенсивно перемещаются в потоке в различных направлениях и весь слой напоминает кипящую жидкость.

При дальнейшем возрастании скорости потока его порозность и высота увеличиваются до того, пока скорость не достигает нового критического значения. При этом слой разрушается и твердые частицы начинают уноситься потоком. Явление массового уноса частиц воздушным потоком называется пневмотранспортом.

В промышленности используют этот процесс для перемещения сыпучих материалов.

Скорость, при которой нарушается неподвижность слоя и он начинает переходить в псевдоожиженное состояние называется скоростью ожижения.

Начало псевдоожижения наступает при равенстве силы гидравлического сопротивления слоя к массе всех его частиц. Когда скорость становится такой, при которой начинается массовый унос частиц потоком, такую скорость называют скоростью уноса.

Когда отдельная частица отдельно витает, т.е. не осаждается и не уносится потоком, при условии, что ее масса в среде уравновешена силой сопротивления, возникшей при обтекании частиц потоком газа. Малейшее повышение рабочей скорости над величиной свободного витания приводит к уносу частиц (пневмотранспорту).

 

Гидродинамика двухфазных потоков

 

Ряд процессов в производстве строительных материалов проводится при движении в трубопроводах и аппаратах двухфазных потоков. При этом одна из фаз является дисперсной, а другая – сплошной дисперсионной средой. Причем первая распределена в объеме второй в виде частиц, капель, пленок и т.д. В зависимости от вида границы между фазами различают 2 рода двухфазных потоков:

1)сплошной фазой является газ или жидкость, а дисперсной – твердая фаза;

2)газ (пар) – жидкость, т.е. потоки двух несмешивающихся жидкостей.

Основное различие механизмов движения двухфазных потоков 1-го от 2-го состоит в том, что твердые частицы в таких процессах на осаждение, псевдоожижение, пневмотранспорт практически не меняют своей формы и массы, в то время как элементы дисперсных фаз потоков 2-го рода обычно меняют свою форму из-за подвижности границы между фазами, при этом может происходить слияние или дробление отдельных пузырей фазы.

В промышленности распространены 2 процесса 2-го рода:

1)барботаж (движение газ или пара сквозь жидкость);

2)пленочное движение (течение жидкости соприкосающейся с паром или газом).

 

Принцип работы установок для перемещения жидкости

Движение жидкости по трубопроводу и аппарату связано с затратами энергии.В ряде случаев,направление при движении жидкости с высокого уровня на низкий – самотёком(без затрат дополнительной энергии).При перемещении с более низкого на более высокий уровень применяют различные насосы.В промышленности строительных материалов используют устройства для транспортировки жидкости с помощью сжатого воздуха.Такие устройства называются газолифты.Насосы-это гидравлические машины,которые преобразуют механическую энергию движения в энергию перемещения жидкоси-повышая её давление.

Различают насосы 2-х типов:

1.динамические

2.объёмные

В динамических насосах жидкость перемещается при воздействии сил на замкнутый объём, которые сообщаются на входе и выходе из него.

В объёмных насосах жидкость перемещается(вытесняется) при периодическом изменении замкнутого объёма жидкости.

Динамические насосы бывают:

1.лопастные

2.насосы трения

К лопастным относятся насосы в которых энергия передаётся жидкости при обтекании вращающегося колеса.

Насосы трения представляют собой динамические насосы,в которых жидкость перемещается под воздействием сил трения(вихревые и струйные насосы).Группа объёмных насосов включает такие,в которых жидкость вытекает из замкнутого пространства возвратно-поступательного(поршневые,плунжерные,диафпагменные) или имеющие вращающиеся движения(шестерёнчатые).

 

Практика применения пневмо- и гидротранспорта в строительстве

 

Область практического применения законов движения двухфазных потоков в промышленности строительных материалов достаточно широка – это и методы классификации сырья в жидкой и воздушной средах, сушка и обжиг материалов во взвешенном состоянии, обезпыливание газов, пневмо- и гидротранспорт.

Пневмо- и гидротранспорт в строительстве получили широкое распространение. На некоторых предприятиях сборного ж/б с большими объемами бетонных работ применяется гидротранспорт бетонной смеси и растворов.

Оба вида рассматриваемого транспорта подчиняются одном законам гидродинамики, но каждый имеет свою специфику и зависит от свойств транспортируемой среды.

Пневмотранспорт характеризуется направлением транспортирования, концентрацией твердой фазы, размером транспортируемых частиц, давлением в системе и т.д. По направлению транспортирования может быть: вертикальным, горизонтальным, наклонным. Сыпучий материал можно транспортировать в системах с высокой (0,1 – 0,12 м³/м³), средней (0,03 – 0,12 м³/м³), низкой (0,03 – 0,04 м³/м³) концентрацией. По размеру транспортируемых частиц: пылевидные (d<1мм), гранулированные (d>1 мм). Пневмотранспорт бывает нагнетательным и всасывающим.

Движущей силой нагнетательного потока является избыточное давление, создаваемое в начале схемы. При всасывающем пневмотранспорте в конце транспортирования создается разряжение и вся система находится в вакууме.

При транспортировании пылевидных смесей последняя схема эффективнее, т.к. исключает пыление и загрязнение окружающей среды.

 

Принципиальная схема пневмотранспорта цемента на заводах ЗСЖБ

 

 

 

1-вакуумразгрузчик

2-цементопровод

3,10-приемный бункер

4,11-камерный питатель

5,12-пневмопровод

6-осадительные устройства

7,9-аэрожелоб

8-силостные банки

Технологическая цепочка производства

Поступив на завод в спец вагонах цемент разгруж вакуумразгрузчиком и направл по цементопроводу в бункер, откуда в 2-хкамерный питатель по пневмопроводу через систему осадительных устройств цемент аэрожелобом отправл в бункер, откуда питателем по пневмопроводу подается в бетоносмесительный отдел завода. Пневмотранспорт пылев матер в аэрогравитац желобах основан на способности псевдоажиженного матер перетекать в непрерыв потоке в определ направлении. Аэрожелоб состоит их 2-х отсеков, разделенных горизонтальной пористой перегородкой.

В нижний отсек поступ газовый поток, нагнетается вентилятором и через пористую перегородку проникает вверх в транспорт отсек, ожижая наход там материал. Желобу придается небольшой уклон в сторону движен псевдоажиженного

 

 

матер.

 

Гидротранспорт

В промышленности сборного и монолитного Ж/Б гидротранспорт используется в основном для транспортировки бетонных и растворных смесей. Различают 2 способа подачи бетонной смеси: порционный, непрерывный. При порциальном способе бетонная смесь загружается в камерный питатель и давлением воздуха транспортируется по бетоноводу до места укладки. Разновидностью этого способа является разделение каждой порции бетона воздушными прослойками.

Здесь схема!!!!!

 

Лопатки смесителя 1 при вращении перекрывают выходное отверстие наметательного резервуара 2 на короткое время препятствуя поступлению смеси в бетоновод 3. Сжатый воздух в наметательный резервуар и бетоновод подается постоянно по воздуховодам 4 и 5.