4- mavzu. Donador materiallar qatlami gidrodinamikasi

4- mavzu.


Donador materiallar qatlami gidrodinamikasi.

Kimyoviy texnologiyada gazlar va suyuqliklarning qattiq donador materiallar bilan o‘zaro ta’sir qilish jarayonlari keng qo‘llaniladi, bunda qattiq zarralar harakatlanuvchi oqim bilan energiya almashinuvi tufayli bir-biriga nisbatan harakatchanlikka ega bo‘ladi. Qattiq zarrachalarning bu holati suyuqlikning tushishi bilan tashqi o‘xshashligi sababli "mavxum qaynash" deb ataladi. Mavxum qaynash o‘rab turgan idish (apparat) shaklida bo‘ladi, uning yuzasi gorizontal bo‘lib, uning ichida suyuq qatlamdan kamroq zichlikka ega bo‘lgan jismlar suzib yuradi va kattaroq bo‘ladi. Bundan tashqari, suyuq qatlamning suyuqliklarga xos bo‘lgan boshqa xususiyatlari ham mavjud: suyuqlik, yopishqoqlik, sirt tarangligi.

Suyuqlanishning texnologiyada keng qo‘llanilishi bir qator ijobiy omillar bilan bog‘liq. Suyuqlik tufayli suyuq holatda bo‘lgan qattiq zarralar quvurlar orqali ko‘chirilishi mumkin, bu esa ko‘plab davriy jarayonlarni uzluksiz amalga oshirish imkonini beradi. Suyultirilgan qatlamdan foydalanish tezligi gaz fazasida issiqlik yoki diffuziya qarshiligi bilan belgilanadigan jarayonlar uchun ayniqsa foydalidir. Suyuqlanish sharoitida bu qarshiliklar o‘nlab va ba’zan yuzlab marta kamayadi va shunga mos ravishda jarayonlar tezligi ortadi.
Suyuqlangan qatlamda qattiq zarrachalarning intensiv aralashishi tufayli harorat maydoni amalda tekislanadi, bir qator texnologik jarayonlar jarayonida mahalliy qizib ketish va u bilan bog‘liq buzilishlar ehtimoli yo‘q qilinadi.
Suyultirilgan yotoqning afzalliklari bilan bir qatorda, ma’lum kamchiliklar ham xarakterlidir. Shunday qilib, qattiq zarrachalarning intensiv harakati natijasida yuzaga keladigan qatlamdagi harorat va konsentrasiyalarning tenglashishi jarayonning harakatlantiruvchi kuchining pasayishiga olib keladi. Qattiq zarrachalar bilan etarli darajada aloqa qilmasdan katta miqdordagi gazning sindirish ehtimoli maqsadli mahsulotning rentabelligini pasaytiradi. Qattiq zarrachalarning o‘zlarining aşınması, uskunaning eroziyasi, statik elektrning sezilarli zaryadlarining paydo bo‘lishi, suyuq yotqizilgan apparatdan keyin kuchli gaz tozalash moslamalarini o‘rnatish zarurati ham salbiy omillar sifatida ko‘rib chiqilishi kerak.Ushbu kamchiliklarning ba’zilari apparatni oqilona loyihalash orqali bartaraf etilishi mumkin.
Mavxum qaynash apparati quyma materiallarni ko‘chirish va aralashtirish, qovurish, issiqlik almashinuvi, quritish, adsorbsiya, katalitik va boshqa jarayonlarni amalga oshirish uchun ishlatiladi.
Mavxum qaynash jarayonining gidrodinamik mohiyati quyidagicha. Agar mavxum qayno- vchi vosita (gaz yoki suyuqlik) oqimi apparatning qo‘llab-quvvatlovchi teshilgan panjarasida joylashgan qattiq zarrachalar qatlamidan o‘tsa, qatlamning holati bu oqim tezligiga qarab har xil bo‘ladi (1-rasm). 2.19).

Guruch. 2.19. Gazning (suyuqlikning) qattiq zarrachalar qatlami orqali harakatlanishi: a - qo‘zg‘almas qatlam; b - qaynayotgan (suyuqlangan) to‘shak; c - qattiq zarrachalarning oqim bilan kirib kelishi
Oqim tezligining noldan ba’zi bir kritik qiymatgacha silliq o‘sishi bilan odatdagi filtrlash jarayoni sodir bo‘ladi, unda qattiq zarrachalar harakasiz qoladi. Mavxum qaynash egri chizig‘i deb ataladigan va granulali va changli materiallar qatlamidagi statik bosimning pasayishining suyuqlashtiruvchi vosita tezligiga bog‘liqligini ifodalovchi suyuqliklanish jarayonining grafigida (2.20-rasm) ko‘tarilish chizig‘i AB filtrlash bilan mos keladi. jarayon.
Kichik zarracha kattaligi va filtrlash tezligi past bo‘lgan taqdirda, qatlamdagi agentning oqim rejimi laminar va AB segmenti to‘g‘ri chiziqdir. Mavxum qayno-vchi vositaning etarlicha yuqori tezligida katta zarrachalar uchun bosimning pasayishi tezlikni oshirish bilan (vaqtinchalik va turbulent rejimlar uchun) chiziqli bo‘lmagan tarzda oshadi.
Filtrlash jarayoni uchun gidravlik qarshilik (2.11) formula bilan aniqlanadi.

Reynolds mezoni esa formula bilan hisoblanadi

Filtrlash jarayonidan suyuqlik holatiga o‘tish suyuqlik (gaz) tezligi W ning Mavxum qaynash egri chizig‘iga to‘g‘ri keladi._nc, suyuqlikni boshlash tezligi deb ataladi. Mavxum qaynashning dastlabki momentida, qurilmaning birlik tasavvurlar maydoniga to‘g‘ridan-to‘g‘ri donador materialning massasi qatlamning gidravlik

qarshilik kuchi bilan muvozanatlanadi:
qayerda M_sl, / - mos ravishda qatlamdagi materialning massasi va apparatning tasavvurlar maydoni.
Qatlamning zarrachalariga ta’sir qiluvchi arximed kuchlarini hisobga olgan holda, bu ifodani quyidagicha ifodalash mumkin.
qayerda p₀, ?₀ho~o‘z navbatida zichlik, porozlik va qattiq qatlamning balandligi.

Guruch. 2.20. Donador qatlam balandligining (a) va uning gidravlik qarshiligining (b) oqim tezligiga bog‘liqligi
Suyuqlanishni boshlash tezligi va undan yuqori bo‘lganda, qatlam qarshiligi Ap_adeyarli doimiy qiymat va qaramlikni saqlaydi Ap_a1= f (V) x o‘qiga parallel AB to‘g‘ri chiziq bilan ifodalanadi. Buning sababi shundaki, suyuqlashtiruvchi vosita tezligining oshishi bilan zarralar orasidagi aloqa kamayadi va ular barcha yo‘nalishlarda xaotik aralashtirish uchun ko‘proq imkoniyatga ega bo‘ladilar. Bunday holda, zarralar orasidagi o‘rtacha masofa oshadi, ya’ni. qatlam g‘ovakligi va uning balandligi ortadi. Kengaytirilgan to‘shakning balandligi suyuq qatlamda doimiy bosimning pasayishi sharti bilan aniqlanishi mumkin:

qayerda
Suyuqlashtiruvchi vositaning xususiyatlariga va uning tezligiga qarab, jarayonning bir necha bosqichlarini kuzatish mumkin. Suyuqlashtiruvchi vositaning suyuqlikning boshlanishi tezligidan bir oz yuqori bo‘lgan tezliklarida, ya’ni.
V > V uchun_nbir hil (sokin) suyuqliklashuv sodir bo‘ladi.
Gazni suyuqlashtirish jarayonida tezlik ortishi bilan qatlamda ixcham gaz massalari (pufakchalar) hosil bo‘ladi va qatlam yuzasida qattiq zarrachalarning portlashlari paydo bo‘ladi. Bunday holda, suyuqlashtiruvchi vositaning statik va dinamik bosimlarining sezilarli pulsasiyalari kuzatiladi. Qatlam gidrodinamikasining bu xususiyati bir jinsli emas deb ataladi.
Ma’lum bir ikkinchi kritik tezlik qiymatiga erishilganda, qattiq zarralar qatlamdan olib chiqila boshlaydi va ularning apparatdagi soni kamayadi. Bu tezlik drift tezligi W deb ataladi_c.Bunday qatlamning porozligi birlikka intiladi va qatlam qarshiligi pasayadi.
Muhandislik hisob-kitoblarida suyuq qatlamning mavjudligi chegaralarini baholash juda muhim, ya’ni. W„ va W tezliklarining qiymatlarini aniqlang_c.
Ish tezligining nisbati w, uning qiymati W orasida bo‘lishi kerak_nva V_c, suyuqliklashning boshlang‘ich tezligi suyuqliklash raqami deb ataladi:

Monodispers qatlam bo‘lsa, suyuqlikni boshlash tezligini hisoblash uchun bog‘liqliklardan foydalanish mumkin.

Qatlam vayron bo‘lgan va zarrachalarning massa singishi sodir bo‘ladigan kirish tezligi, zarralar harakatining barcha usullari uchun mos keladigan tenglama bo‘yicha zarrachalarning erkin cho‘kish tezligini hisoblash kabi aniqlanadi: