Burbujas en un lecho fluidizado fluidizado
En el sistema fluidizado gas-sólido, las burbujas son los factores básicos que afectan el comportamiento mecánico, la transferencia de calor, la transferencia de masa y la reacción química de las dos fases gas-sólido en el lecho fluidizado. El movimiento de las burbujas es un requisito previo importante para dominar la tecnología de fluidización.
Movimiento de las burbujas Después de que el gas es expulsado por los pequeños orificios de la placa de distribución, se divide en burbujas y flota hacia arriba. Las burbujas tienden a acumularse y crecer en su camino hacia arriba, y al mismo tiempo intercambian calor y masa con la fase láctea circundante. Cuando las burbujas son grandes, son fácilmente invadidas por partículas y fragmentadas. Las burbujas estallan cuando suben a la superficie del lecho y desaparecen. La velocidad de ascenso de una sola burbuja ubr (cm/seg) es proporcional a la 1/2 potencia del diámetro de la burbuja db (cm), generalmente expresada mediante la siguiente fórmula:
ubr=K (gdb) ,
En la fórmula, K es una constante experimental (aproximadamente 0,711); g es la aceleración de la gravedad (cm/segundo). La velocidad de ascenso de un grupo de burbujas es mayor que la de una sola burbuja.
En una cama bidimensional con una sección transversal plana, las burbujas llenan el espacio entre las paredes delantera y trasera, y el comportamiento de las burbujas se observa fácilmente a simple vista. La desventaja del lecho bidimensional es que el efecto de pared es demasiado grande, en el que el movimiento de las burbujas es diferente al de un lecho tridimensional práctico (un lecho cilíndrico con un diámetro de lecho mayor que las burbujas).
Modelo de burbuja En 1961, J. F. Davidson propuso el modelo de burbuja del lecho fluidizado: la burbuja es esférica; la burbuja no contiene partículas sólidas y la presión es uniforme, la burbuja a su alrededor se mueve hacia abajo y está dentro; el estado fluidizado inicial. la fase de emulsión; las partículas sólidas se mueven con potencial a lo largo de las burbujas; la fase de emulsión puede considerarse como un medio viscoso incompresible; el flujo de gas en la fase de emulsión obedece a la ley de filtración entre espacios. De esto dedujo la distribución de presión alrededor de la burbuja y la distribución de velocidades de sólidos y gases. Basándose en la característica de que el gas puede atravesar la pared de la burbuja, concluyó que habrá una capa de nube de burbujas alrededor de la burbuja (Figura 6). P. N. Luo confirmó la existencia de nubes de burbujas mediante fotografía de rayos X. Si ubr
El modelo de Davidson es básicamente correcto, pero la nube de gas calculada es demasiado grande. El modelo de P. Jackson y el modelo de J. D. Murray son modificaciones del modelo de Davidson y las nubes de burbujas obtenidas se acercan más a la realidad. Sin embargo, todos estos modelos suponen que la burbuja es esférica, lo que en realidad no es el caso. Debido a que la presión en el lado inferior de la burbuja es menor que la presión de la fase lechosa fuera de la burbuja, la parte inferior del abrazo de aire es cóncava. , y en esta área se genera una cola con severa perturbación (Figura 8), su volumen es aproximadamente 1/3 del volumen de la burbuja. La estela del vórtice se llena de fase lechosa y asciende con las burbujas, convirtiéndose en la principal causa de mezcla de partículas sólidas en el lecho.
Debido a la generación, movimiento y agregación de burbujas, se produce una transferencia de calor y masa por convección y difusión entre burbujas y nubes de burbujas, y entre nubes de burbujas y fases de leche. Este intercambio de interfase es una razón importante para la mejora de la transferencia de calor, la transferencia de masa y la reacción en el lecho fluidizado.
Medición de burbujas La mayoría de los experimentos para medir el comportamiento de las burbujas en un lecho fluidizado utilizan sondas pequeñas para reducir la interferencia con el estado de fluidización. Por ejemplo, ①Método de transmisión de luz: utilizando la diferencia de transmitancia entre las burbujas y la fase de emulsión. , una sonda está hecha de componentes que emiten y reciben luz (como fibra óptica) y se inserta en la cama para su detección. ② Método de conductividad: si las partículas sólidas tienen buena conductividad, el cambio en la resistencia de la sonda de medición puede ser se utiliza para detectar burbujas; ③ Método de capacitancia: para partículas no conductoras, debido a las diferentes capacitancias de las burbujas y las fases de la emulsión, se utilizan para detectar sondas compuestas por pequeñas piezas de electrodos separadas por aproximadamente 10 mm, como el uso de múltiples sondas o la instalación de múltiples sondas; en diferentes posiciones en una sonda se puede medir el tamaño, la frecuencia, la velocidad e incluso la forma de las burbujas. ④Método del termistor: dado que la emulsión conduce el calor más rápido que las burbujas, cuando la sonda está en el área de la fase de emulsión, su resistencia aumentará debido a. la disminución de la temperatura, para que se puedan detectar burbujas; ⑤ Método piezoeléctrico: un método que utiliza sensores piezoeléctricos para detectar burbujas, cuando el sensor piezoeléctrico encuentra burbujas, no hay perturbaciones. Cuando encuentra la fase de emulsión, la señal cambiará. por el impacto de las partículas.
Además, existen métodos de medición sin contacto, como el método de rayos X. Se puede utilizar para fotografiar la forma de burbujas y estelas de vórtices en un lecho tridimensional, etc.
Dado que no se utiliza una sonda, el estado de fluidización no se ve afectado, pero debido a limitaciones de potencia, la profundidad de penetración está limitada.
El transporte aéreo es un fenómeno en el que las partículas sólidas son arrastradas por un flujo de aire con una velocidad suficientemente alta. Los flujos con pequeños huecos, alta densidad de lecho y alta relación de flujo sólido-aire se denominan flujos de fase densa, como la descarga descendente en tubos verticales, lechos móviles que fluyen hacia abajo, transporte de partículas sólidas por flujo de aire de fase densa y burbujas. flujo El flujo en el lecho químico y su sistema de desbordamiento son todos. El flujo con alta velocidad del gas, gran relación de huecos, baja densidad del lecho y distribución uniforme de sólidos y gases se denomina flujo en fase diluida. Como el transporte de partículas sólidas por flujo de gas en fase diluida, el flujo en el espacio de separación sobre la superficie del lecho fluidizado, etc.
En los gasoductos verticales, la velocidad de asfixia determina el límite entre el transporte en fase densa y el transporte en fase diluida. Bajo la condición de que el caudal de sólidos del gasoducto permanezca sin cambios, la caída de presión por unidad de longitud de tubería es la suma de la caída de presión por fricción y la caída de presión debido al peso de la columna de material de soporte. Cuando la velocidad del gas (generalmente expresada por la velocidad del gas u0 equivalente a la tubería vacía) es baja, la caída de presión por fricción es pequeña y la densidad del lecho es alta, por lo que la caída de presión de la columna de material de soporte también es grande cuando el gas. La velocidad es alta, la caída de presión por fricción es grande, pero la caída de presión de la columna de material de soporte es pequeña. Por tanto, bajo la acción de estos dos efectos opuestos, habrá un punto D mínimo de caída de presión. Cuando la velocidad del gas es inferior a la velocidad del gas correspondiente al punto de caída de presión más bajo, el flujo de aire ya no es suficiente para soportar el aumento de densidad del lecho. Cuando la velocidad del gas disminuye a un cierto valor, provocará una obstrucción del material. la tubería y la caída de presión El fenómeno del aumento repentino, la velocidad del aire en este momento se llama velocidad de asfixia (Figura 9).
En los gasoductos horizontales, la tasa de deposición determina el límite entre el transporte en fase densa y el transporte en fase diluida. Suponiendo que el caudal de sólidos en el gasoducto permanece constante, cuando la velocidad del gas es alta, la caída de presión disminuye a medida que disminuye la velocidad del gas porque las partículas sólidas se pueden dispersar uniformemente en la sección transversal de la tubería. Una vez que la velocidad del gas cae a un nivel que es insuficiente para suspender completamente las partículas y comenzar a depositarse en el fondo del tubo, la caída de presión por unidad de longitud del tubo alcanza un mínimo. Si la velocidad del gas continúa disminuyendo, el canal de flujo de gas en el tubo se contraerá debido a la deposición sólida y la caída de presión aumentará bruscamente a medida que el flujo de gas disminuya aún más. La velocidad del gas correspondiente al punto más bajo de caída de presión se denomina velocidad de deposición (Figura 10).
El transporte cuando la velocidad del gas en el tubo vertical es mayor que la velocidad de asfixia y la velocidad del gas en el tubo horizontal es mayor que la velocidad de deposición es transporte en fase diluida. Se caracteriza por una alta velocidad del gas, baja presión, gran capacidad de transporte y una pequeña relación sólido-gas, pero el desgaste de partículas y tuberías también es grave.