Во последниве години, техниката на суспендирано (врие, флуидизирано) корито е широко користена во индустриската практика како едно од постојните средства за интензивирање на голем број процеси. Главните процеси во кои се користи флуидизација на цврсти честички од зрнести материјали вклучуваат:
1. Хемиски процеси: каталитичко пукање на нафтени продукти, бројни хетерогени каталитички реакции, гасификација на горивата, печење на сулфидни руди итн.
2. Физички и физичко-хемиски процеси: сушење на ситнозрнести, тестени и течни материјали, растворање и кристализација на соли, адсорпционо прочистување на гасови, термичка обработка на метали, загревање и ладење на гасови итн.
3. Механички процеси: бенифицирање, класификација, гранулација, мешање и транспорт на зрнести материјали.
Флуидизираниот слој го доби своето име поради неговата надворешна сличност со однесувањето на обична капка течност: флуидизираниот слој добива облик на садот што содржи, површината на флуидизираниот слој е хоризонтална без да се земат предвид прскањата, тој е течен и има вискозност. Во него пливаат тела со специфична тежина помала од флуидизираниот слој, а телата кои имаат поголема специфична тежина тонат.
Широкото воведување на технологијата за флуидизација во индустриската практика се должи на голем број нејзини предности. Цврст грануларен материјал во флуидизирана состојба, поради флуидноста, може да се движи низ цевките, што овозможува континуирано извршување на многу процеси на серија. Благодарение на интензивното мешање на цврстите честички во флуидизираното корито, температурното поле е практично израмнето, се елиминира можноста за локално прегревање и придружните нарушувања во текот на голем број технолошки процеси.
Заедно со големите предности, флуидизираниот кревет има и некои недостатоци. Така, поради интензивното мешање на цврстите честички, температурите и концентрациите во слојот се изедначуваат, со што се намалува движечката сила на процесот, абење на самите цврсти честички, ерозија на опремата и формирање на големи полнежи на статички електрицитет. ; Растенијата со флуидизиран кревет бараат моќни уреди за отстранување прашина.
Хидродинамика на процесот на флуидизација
Хидродинамичката суштина на флуидизацијата е како што следува. Ако нагорен проток на средство за флуидизирање (гас или течност) поминува низ слој од зрнест материјал сместен на потпорна решетка за дистрибуција на гас, тогаш состојбата на слојот е различна во зависност од брзината на овој проток (сл. 1).
Ориз. 1.
а) процес на филтрирање на гас преку слој од зрнест материјал (честичките се неподвижни),
б) хомоген флуидизиран слој,
в) хетероген флуидизиран слој (присуство на меурчиња со гас во слојот, значителни прскања на зрнест материјал),
г) отстранување на зрнест материјал од работниот волумен на апаратот.
Однесувањето на зрнестиот материјал кога низ него минува нагорен проток на гас (течност) е јасно илустрирано со графикон на промената на падот на притисокот во слој од зрнест материјал во зависност од брзината на средството за флуидизирање (фиктивна брзина на гас поврзана со областа на напречниот пресек на апаратот), претставена на Сл. 2.
Ориз. 2.
На графиконот на процесот на флуидизација (сл. 2), процесот на филтрација одговара на растечката гранка ОА. Во случај на мали големини на честички и ниски стапки на филтрација на средството за флуидизирање, неговиот начин на движење во слојот е ламинарен, а гранката на ОА е права. Во слој од големи честички при доволно големи брзини на средството за флуидизирање, падот на притисокот може да се зголеми нелинеарно со зголемување на брзината (преодни и турбулентни режими).
Преминот од режимот на филтрација до состојбата на флуидизација одговара на критичната брзина на флуидизираниот агенс Wcr на кривата на флуидизација. (точка А), наречена почетна брзина на флуидизација. Во моментот кога започнува флуидизацијата, тежината на зрнестиот материјал по единица напречен пресек на апаратот (цилиндрична или правоаголна форма) се балансира со силата на хидрауличниот отпор на слојот.
DPSl = Gsl. /F(1)
каде што Гсл. - тежина на материјалот во слојот, kg (N); F е површината на пресекот на апаратот, m2.
Бидејќи тежината на слојот Gcl. = h0 (1 - e0) F (c - c0), тогаш
DPSl. = (c -c0) (1 - e0) h0 (2)
каде с, с0 - густина на цврсти честички и средство за флуидизирање, kg/m3;
e0 е порозноста на фиксираниот слој, т.е. релативен празен волумен на слојот (за сферични честички e0 = 0,4); h0 е висината на фиксираниот слој, m.
Почнувајќи од брзината на почетокот на флуидизацијата и над отпорот на слојот DRsl. одржува речиси константна вредност и зависност на DPsl. = f (W) се изразува со права линија AB (сл. 2), паралелна со оската на апсцисата, така што можеме да напишеме:
DPSl. = (c - c0) (1 - e0) h0 = (c - c0) (1 - e) h,
h = (1 - e0)/ 1 - e? h0 (3)
каде што h е висината на флуидизираниот слој, m; e - порозност на флуидизираниот слој.
Во зависност од својствата на средството за флуидизација и неговата брзина, може да се забележат неколку фази на флуидизација.
При брзини на гас малку поголеми од Wcr., т.е. во W?Wcr. се забележува таканаречена хомогена флуидизација (сл. 1 б). Како што се зголемува брзината на гасот, во слојот се појавуваат компактни маси на гас („меурчиња“, „шуплини“), кои интензивно ги турбулизираат цврстите честички и формираат прскања од зрнест материјал на површината. Во овој случај, се забележуваат значителни пулсирања на статичкиот и динамичкиот притисок на флуидизираниот агенс. Овој тип на хидродинамика на слоеви се нарекува нехомогена флуидизација (сл. 1в). Конечно, по постигнување на одредена втора критична вредност на брзината Wу, наречена брзина на зафаќање, цврстите честички почнуваат да се отстрануваат од слојот (сл. 1г) и нивниот број во апаратот се намалува. Порозноста на таков слој се стреми кон 1, а отпорот на слојот десно од точката Б (сл. 2) исто така се намалува.
Во инженерските пресметки многу е важно да се одредат границите на постоење на флуидизиран слој (Wcr. - Wу), т.е. определи Wcr. и Wу.
За да се одреди вредноста на Wcr. има голем број на емпириски, полуемпириски и теоретски зависности предложени од различни автори.
Удобен однос за одредување на критичната брзина на флуидизација (важи за сите режими на проток) е формулата за интерполација на Тодес, Горошко, Розенбаум (за сферични честички):
Recr. = Ar / 1400 + 5,22 vAr (4)
каде што Рекр. = Wcr. d /n, Ar = gd3 (c - c0)/ n2?c0.
Горната граница на флуидизираната состојба одговара на брзината на слободно плутање на единечни честички (д? 1). При брзина на проток што ја надминува брзината на издигнување, т.е. во Wу > Wvit. ќе се отстранат честичките од слојот на зрнестиот материјал.
Брзината на издигнување може приближно да се процени со помош на формулата (4):
Revit. = Ar / 18 + 0,61 vAr, (5)
каде што Ревит. = Ввит. d/n.
Како што е наведено погоре, со зголемување на брзината на протокот, суспендираниот слој се шири (зголемување на порозноста на слојот и неговата висина). Порозноста на суспендираниот слој може да се пресмета со помош на формулата
e = (18 Re + 0,36 Re2/Ar) 0,21 (6)
Во формулите (4), (5), (6), се усвоени следните димензии на главните физички величини:
d е дијаметар на сферични честички, m;
n - кинематска вискозност на средството за флуидизирање, m2/s;
c е густината на материјалот од честички, kg/m3;
с0 - густина на средството за флуидизирање, kg/m3;
g - забрзување на гравитацијата, m/s2.
Ако суспендираниот слој е формиран од полидисперзен материјал, тогаш еквивалентниот дијаметар го заменуваме во формулите, кој се пресметува со формулата
de = 1/У xi/di(7)
каде xi е масена содржина на i-тата дропка во фракции од единица;
di е просечната големина на ситото на i-тата дропка.
За да се пресметаат вредностите на w и e од познатите својства на системот (цврсти честички - гас), графичката зависност е погодна
Ly = f (Ar, e), (8)
каде Ly = Re3/Ar = w3с02/м0(с - с0)g - критериум Лиашченко;
Ar = gd3с0(с - с0)/m02 - Архимедов критериум;
Re = wdс/m0 - Рејнолдсов критериум.
Погодноста на зависноста (8) лежи во фактот дека критериумот Ly не го содржи дијаметарот на честичката, а критериумот Ar не ја содржи брзината на гасот.
Додатокот ја прикажува во логаритамски координати зависноста на критериумот Ly од критериумот Ar за различни вредности на e (зависност 8).
ЦЕЛ НА РАБОТАТА
1. Добивање на зависност од Drsl. на брзината на гасот.
2. Експериментално определување на критичната стапка на флуидизација (според кривата на флуидизација) и споредување со пресметаните вредности со помош на формулата (4) и графичката зависност (8).
3. Определување на тежината на слојот Gsl. според формулата (1) и висината на флуидизираниот слој според формулата (6).
4. Определување на границите на постоење на флуидизирано корито за даден материјал (wcr. - wу.).
ОПИС НА ИНСТАЛАЦИЈАТА (сл. 3)
Инсталацијата се состои од метална колона 1 монтирана на панел, со внатрешен дијаметар од 150 mm. Колоната има приклучок 2 за полнење грануларен материјал, уред 3 за истовар на материјал од комората и решетка за дистрибуција на гас 4, со слободен пресек од 10%. За визуелно набљудување на однесувањето на флуидизираниот слој на честички, колоната е опремена со прозорци за гледање 5 со правоаголна форма. Воздухот што го снабдуваат два вентилатори поминува низ мерачот на проток (рамна дијафрагма) 6 и влегува под решетката на столбот. Протокот на воздухот се регулира со вентилот 7. Вентилот 8 се користи за испуштање дел од воздухот во атмосферата. Отпорот на колоната без слој од зрнест материјал на мрежата за дистрибуција на гас и со слој на неа се мери со помош на диференцијален манометар 9.
Ориз. 3.
1 - вертикален столб, 2 - фитинг за вчитување грануларен материјал, 3 - фитинг за истовар грануларен материјал, 4 - решетка за дистрибуција на гас, 5 - прозори за проверка, 6 - рамна дијафрагма, 7 - вентил за регулирање на протокот на воздух, 8 - вентил за воздух празнење во атмосферата, 9,10 - диференцијални манометри, 11 - циклон на батерии (4-елемент), 12 - филтер за кеси.
Стапката на проток на воздух што минува низ колоната се одредува од отчитувањата на диференцијалниот манометар 10 прикачен на рамна дијафрагма 6 и се пресметува со формулата
E = 2,5 v?h/st, m3/h (9)
каде што Dh е разликата во статичкиот притисок во уредот за гас, мерена пред и по мембраната (мм водена колона) со помош на диференцијален манометар 10; сt - густина на воздухот на дијафрагмата, kgf/m3.
Густина на воздухот ct при работни услови, т.е. температура и барометриски притисок Б, пресметани со формулата:
сt = с0 273 (B + P)/(273+t) 760, kg/m3 (10)
каде што c0 е густината на воздухот при почетни услови (t = 00C, B = 760 mm водена колона), kg/m3; Б - барометриски притисок, водена колона mm; P - притисок (вакуум) во колоната, mm вода колона.
РАБОТНА ПОСТАПКА
Кога започнувате со работа, целосно затворете го вентилот 7 и отворете го вентилот 8 за да дозволите воздухот да излезе во атмосферата. По ова, дувачите се ставаат во функција. Првата серија на експерименти се изведува во отсуство на слој од зрнест материјал на мрежата за дистрибуција на гас.
Со отворање на вентилот 7, поставете го почетниот проток на воздух така што отчитувањето на диференцијалниот манометар 10 на мерачот на проток е водена колона од 20 mm. Според отчитувањата на диференцијалниот манометар 9, отпорот на целата колона се мери со оваа брзина на проток. Откако ќе се запишат резултатите од мерењето во извештајната табела, мерењата се вршат во иста низа при вториот проток на воздух, потоа на третиот, итн. до максимум, при секое зголемување на протокот на воздух за толкава количина што отчитувањето на диференцијалниот манометар 10 се зголемува за 20 mm водена колона. Кога вентилот 7 е целосно отворен, дополнително зголемување на брзината на проток во колоната се добива со намалување на ослободувањето на воздухот во атмосферата, затворање на вентилот 8. На крајот од оваа серија на експерименти, температурата на воздухот во колоната и барометриските притисокот се мери со помош на потенциометар и барометар. На крајот од работата, вентилот 8 е целосно отворен, а вентилот 7 е затворен.
Втората серија на експерименти се изведува во истата низа, но со слој од зрнест материјал натоварен на мрежата за дистрибуција на гас (количеството и името на материјалот се одредуваат според упатствата на наставникот).
Во оваа серија на експерименти, отпорот на слојот се мери и кога брзината на протокот на воздухот се зголемува и кога се намалува од максималната вредност на минимум со затворање на вентилот 8. Читањето на диференцијалниот манометар 10 треба да се промени за 20 mm воден столб .
Табела за искуство
Ученик_______________________________ Наставник___________
ОБРАБОТКА НА ЕКСПЕРИМЕНТАЛНИ ПОДАТОЦИ
Врз основа на податоците од табелата, конструиран е график на зависноста на Drsl. од брзината на воздухот W и од него пронајдете ја експерименталната вредност на критичната брзина на флуидизација Wcr. Потоа пресметаните вредности на критичната брзина на флуидизација се пресметуваат со помош на формулата (4) и зависноста (8). Вредностите на Wcr пронајдени со експеримент и пресметка се споредуваат.
Користејќи ја формулата (5) и зависноста (8) при e = 1, стапката на внесување за одредена големина на зрнест материјал и соодветната брзина на проток на воздух се одредуваат со пресметка.
Користејќи ја формулата (6) за една од стапките на проток на гас (како што е наведено од наставникот), се одредува порозноста на суспендираниот слој.
Според формулата (3), користејќи ја пронајдената вредност на порозноста на слојот, висината на флуидизираното корито се одредува за дадено оптоварување со тежина.
Со помош на формулата (1), се одредува тежината на слојот и се споредува со експериментот.
Забелешка: волуменската густина на материјалот и дијаметарот на честичките се определуваат експериментално.
КОМПИЛАЦИЈА НА ИЗВЕШТАЈ
Извештајот за лабораториска работа е составен на листови со формат II (297x210). Насловната страница мора да одговара на насловната страница на методолошките упатства за работата, назначувајќи го одделот, насловот на делото, неговиот број, презиме и припадност. студент, група, специјалност и презиме, в.д наставник кој ја прифатил работата.
Извештајот мора да содржи:
Опис на целта на работата,
Дијаграм за поставување на лабораторија,
Опис на операцијата за инсталација,
Методологија на работа,
Добиените експериментални податоци,
Резултати од обработка на експериментални податоци,
БЕЗБЕДНОСТ ПРИ ИЗВРШУВАЊЕ ЛАБОРАТОРИСКИ РАБОТИ
1. Пред да започнете со работа мора:
Осигурајте се дека нема очигледно оштетување на лабораториската инсталација;
Проверете го присуството на гумени душеци пред контролната табла;
Проверете го присуството на колектори за прашина кај циклонот на батеријата и филтерот за кеси.
2. За време на работата:
Строго следете ги овие упатства;
За да избегнете испуштање течност од манометарот за диференцијален притисок 10, вклучете го вториот вентилатор со целосно отворен вентил 8, кој служи за испуштање дел од воздухот во атмосферата.
ПРОВЕРЕТЕ ПРАШАЊА ЗА ПРИЕМ ЗА ИЗВРШУВАЊЕ НА АБОРАТОРИСКИ РАБОТИ
1. Која е целта на претстојната работа?
2. Од кои елементи се состои лабораторијата и која е целта на секој од нив?
3. Објаснете го дизајнот и принципот на работа на циклонот на батеријата и филтерот за кеси.
4. Каква е процедурата за вршење на лабораториски работи?
5. Кои експериментални податоци се евидентираат при изведување на работата?
ПРИМЕРОК ЛИСТА НА ПРАШАЊА ЗА ЗАШТИТА НА РЕЗУЛТАТИТЕ ОД АБОРАТОРСКА РАБОТА
1. Што предизвикува широко распространета употреба на флуидизирани кревети во технологијата?
2. Кои можни состојби на слој од цврсти честички може да се забележат во зависност од брзината на нагорниот тек на гасот што минува низ слојот?
3. Која е стапката на флуидизација, како да се одреди?
4. Што е пневматски транспорт и со кои брзини се забележува оваа појава?
5. Под кои услови и еднаквост на кои сили се забележува почеток на флуидизација?
6. Која е брзината на слободното плутање на честичките и зошто оваа брзина може да се одреди на ист начин како брзината на слободното таложење на една честичка?
7. Зошто се забележува феноменот на хистереза кога брзината на протокот се намалува по флуидизација на коритото?
8. Кои се границите на постоење на флуидизирано корито?
9. Кој е флуидизацискиот број и што карактеризира?
10. Што е хомогена и нехомогена флуидизација?
11. Дали и како својствата на зрнестиот материјал влијаат на природата на флуидизацијата?
12. Наведете ги главните хидродинамички карактеристики на флуидизираните корита.
13. Под кои услови се забележува флуидизација на клипот?
БИБЛИОГРАФСКИ СПИСОК
1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков П.Г. Примери и задачи за предметот „Процеси и апарати на хемиската технологија“. - Л.: Хемија, 1987 година.
2. Забродски С.С. Хидродинамика и пренос на топлина во флуидизирано корито. - М.: Госенергоиздат, 1963 година.
3. Романков П.Г., Носков А.А. Збирка пресметковни дијаграми за текот на процесите и апарати на хемиската технологија. - Л.: Хемија, 1977 година.
Проблем со мешана хидродинамика
Во технолошките процеси за производство на градежни материјали, движењето на тековите низ слој од зрнести или грутки материјали е доста вообичаено. Речиси ниту една аеродинамичка пресметка во технологијата на керамика или врзиво не може да се изврши без познавање на законите за движење на течности низ гранулирани слоеви.
Зрнестиот слој може да се состои од честички со иста големина или од честички со различни големини (т.е. може да биде монодисперзен или полидисперзен).
Начинот на проток низ таквите слоеви зависи од многу фактори. Распределбата на брзините по пресекот на слојот првенствено е под влијание на физичките својства на протокот и структурата на зрнестиот слој.
Зрнестиот слој се карактеризира со:
· порозност на слојот- (V – вкупен волумен на слојот; V 0 – волумен окупиран од честичките на слојот);
· специфична површина s;
· еквивалентен дијаметар на каналот d e и нивната извртливост;
· брзина на издигнување на честички.
Губење на притисоккога течноста се движи низ грануларен слој, тие можат да се одредат слично како и пресметката на загубите на притисок поради триење во цевководи:
, (6.10)
каде што l е коефициент кој го одразува влијанието на не само отпорот на триење, туку и дополнителниот локален отпор на интергрануларни канали, т.е. јас сум вкупен коефициент на отпор.
Значајни потешкотии во пресметувањето на загубите на притисок се предизвикани со одредување на еквивалентен дијаметар на извртливите меѓугрануларни канали. Утврдено е дека пресметката на еквивалентниот дијаметар може да се одреди со формулата:
Прилично е тешко да се одреди вистинската брзина на издигнување вклучена во равенката (10). Затоа, во пракса тие пресметуваат т.н фиктивна брзина w 0 , што е еднакво на односот на волуметриската стапка на проток на течноста до целата површина на пресекот на зрнестиот слој. При неговото определување се занемарува заобленоста на каналите (коефициент на закривеност a=1), т.е. Се претпоставува дека должината на каналите е еднаква на висината на слојот h. Во овој случај, фиктивната брзина се одредува со формулата:
Потоа губење на притисокот кога течноста се движи низ зрнестиот слој:
(6.13)
Како и со движењето на течноста во цевководот, l зависи од начинот на движење на течноста. Експериментално е утврдено дека генерализираната равенка за пресметување на коефициентот на отпор е применлива за сите режими на проток:
(6.14)
Кога течноста се движи низ гранулирани слоеви, турбуленцијата во протокот се развива многу порано отколку кога тече низ цевките, без остар премин од еден режим во друг. Постои речиси ламинарен режим на Re £ 50. На Re > 7000, е забележан самосличен (во однос на критериумот Рејнолдс) регион на турбулентен проток. Тогаш l = 2,34 = конст.
Губењето на притисокот во голема мера зависи од порозноста на слојот, што, пак, во голема мера зависи од начинот на вчитување на слојот во апаратот и од односот на дијаметрите на зрното и апаратот. Во пракса, со слободно полнење на слојот за слободен волумен, e = 0,35...0,5.
Густината на слојот во непосредна близина на ѕидовите на апаратот е помала отколку во центарот. Тоа е поврзано со ефект на ѕид. Колку е поголем односот на дијаметарот на апаратот и зрното (D/d), толку е помал ефектот блиску до ѕидот и помалку нерамномерна распределбата на брзините на протокот во центарот и во периферната зона на апаратот.
Кога течноста се движи од дното кон врвот низ слој од лабаво истурен грануларен материјал, честичките од цврстата фаза се влечат, што зависи од промените во брзината на протокот. Ова доведува до одредена мобилна состојба на зрната.
Различните подвижни состојби на зрнестиот слој се широко користени во процесите на сушење прашкасти материјали во флуидизирано корито, при транспорт на прашоци, нивно мешање итн.
На мали брзинипротокот на течност што минува низ зрнестиот слој одоздола, вториот останува неподвижен, бидејќи проток што минува низ интергрануларни канали, филтрирани низ слој.
Како што се зголемува брзината на протокот, празнините меѓу честичките се зголемуваат - се чини дека протокот ги крева. Честичките се движат и се мешаат со течноста. Добиената смеса се нарекува суспендиран или флуидизиран кревет, бидејќи Како резултат на континуирано мешање во нагорен тек, масата на цврстите честички доаѓа во многу подвижна состојба, слична на течност што врие.
Состојбата и условите на постоење на суспендираниот слој зависат од:
· брзина на возводно;
· физички својства на системот: густина, вискозност, големина на честички итн.
Во зависност од брзината на движење на течноста, постојат три начини кои ја карактеризираат интеракцијата на протокот и индивидуалното зрно на материјалот:
1) слојот ќе остане неподвижен во нагорниот тек ако брзината на протокот е помала од брзината на честичките што лебдат ( филтрација);
2) слојот ќе биде во состојба на рамнотежа (лебди) ако брзината на проток е еднаква на брзината на лебдечките честички ( суспендиран слој);
3) цврстите честички ќе се движат во насока на протокот ако брзината на протокот е поголема од брзината на издигнување на честичките ( привлекување).
На сл. 6.3 прикажува графикони на промени во висината на зрнестиот слој и падот на притисокот во него во зависност од вредноста на фиктивната брзина.
Брзината со која неподвижноста на слојот се прекинува и тој почнува да влегува во флуидизирана состојба се нарекува брзина на флуидизација w ps .
Ориз. 6.3 Зависност на висината на слојот и неговиот хидрауличен отпор од брзината на протокот
Кога фиктивната брзина на проток се зголемува до брзината на флуидизација, висината на слојот останува практично непроменета, но хидрауличниот отпор се зголемува. Падот на притисокот во слојот што одговара на точката Б (сл. 6.3б), непосредно пред почетокот на флуидизацијата (точка C), е малку поголем од оној потребен за одржување на слојот во суспензија, што се должи на дејството на силите на адхезија помеѓу честичките на слојот. Кога протокот ќе достигне брзина на флуидизација, силите на адхезија помеѓу честичките се надминуваат, а падот на притисокот станува еднаков на тежината на честичките. Овој услов е задоволен за целиот регион на постоење на флуидизираниот слој (линија CE). Со дополнително зголемување на брзината на протокот, слојот се уништува и започнува масовното внесување на честичките, што одговара на брзината на издигнување.
Следствено, границите на постоење на флуидизиран слој се ограничени со брзините w ps и w vit. Односот на брзината на работен проток со брзината со која започнува флуидизацијата се нарекува флуидизациски број K w .
Во индустријата за градежни материјали, процесите на флуидизација најчесто се користат во системот на гас-цврста фаза. За овој систем, флуидизацијата обично е неуниформа: дел од гасот се движи низ слојот во форма на меури или низ еден или повеќе канали низ кои излегува значителна количина на гас.
При големи вредности на K w, движењето на гасот во форма на меурчиња доведува до хетерогеност на флуидизираниот слој и флуктуации во неговата висина (линии CE и CE 1 B на слика 6.3, а), додека меурите може да се зголемат до големината на целиот пресек на апаратот. Овој начин на работа се нарекува флуидизација на клипот. Тоа е крајно непожелно, исто како бликајќи, што е ограничувачки случај на спојување на текови на гас кои се движат низ неколку канали во еден, обично во близина на оската на апаратот.
Во различни технолошки процеси, честопати треба да се справиме со движењето на протокот низ слоеви на зрнести или грутки материјали, како и спакувани елементи со различни големини и форми. Во овој случај, слојот може да биде монодисперзен (се состои од честички со иста големина). Ваквото движење е типично за хидромеханички процеси кои се изведуваат во скрубери, филтри, центрифуги, сушари, адсорбери, екстрактори, хемиски реактори и други уреди.
Кога слободниот простор помеѓу честичките на слојот е исполнет со течност или гас, протокот истовремено тече околу поединечни честички или елементи на слојот и се движи внатре во порите и празнините, формирајќи систем на извиткувачки канали со променлив пресек. Во зависност од брзината на протокот, можни се следниве случаи:
– Течноста или гасот со мала брзина на проток поминува низ слојот, како низ филтер. Во овој случај, цврстите честички што го формираат слојот се во мирување и падот на притисокот или отпорноста на слојот исто така се зголемува како што се зголемува брзината на протокот;
– слој од честички од цврст материјал, по достигнувањето на одредена брзина на проток, почнува забележливо да се зголемува во волуменот, неговите поединечни честички стекнуваат способност за движење и мешање, а падот на притисокот т.е. отпорноста на слојот станува константна;
– честичките од слојниот материјал со дополнително зголемување на брзината на протокот на течност или гас се однесени од протокот и формираат суспензија. Оваа состојба се јавува кога отпорот на движење на поединечна честичка суспендирана во течност или гас станува еднаква на тежината на честичката во оваа средина. Оваа состојба на слој од цврст материјал се нарекува флуидизирани слојот - вриење. Брзината на честичките од цврст материјал суспендирани во текот се нарекува брзинаанија;
– кога брзината на протокот се зголемува до вредност поголема од брзината на издигнување, т.е. 
, цврстите честички се изведуваат со проток од апаратот;
– ако брзината на протокот е помала од брзината на издигнување, т.е. 
,Суспендираните материи се таложат под влијание на гравитацијата.
Главните карактеристики на слој од зрнест или грутчен материјал се порозноста 
, големина на честичка 
, нивната геометриска форма и специфичната површина 
.
Порозностпретставува дел од слободниот волумен во вкупниот волумен на слојот
(1.97)
Каде 
– волумен на слој, слободен волумен и волумен на цврста фаза, соодветно; 
– волуменска густина на зрнестиот материјал и густина на самиот материјал.
Специфична површинаѓ(m 2 / m 3) е површината на цврстите честички по единица волумен на слојот. Во монодисперзен слој од сферични честички со дијаметар 
Специфичната површина може да се одреди преку порозноста на слојот и големината на честичките:
.
(1.98)
Еквивалентниот дијаметар на каналите формирани од празнините помеѓу честичките од цврст материјал, исто така, може да се пресмета со помош на порозноста на креветот и големината на честичките:
.
(1.99)
Движење на течност низ фиксиран слој
Законот за отпорност за неподвижен слој од зрнести материјали, по аналогија со равенката (1.60), може да се напише во форма
, (1.100)
Каде 
– губење на притисокот кога проток на течност или гас се движи низ слојот; 
– висина на слојот; 
– брзина на проток; 
– еквивалентен дијаметар на канали помеѓу цврсти честички; 
– коефициент на хидраулична отпорност на слојот.
Равенката (1.100) ја вклучува вистинската брзина на проток што е тешко да се одреди. Обично се изразува во однос на брзината, конвенционално поврзана со вкупниот пресек на слојот или апаратот. Оваа брзина, еднаква на односот на волуметриската брзина на протокот на течноста до целата површина на пресекот на слојот, се нарекува фиктивна брзина и се означува со 
. Односот помеѓу реалната и фиктивната брзина се изразува со релацијата
.
(1.101)
Во реалноста брзината 
помало од она што следи од релацијата (1.101) поради закривеноста на каналите. Сепак, оваа разлика нема значително влијание врз типот на пресметаниот однос за одредување на хидрауличниот отпор.
Ако ја коригираме тортуозноста на каналите 
, заменски вредности 
И 
, добиваме
(1.102)
,
(1.103)
Каде 
– густина на течноста што се движи низ слојот.
Магнитуда 
е функција на режимот на проток низ слојот. Критичната вредност на критериумот Рејнолдс, што одговара на крајот на ламинарниот режим, се зема еднаква на 
. Во случај на ламинарен режим, за да се утврди 
може да го употребите изразот добиен претходно за проток во права цевка според кој
. (1.104)
(1.105)
.
(1.106)
Во турбулентен режим, определување 
е поврзан со дополнителни тешкотии поради влијанието на површинската грубост на цврстите честички. Затоа, во пракса, тие користат универзална полуемпириска формула која овозможува да се одреди падот на притисокот стрво неограничен опсег на вредности на Re:
. (1.107)
Кога течноста се движи низ стационарни зрнести слоеви, протокот тече околу одделни елементи на слојот и се движи во канали со сложена форма. Анализата на таквото движење претставува мешан проблем на хидродинамиката. За да се поедностави пресметувањето на таквите процеси, тие се сметаат за внатрешен проблем. Потоа можеме да пишуваме
Тука е коефициентот на триење вкупен коефициент на отпор, зависи од геометриските карактеристики на зрнестиот материјал и се одредува со емпириски равенки.
Тешкотијата при пресметувањето со користење на горната равенка е одредувањето на еквивалентниот дијаметар, кој се изразува преку главните карактеристики на зрнестиот материјал - специфична површинаИ слободен волумен.
Специфична површина- - површина на честички од материјал лоцирани во единица волумен окупирана од овој материјал.
Слободен волумен (порозност на слојот)- - односот на празнините помеѓу честичките до волуменот окупиран од овој материјал.
Каде е вкупниот волумен окупиран од зрнестиот слој;
Слободен волумен на слојот;
Волуменот окупиран од честичките кои формираат слој (т.е. густ монолитен материјал од честички).
Бездимензионална количина, изразена во фракции или проценти.
Ако е густината на материјалот; - волуменска густина на материјалот и земајќи го предвид тоа, добиваме
Порозноста зависи од начинот на вчитување на материјалот. Со слободно полнење на сферични честички, порозноста може да биде од 0,35 до 0,45, а зависи и од односот на дијаметарот на апаратот и дијаметарот на честичките. На<10 проявляется ефект на ѕид - зголемување на порозноста на слојот во близина на ѕидот во споредба со порозноста во централниот дел на апаратот. Ова доведува до нерамномерна распределба на брзините низ пресекот на апаратот (во близина на ѕидот брзината може да биде многу поголема). Како резултат на тоа, честичките од протокот се лизгаат без продолжен контакт со честичките на слојот. Овој феномен се нарекува заобиколувајќи .
Еквивалентниот дијаметар на зрнестиот слој може да се одреди како
каде е површината на напречниот пресек на каналот, е влажниот периметар на каналот формиран од зрнест материјал или млазница.
Волуменот на зрнестиот слој во апаратот, каде што е пресекот на апаратот исполнет со зрнест слој до висина. Потоа. Површината на честичките, еднаква на површината на каналите што ги формираат, може да се дефинира како:
Да означиме >1, каде е должината на каналите.
Тогаш слободниот волумен на зрнестиот слој е оттука, каде е бројот на канали во слојот на зрнестиот материјал или пакувањето. Со оглед на тоа
Можете да го изразите вака.
Крај на работа -
Оваа тема припаѓа на делот:
Предмет и цели на дисциплината. Основни процеси на хемиската технологија
Ако ви треба дополнителен материјал на оваа тема, или не го најдовте она што го барате, препорачуваме да го користите пребарувањето во нашата база на податоци за дела:
Што ќе правиме со добиениот материјал:
Ако овој материјал ви беше корисен, можете да го зачувате на вашата страница на социјалните мрежи:
| Твитнете |
Сите теми во овој дел:
Предмет и цели на дисциплината
Хемиската технологија ги разгледува процесите во кои почетните материјали ги менуваат нивните физички и хемиски својства. Хемиската технологија ги проучува производните процеси на различни
Основни процеси на хемиската технологија
Класификација на главните процеси на хемиската технологија. Стационарни и нестационарни процеси. Континуирани и сериски процеси. Хипотеза за среден континуитет. Начини на движење на околината. Класификација
Хипотеза за среден континуитет
Течниот медиум ја пополнува јачината на звукот без никакви слободни простори, на континуиран начин. Течниот медиум, поради промена на растојанието помеѓу честичките, ја менува надворешната конфигурација, т.е. деформираат
Начини на движење на течни медиуми
Кога тече течен медиум (течност), се реализираат два режима: ламинарен и турбулентен Ламинарен режим - течноста тече со мала брзина, во посебни млазови.
Услови на рамнотежа
Состојбата на изолиран систем во рамнотежа се одредува само со внатрешни услови. Затоа, диференцијалите на интензивните параметри мора да бидат еднакви на нула: - состојба
Молекуларен механизам
Молекуларниот механизам на пренос на супстанција се должи на термичкото движење на молекулите.
Услов за манифестација и насока на преносните процеси
Ако системот е во рамнотежа, тогаш не се случува макроскопски пренос на супстанцијата. Топлинското движење на молекулите во сите правци е подеднакво веројатно. Рамнотежа во една фаза
Масовен трансфер. Молекуларен механизам за пренос на маса
Трансферот на молекуларна маса во хомогена смеса се нарекува молекуларна дифузија. Насоченото движење на i-тата компонента се случува само ако има градиент во медиумот
Турбулентен механизам за пренос на маса
Турбулентниот пренос на маса може да се смета по аналогија со молекуларниот трансфер, како последица на хаотичното движење на вртлозите. Наместо коефициентот на молекуларна дифузија Dm во
Локална форма на зачувување на масата
z jmx jmx+dx x &nb
Интегрален облик на законот за зачувување на енергијата (прв закон на термодинамиката)
Промената на енергијата во системот е предизвикана од разликата во приливот и одливот на енергија. Имајќи предвид дека енергијата може да се пренесе во форма на топлина и работа, можеме да напишеме: E¢ = (Q¢Tpr
Локална форма на законот за зачувување на енергијата
Локалната равенка за зачувување на енергијата може да се добие за единица волумен на следниов начин: Пренесената супстанција е енергија на единица волумен rE¢. Т
Локална форма на законот за зачувување на импулсот
Слично на законите за зачувување на масата и енергијата, може да се добие локална (за точка) форма на законот за зачувување на импулсот. Разликата ќе биде само во векторската природа на преносот
Услови за уникатност
Општото решение на диференцијална равенка опишува цела класа на процеси. За да се добие одредено решение, неопходно е да се наведат услови за уникатност. Тие вклучуваат: 1) геометриска форма и
Аналогија на процесите на пренос
Аналогијата на равенките за пренос на соодветните супстанции и законите за зачувување се одредува според идентитетот на механизмите за пренос на супстанции. Целосна аналогија, т.е. теренски натпревар В
Локална форма на равенки
Да разгледаме елементарен дел од меѓуфазната површина dF, што се совпаѓа со рамнината XOY. Протокот на супстанции е насочен по оската Z, фазното движење е долж оската X
Локална форма на равенки
Да го разгледаме трансферот на супстанција од фаза 1 преку меѓуфазната површина во фаза 2 поради молекуларни и турбулентни механизми. Да претпоставиме дека отпорноста на пренос на супстанција од интерфазата стр
Интегрален облик на равенки
Со просекување на локалните равенки за меѓуфазно пренесување на супстанциите преку површината F, може да се добие интегралниот облик на равенките: , (2.85) , (2.86) . (2.8
Хидродинамичка сличност
Да ја напишеме равенката H-C за оската z Ако движењето е стабилно, тогаш ги заменуваме диференцијалите со конечни вредности, - дефинирачката големина.
Проблемот на транзиција од големи размери за индустриски уреди
Дизајнот и имплементацијата на уреди со голема единица моќност (на пример, столбови за пренос на маса до 10 m во дијаметар и до 100 m во висина) открија значително намалување на нивната ефикасност со лабораториски параметри.
Концептот на поврзано физичко и математичко моделирање
Овој метод беше развиен во KSTU од професорот С.Г. Дјаконов. Конјугираното физичко и математичко моделирање се заснова на принципот на хиерархија (повеќе нивоа) просторно - временски
Хидродинамичка структура на тековите
Најголем придонес за проблемот на транзиција од големи размери доаѓа од промените во хидродинамичката структура на тековите како што се зголемува големината на апаратот. Пронаоѓање на полето за брзина со помош на диференцијални равенки предизвик
Идеален модел на мешање (IMM)
Се претпоставува дека кој било дел од протокот на означените елементи што влегуваат во апаратот е моментално и рамномерно измешан низ целиот волумен. Така, концентрацијата на етикетирани елементи
Идентификација на моделот
Идентификација на моделот значи определување на непознати параметри: за моделот на дифузија и бројот на ќелии m за моделот на ќелијата. За да го направите ова, индикаторот се воведува во главниот проток на влезот на уредот
Модели на структура на проток
Модел на идеално поместување (MPM) Во апарат за идеално поместување, честичките на протокот се движат паралелно една со друга со иста брзина. Во овој случај, попречниот (попречен пресек)
Хидромеханички процеси и уреди
Применета хидромеханика Хидростатика. Основна равенка на хидростатиката. Силата на притисокот на течноста врз ѕидовите на крвните садови (рамни и криви површини). Хидродинамика. Класификација
Притисок на течност во мирување на дното и ѕидовите на садот
Притисокот на течноста на хоризонталното дно на садот е насекаде ист. Притисокот на неговите странични ѕидови се зголемува со зголемување на длабочината. Притисокот на дното е независен од обликот или аголот на наклон
Бернулиевата равенка
Интегрирањето на Ојлеровите диференцијални равенки на движење води до најважната равенка на хидродинамиката - Бернулиевата равенка. Оваа равенка е широко користена во инженерските пресметки
Губење на главата долж должината на протокот. Дарси-Вајсбах формула
Ја користиме критериумската равенка на движење на стабилен притисок (случај што најчесто се среќава во индустриската практика): Eu = f (Re, Г1, Г2
Губење на главата по должина на турбулентен тек на Никурадзе
Теоретски е невозможно да се добие законот за распределба на локалните брзини преку пресекот на турбулентниот тек, бидејќи брзините во секоја точка се разликуваат по големина и насока.
Карактеристики на турбуленцијата
1. Интензитетот на турбуленцијата ИТ: каде е коренската средна квадратна вредност (=) на брзината на пулсирање. Обично кога се движите низ цевки
Распоред на Никурадзе
Формулата Дарси-Вајсбах ви овозможува да ја пресметате загубата на притисок долж должината на протокот на течноста за секој режим на возење. Користење на теоријата на сличност за анализа на експериментални податоци за
Нестабилно движење на некомпресибилна течност во цевководи. Инерцијален притисок
Да го започнеме нашето разгледување на карактеристиките на динамиката на проток што нè интересира со анализа на однесувањето на елементарен тек на идеална течност (еднодимензионален проток - Сл. 30). Во овој случај, ги менувам параметрите на протокот
Пресметка на едноставен цевковод Карактеристики на цевководната мрежа
Ајде да ја разгледаме пресметката на едноставен гасовод, решавајќи проблем од првиот тип. Нека едноставен цевковод со постојан пресек има прави делови со вкупна должина ℓ и дијаметар d, како и неколку места
Пресметка на цевководот на сифонот
Обично, при пресметување на сифонски цевковод, проблемот од вториот тип е решен. Сифон е цевковод со постојан дијаметар, направен во форма на јамка што лежи над нивоата на течноста на две места.
Пресметка на сложени цевководи
Сложениот цевковод во општиот случај се состои од едноставни цевководи со сериски и (или) паралелни врски (сл. 40а) или со гранки (сл. 40б). Ова произведува сложени прстени
Пресметка на главната линија
Главната линија генерално се пресметува како едноставен цевковод со делови со различни дијаметри и променливи стапки на проток. Дел AB: Дијаметар на цевковод
Основи на пресметките на гасоводот
Кога гасот се движи низ цевководи со постојан дијаметар (d = const), притисокот паѓа поради загубите на енергија поради триење. Според равенката за континуитет на протокот за компресибилна течност
Концептот на техничко-економско пресметување на гасовод
Во технологијата, проблемот често се јавува со поместување на дадена брзина на проток на течност по најниска економска цена. Трошоците за транспорт обично се состојат од две компоненти -
Флуидизирани кревети
Слој од зрнест цврст материјал, навлезен со растечки проток на течност или гас, може да биде во две квалитативно различни неподвижни состојби. Со фиктивна брзина
Пневматски и хидрауличен транспорт
Протоците на гас и течност се користат во голем број хемиски индустрии за движење на зрнести материјали со цел нивно транспортирање на различни растојанија, како и за извршување на физички и хемиски
Пресметка на хидрауличниот отпор на уредите и оптимизација на движењето во нив
Одредувањето на хидрауличниот отпор на уредите е неопходно за да се пронајдат енергетските трошоци за транспорт на медиумите низ нив, како и движечката сила - разликата во хидродинамичкиот притисок.
Движење на течност во апарат со агитатори
Мешалка која ротира во сад со течност го пренесува моментумот од моторот до течноста и со тоа предизвикува негово движење, при што се случува мешање. Количина на трансфер
Физичко моделирање на уреди со миксери
Најдете тродимензионални полиња на брзина и притисок во апарат со мешалка со аналитичко решавање на равенката на движење (2,55) и континуитет (2,16) дури и во стационарен еднофазен случај
Пневматско мешање
Пневматското мешање со компримиран инертен гас или воздух е неефикасен процес. Потрошувачката на енергија со пневматско мешање е поголема отколку со механичко мешање. Пер
Мешање во цевководи
Мешањето во цевководи е наједноставниот начин да се спроведе овој процес. Во овој случај, се користи енергијата на турбулентен проток на течност (гас) што се движи во цевката
Застапување
Таложењето се користи во индустријата за згуснување на суспензии или класифицирање на суспензии во фракции на честички од цврста фаза, за грубо прочистување на гасовите од прашина и за одвојување на емулзиите.
Септички јами
Населувањето се врши во уреди наречени резервоари за таложење. Резервоарите за таложење за згуснување на суспензии се нарекуваат згуснувачи и г
Пресметка на резервоари за таложење
При пресметување на згуснувачите тие се засноваат на брзината на седиментација на најмалите честички од суспензијата кои се предмет на раздвојување, а при пресметувањето на класификаторите се засноваат на брзината на седиментација на оние честички кои мора да се одвојат.
Седиментација со центрифугални сили
Со спроведување на процесот на одвојување на хетерогени системи под влијание на центрифугалните сили, тој може значително да се интензивира во споредба со таложењето поради зголемување на движечката сила
Циклони и центрифуги за таложење
Циклони. Циклонскиот процес го добива името по циклоните - уреди за одвојување прашина. Подоцна почнаа да користат работа
Центрифуги за таложење (врнежи).
Овие центрифуги се користат за одвојување на суспензии и емулзии со седиментирање на дисперзирани честички под влијание на центрифугалната сила. Во прилог на таложење центрифуги, хемиската технологија користи
Пресметка на центрифуги со континуирано таложење
При пресметувањето, центрифугите може да се сметаат како резервоари за седиментација, во кои стапката на седиментација на честички во Краз е поголема отколку за време на гравитациската седиментација (стр
Прочистување на гасови во електрично поле
Таложењето на дисперзирани цврсти и течни честички во електрично поле (електродепозиција) ви овозможува ефикасно да го прочистите гасот од многу мали честички. Се заснова на јонизација
Електростатски преципитатори
Според обликот на електродите, електростатските преципитатори се делат на цевчести и плочести, а во зависност од видот на честичките отстранети од гасот - на суви
Зрнести и порозни слоеви
Во многу хемиски технолошки процеси, капките течности или гасови се движат низ стационарни слоеви на материјали кои се состојат од поединечни елементи.
Обликот и големината на елементите на зрнестите слоеви се многу разновидни: најмалите честички од слоеви на филтер колачи, гранули, таблети и парчиња катализатори или адсорбенти, големи спакувани тела (во форма на прстени, седла итн.) кои се користат за апсорпција. и колони за дестилација. Во овој случај, гранулирани слоеви може да бидат монодисперзираатили полидисперзираатво зависност од тоа дали честичките од истиот слој се исти или различни по големина.
Кога течноста се движи низ зрнест слој, кога протокот целосно го исполнува слободниот простор помеѓу честичките на слојот, можеме да претпоставиме дека течноста истовремено тече околу одделните елементи на слојот и се движи во канали со неправилна форма формирани од празнини и порите помеѓу елементите. Проучувањето на таквото движење, како што е наведено, претставува мешан проблем на хидродинамиката.
При пресметување на хидрауличниот отпор на зрнестиот слој, зависноста слична во форма на равенката (II.67a) може да се користи за да се одреди загубата на притисок поради триење во цевководи:
Меѓутоа, коефициентот l во равенката (II.75) само формално одговара на коефициентот на триење во равенката (II.67а). Тоа го рефлектира не само влијанието на отпорот на триење, туку и дополнителните локални отпори што се појавуваат кога течноста се движи по заоблените канали во слојот и тече околу одделни елементи на слојот. Така, l во равенката (II.72) е вкупниот коефициент на отпор.
Еквивалентен дијаметар г e што одговара на вкупниот пресек на каналите во зрнестиот слој може да се определи на следниов начин.
Зрнестиот слој се карактеризира со големината на неговите честички, како и специфичната површина и делот од слободниот волумен.
Специфична површина а(m 2 / m 3) ја претставува површината на елементите или честичките од материјалот лоцирани во единица волумен окупирана од слој,
Слободна волуменска фракција, или порозност e, го изразува волуменот на слободниот простор помеѓу честичките по единица волумен окупиран од слојот.
Ако В− вкупниот волумен окупиран од зрнестиот слој и В 0 е волуменот окупиран од самите елементи или честичките што го формираат слојот, тогаш e = ( В− В 0)/В, т.е. е бездимензионална количина.
Нека биде пресекот на апаратот исполнет со зрнест слој С (m 2), а висината на слојот е Н (м). Потоа волуменот на слојот V=SHи волумен V 0 = SH(1 − e). Соодветно на тоа, слободниот волумен на слојот ВСв. =Ш e, а површината на честичките, еднаква на површината на каналите што ги формираат, е Ша.
За да се одреди вкупниот пресек на каналите на слојот, или слободниот пресек на слојот, неопходен за пресметување гУх, треба да го поделиме слободниот волумен на слојот В sv за должината на каналите. Сепак, нивните должини не се исти и мора да бидат просечни. Ако просечната должина на каналите ја надминува вкупната висина на слојот за пати, тогаш просечната должина на каналите е еднаква на Х, а слободниот пресек на слојот е SHе/а до Х = С e/a k, каде a k е коефициентот на искривување на каналот.
Наквасениот периметар на слободниот пресек на слојот може да се пресмета со делење на вкупната површина на каналите со нивната просечна должина, т.е. SHа/а до Х = Са/а к.
Следствено, еквивалентниот дијаметар на каналите во зрнестиот слој, според равенката (II.27a), ќе биде изразен со односот
(II,76)
Така, еквивалентниот дијаметар за зрнест слој се одредува со делење на четирикратното учество на слободниот волумен на слојот со неговата специфична површина.
Еквивалентен дијаметар г e може да се изрази и во однос на големината на честичките што го сочинуваат слојот. Нека во 1 m 3окупирана од слојот, постои Пчестички. Волуменот на самите честички е еднаков на (1 - e), а нивната површина е a,
Просечен волумен на една честичка
и неговата површина
Каде г- дијаметар на еквивалентна сфера со ист волумен како честичката; Ф- фактор на форма определен со равенката (II.76); за сферични честички Ф = 1.
Потоа односот на површината на честичките до нејзиниот волумен
Замена на вредноста аво равенката (II.76), добиваме
За полидисперзните зрнести слоеви, пресметаниот дијаметар гпресметано од соодносот
Каде x i- волуметриски или, со иста густина, масен удел на честички со дијаметар г јас. При определување на дисперзираниот состав со анализа на сито вредностите диги претставуваат просечните големини на ситото на соодветните фракции, т.е. просечни вредности помеѓу големини на проодни и непроодни сита.
Равенката (II.72) ја вклучува вистинската брзина на течноста во каналите на слојот, која е тешко да се најде. Затоа, препорачливо е да се изрази во однос на брзината, конвенционално поврзана со вкупниот пресек на слојот или апаратот. Оваа брзина, еднаква на односот на волуметриската стапка на проток на течноста до целата површина на пресекот на слојот, се нарекува фиктивна брзинаи е означен со симболот w 0 .
Во овој случај, за да се пресмета вистинската брзина, конвенционално се занемарува искривувањето на каналите низ кои течноста се движи во слојот, т.е. сметаат дека просечната должина на каналите е еднаква на висината Хслој (a k = 1). На л = Нвкупниот пресек на каналите е SHд/ Х = Сд; производот на овој пресек и брзината wво каналите е еднаква на волуметриската стапка на проток, која исто така може да се одреди од производот Св 0 . Од тука Сд w = Св 0 . Според тоа, односот помеѓу вистинската брзина wи фиктивна брзина w 0 се изразува со релацијата
Всушност вредноста wбрзината на течноста во реалните канали е помала и во поголема мера, толку е поголем коефициентот на кривина w j Сепак, оваа разлика нема значајно влијание врз формата на дизајнерската равенка за хидрауличниот отпор. Затоа, во равенката (II.72) заменуваме w, според изразот (II.73), а наместо должината на каналот л- целосна висина ХСлој. Згора на тоа, наместо г e во равенката (II.74) го заменуваме неговиот израз во согласност со зависноста (II.77), потоа добиваме
(II,81)
Коефициент на отпор Х, како и при движењето на течноста во цевките и движењето на телата во течностите, зависи од хидродинамичкиот режим, определен со вредноста на критериумот Рејнолдс. Во овој случај, по замена на w од изразот (II.81) и d e, според зависноста (II.75), изразот на критериумот Рејнолдс добива форма
Каде В- масена брзина на течноста, поделена со 1 m 2пресек на апаратот, kg/ м 2 секунди).
При замена на специфичната површина во изразот (II.82) анеговата вредност од зависност (II.81) или со директна замена во Re на количината г e, според равенката (II.77) ја добиваме релацијата:
(II.83)
Бездимензионалниот комплекс Re 0 е модифициран критериум на Рејнолдс, изразен во смисла на фиктивна брзина на течност и големина на честички на слојот ( г- дијаметар на топка со ист волумен како честичката).
Предложени се голем број на зависности за пресметување на коефициентот на отпор Р, под различни начини на движење на течност низ слојот. Сите овие равенки се добиени со сумирање на експерименталните податоци на различни истражувачи и даваат резултати кои се повеќе или помалку конзистентни едни со други. За сите режими на возење, особено, се применува генерализираната равенка
Во оваа равенка, критериумот Re 0 се изразува со зависност (II.82) или (II.83).
Треба да се забележи дека кога течност (гас) се движи низ зрнест слој, во неа се развива турбуленција многу порано отколку кога тече низ цевките и нема остра транзиција помеѓу ламинарен и турбулентен режим. Ламинарниот режим практично постои на приближно Ре< 50. В данном режиме для зернистого слоя l = A/Re [ср. с уравнениями (II,53) и (II,62)].
Во Ре< 1 вторым слагаемым в правой части уравнения (II,85) можно пренебречь и определять l по уравнению
На Re > 7000, се јавува самосличен регион на турбулентно движење во зрнестиот слој, кога првиот член од десната страна на равенката (II.134) може да се занемари
[сп. со изрази (II.60) и (II.62) за проток на течност низ цевки и за движење на тела во течности].
Равенката (II.85) е применлива за зрнести слоеви со релативно рамномерна распределба на празнините (слоеви од топчиња, гранули, зрна, честички со неправилна форма). Во исто време, за млазниците во облик на прстен, вредностите на l според оваа равенка во турбулентен режим се потценети поради фактот што внатрешните шуплини на прстените ја нарушуваат униформноста на распределбата на празнините.
Да го разгледаме подетално ламинарното движење на течноста низ грануларен слој. Овој режим на проток на течност често се забележува во еден од вообичаените процеси за одвојување на нехомогени системи - филтрација низ порозна средина (слој од седимент и дупки во преградата на филтерот). Со мал дијаметар на порите и соодветно ниска вредност на Re (помалку од критична), движењето на течноста за време на филтрацијата е ламинарно. Заменувајќи го l од равенката (II.85a) и изразот (II.72) за Re во равенката (II.81), по елементарни трансформации добиваме
каде што j Ф е факторот на обликот поврзан со факторот на обликот со релацијата
j Ф = 1/Ф 2 (II.86a)
Равенката (II.86) може да се користи за пресметување на отпорноста на седиментот кога нејзината големина на честичката е доволно голема.
Од равенката (II.86) е јасно дека хидрауличниот отпор на зрнестиот слој при движење на ламинарната течност е пропорционален на неговата брзина до првата моќност.
Како што се зголемуваат турбуленциите, ефектот на брзината на течноста врз хидрауличниот отпор се зголемува. Во границата - за самосличниот регион - заменувањето на вредноста l од изразот (II.74) во равенката (II.70) доведува до квадратна зависност D Род брзина.
Вредностите на e, a, Ф (или j Ф) за различни материјали со различни методи на нивно вчитување, по правило, се наоѓаат експериментално и се дадени во референтната литература.
Експериментално, F (или j f) често се одредува со мерење на хидрауличниот отпор на слој кој се состои од честички од даден материјал со соодветна големина, со позната фракција од слободен волумен. Откако го измеривме Д Рна одредена вредност В 0, што одговара на ламинарниот режим и фиксната температура (а со тоа и вискозноста) на течноста, пресметајте Ф (или j f) користејќи ја равенката (II.75).
Порозноста e во голема мера зависи од начинот на вчитување на слојот. Така, со слободно полнење на слој од сферични честички, делот од слободниот волумен на зрнестиот слој во просек може да се земе како e »0,4. Меѓутоа, во пракса e во овој случај може да варира од 0,35 до 0,45 или повеќе. Покрај тоа, вредноста на e може да зависи од односот помеѓу дијаметарот гчестички и дијаметар Дапарат во кој се наоѓа слојот. Ова се должи на т.н ефект на ѕид: густината на пакувањето на честичките во непосредна близина на ѕидовите на апаратот е секогаш помала, а порозноста на слојот во близина на ѕидовите е секогаш повисока отколку во централниот дел на апаратот. Посочената разлика во порозноста е позначајна, толку е поголем односот d/D. Да, кога d/D= 0,25, т.е. кога дијаметарот на апаратот е само четири пати поголем од дијаметарот на честичките на слојот, порозноста на слојот може да биде приближно 10% поголема отколку во апарат во кој влијанието на ѕидовите е занемарливо. Како резултат на тоа, при моделирање на индустриски уреди со грануларен слој, дијаметарот на моделот мора да го надмине дијаметарот на честичките на слојот за најмалку 8-10 пати.
Ефектот на ѕидот не само што ја менува порозноста на слојот, туку доведува и до нерамномерна порозност низ пресекот на апаратот. Ова, пак, предизвикува нерамномерна распределба на брзините на проток: брзините во близина на ѕидовите, каде што делот од слободниот волумен на слојот е поголем и отпорот на движење е помал, ги надминуваат брзините во централниот дел на апаратот. Така, во слоевите блиску до ѕидот, може да дојде до пробив („бајпас“) на поголем или помал дел од протокот без доволно долг контакт со зрнестиот слој.
Некои уреди работат со подвижен грануларен слој, движењето на гасовите (поретко течностите) се јавува низ густи зрнести слоеви кои полека се движат од врвот до дното (под влијание на гравитацијата). На пример, адсорберите со подвижен слој на грануларен сорбент работат на овој принцип. Хидрауличниот отпор на подвижниот грануларен слој се разликува од отпорот на неподвижниот слој поради зголемување на процентот на слободниот волумен на слојот за време на неговото движење, како и одредено внесување на гас (или течност) од подвижниот слој. Податоците за пресметување на хидрауличниот отпор на подвижните зрнести слоеви се дадени во специјализирана литература.