OCHRONA ŚRODOWISKA

LABOLATORIA

FLUIDYZACJA

SPRAWOZDANIE

Aleksander Blicharz

Marcin Sułkowski

2

1. Wprowadzenie

1.1 Fluidyzacja

Fluidyzacja jest to proces powstawania dynamicznej zawiesiny (tzw. Złoża fluidalnego)
drobnych cząstek ciała stałego w strumieniu gazu lub cieczy poruszających się z dołu do góry.

Zawiesina tworzy się w urządzeniach zwanych fluidyzatorami. Zawiesina fluidalna powstaje,
gdy prędkość porywania cząstek ciała stałego przez gaz jest równa prędkości ich opadania pod
wpływem siły grawitacji.

1.2 Zastosowanie fluidyzacji

Fluidyzacja intensyfikuje procesy fizyczne i chemiczne. Zjawisko fluidyzacji wykorzystuje się do
prowadzenia procesów technologicznych wymagających dużej powierzchni międzyfazowej i
szybkiej wymiany ciepła takich jak:

-

spalanie

miału

węglowego

w

elektrowniach

i

elektrociepłowniach

w kotłach fluidalnych

-

kalcynacja, prażenie utleniające w piecach fluidyzacyjnych

-

spalanie rud siarki przy produkcji kwasu siarkowego

-

prowadzeniereakcji chemicznych w fazach gazowych, katalizowanych przy pomocy
związków chemicznych znajdujących się na podłożach stałych.

Fluidyzacja

jest

również

stosowana

w

niektórych

przemysłach

do

transportu,

w przemyśle spożywczym do zamrażania i ogrzewania niektórych produktów.

3

1.3 Budowa fluidyzatora

Fluidyzator

zbudowany

jest

z

naczynia

z

podwójnym

dnem,

stałym

i

porowatym,

przez

które

tłoczony

jest

gaz

z

butli,

sieci

lub

dmuchawy.

Przepływ gazy reguluje się za pomocą zaworu redukcyjnego.

2.Przebieg doświadczenia

2.1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest przeprowadzenie pomiarów umożliwiających wykreślenie wykresu
∆p=f(u).

2.2. Przebieg ćwiczenia

Przed rozpoczęciem ćwiczenia należało włączyć zasilanie prądem oraz zamknąć otwory
dolotowe do dwóch rotametrów znajdujących się z prawej strony fluidyzatora, pozostawiając
otwarty otwór dolotowy najmniejszego rotametru, znajdującego się z lewej strony
fluidyzatora. Następnie po ustawieniu częstości przetwornika na 5 cykli odczytywana była na
rotametrze ilość przepływającego powietrza (Q) oraz ciśnienie p na manometrze różnicowym.
Odczyt pomiarów należało powtarzać po każdorazowym zwiększeniu obrotów sprężarki.

4

2.3. Wyniki pomiarów i obliczeń

∆

p = h ρ

w

g x 10

3

[N/m

2

], ρ

w =

10

3

[kg/m

3

],

u = Q / S [m/s]

, S= 50 [mm

2

]

lp

częstotliwość

obrotów

sprężarki

n [Hz]

spadek

ciśnienia

w warstwie

wypełnienia

h [mm H

2

O]

spadek

ciśnienia

w warstwie

wypełnienia

∆

p [N/m

2

]

natężenie

przepływu

powietrza

Q [l/h]

prędkość

przepływu

powietrza

u [m/s]

1

2

3

4

5

6

1.

0,00

0

0

0

0

2.

5,00

0

0

490

6,13

3.

8,00

30

294,30

850

10,63

4.

12,00

50

490,50

1400

17,50

5.

12,10

98

961,38

1450

18,13

6.

12,20

91

892,71

1460

18,25

7.

12,30

95

931,95

1470

18,38

8.

12,40

97

951,57

1490

18,63

9.

12,50

99

971,19

1500

18,75

10.

12,60

102

1000,62

1510

18,88

11.

12,70

103

1010,43

1530

19,13

12.

12,80

107

1049,67

1550

19,38

13.

12,90

127

1245,87

1555

19,44

14.

13,00

129

1265,49

1560

19,50

15.

13,10

129

1265,49

1570

19,63

16.

13,20

130

1275,30

1580

19,75

17.

13,30

132

1294,92

1600

20,00

18.

13,40

132

1294,92

1620

20,25

19.

13,50

132

1294,92

1630

20,38

20.

13,60

133

1304,73

1650

20,63

21.

13,70

133

1304,73

1660

20,75

22.

13,80

133

1304,73

1675

20,94

23.

13,90

134

1314,54

1700

21,25

24.

14,00

134

1314,54

1720

21,50

25.

14,10

134

1314,54

1730

21,63

26.

14,20

135

1324,35

1750

21,88

27.

14,30

135

1324,35

1760

22,00

28.

14,40

135

1324,35

1780

22,25

29.

14,50

135

1324,35

1780

22,25

30.

14,60

135

1324,35

1800

22,50

31.

14,70

136

1334,16

1820

22,75

32.

14,80

136

1334,16

1840

23,00

33.

14,90

136

1334,16

1850

23,13

34.

15,00

137

1343,97

1870

23,38

35.

15,10

137

1343,97

1890

23,63

36.

15,20

137

1343,97

1900

23,75

37.

15,30

138

1353,78

1920

24,00

38.

15,40

138

1353,78

1950

24,38

39.

15,50

138

1353,78

1950

24,38

40.

15,60

138

1353,78

1960

24,50

41.

15,70

138

1353,78

1980

24,75

5

1

2

3

4

5

6

42.

15,80

138

1353,78

2000

25,00

43.

15,90

139

1363,59

2010

25,13

44.

16,00

140

1373,40

2030

25,38

45.

16,10

140

1373,40

2050

25,63

46.

16,20

140

1373,40

2070

25,88

47.

16,30

141

1383,21

2090

26,13

48.

16,40

141

1383,21

2100

26,25

49.

16,50

142

1393,02

2110

26,38

50.

16,60

142

1393,02

2120

26,50

51.

16,70

142

1393,02

2140

26,75

52.

16,80

143

1402,83

2150

26,88

53.

16,90

143

1402,83

2160

27,00

54.

17,00

143

1402,83

2180

27,25

55.

17,10

143

1402,83

2190

27,38

56.

17,20

144

1412,64

2200

27,50

57.

17,30

144

1412,64

2220

27,75

58.

17,40

146

1432,26

2230

27,88

59.

17,50

146

1432,26

2250

28,13

60.

17,60

146

1432,26

2270

28,38

61.

17,70

147

1442,07

2290

28,63

62.

17,80

147

1442,07

2300

28,75

63.

17,90

148

1451,88

2310

28,88

64.

18,00

149

1461,69

2330

29,13

65.

18,10

149

1461,69

2340

29,25

66.

18,20

150

1471,50

2350

29,38

67.

18,30

150

1471,50

2370

29,63

68.

18,40

150

1471,50

2385

29,81

69.

18,50

150

1471,50

2400

30,00

70.

18,60

151

1481,31

2410

30,13

71.

18,70

151

1481,31

2430

30,38

72.

18,80

152

1491,12

2440

30,50

73.

18,90

152

1491,12

2450

30,63

74.

19,00

153

1500,93

2470

30,88

75.

19,10

153

1500,93

2490

31,13

76.

19,20

153

1500,93

2510

31,38

77.

19,30

154

1510,74

2520

31,50

78.

19,40

154

1510,74

2540

31,75

79.

19,50

154

1510,74

2550

31,88

80.

19,60

156

1530,36

2570

32,13

81.

19,70

156

1530,36

2580

32,25

82.

19,80

156

1530,36

2600

32,50

83.

19,90

156

1530,36

2610

32,63

84.

20,00

157

1540,17

2630

32,88

85.

20,50

159

1559,79

2690

33,63

86.

21,00

167

1638,27

2760

34,50

87.

21,50

165

1618,65

2830

35,38

88.

22,00

166

1628,46

2920

36,50

89.

27,00

197

1932,57

3500

43,75

90.

32,00

230

2256,30

4200

52,50

6

2.4. Opis stanu złoża w zależności od częstotliwości obrotów sprężarki n

n[Hz] Opis stanu złoża

poziom

złoża

L [mm]

5,0

żadnych widocznych zmian w strukturze

105

12,9

widoczne małe pęcherzyki powietrza

106

13,0

108

13,2

112

13,3

powierzchnia złoża delikatnie faluje

13,5

113

13,8

115

14,0

pęcherzyki rozpychają cząsteczki złoża, struktura przypomina gotującą się
wodę

14,6

złoże wyraźnie faluje

14,9

widoczne duże pęcherze powietrza, złoże coraz mocniej faluje

15.3

złoże drga i faluje, jego poziom na przemian podnosi się i opada

15,7

przez złoże przepływają bardzo duże pęcherze powietrza

118

16,3

pęcherze przepływają coraz szybciej, wyrzucając cząsteczki złoża w górę

17,3

cząsteczki są wyrzucane coraz wyżej, obsypując ścianki naczynia

121

18,3

pęcherze są wielkości średnicy słupa

18,7

pęcherze powietrza wyrzucają cząsteczki nawet na wysokość 30mm

19,3

123

27,0

złoże unosi się całą objętością do góry, następnie opada

140

32,0

złoże rozwarstwia się na dwie części

170

7

2.5. Dynamika warstwy fluidalnej

∆p=f(u)

0

500

1000

1500

2000

2500

0

10

20

30

40

50

60

prędkoś ć g az u u [m/s ]

R

ó

ż

n

ic

a

c

iś

n

ie

ń

∆

p

[

N

/m

^

2

]

S erie1

∆p [N/m

2

]

– różnica ciśnień

u [m/s] – prędkość gazu

2.6. Wnioski

Prędkość spulchniania u

s

= ok. 17,5 m/s

Prędkość krytyczna

u

k

= ok.

19 m/s.

Pierwsza prędkość fluidyzacji u’

j

= ok. 19 m/s, nie udało się uchwycić różnicy pomiędzy u

k

i

u’

j

Za drugą prędkość fluidyzacji u

”

j

należy przyjąć wartość ok. 25 m/s.

Przy wyższych prędkościach pojawiły się zaburzenia pracy złoża fluidalnego w postaci dużych
bąbli powietrznych, a następnie przepływ tłokowy objawiający się rozwarstwieniem złoża przy
prędkości ok. 52 m/s.