Karolina Kosior III CCDI L2 2011/2012	Katedra Inżynierii Chemicznej i Procesowej
HYDRODYNAMIKA FLUIDYZACJI GAZOWEJ
Data wykonania ćwiczenia	21.12.2011
Data oddania sprawozdania	11.01.2012

1. CZĘŚĆ TEORETYCZNA

Fluidyzacja polega na utrzymaniu złoża rozdrobnionego materiału stałego w stanie intensywnej cyrkulacji wywołanej przez przepływ przez złoże gazu – fluidyzacja gazowa lub cieczy – fluidyzacji cieczowa. Ziarna zaczynają cyrkulować dopiero po przekroczeniu odpowiedniej prędkości tzw. krytycznej prędkości fluidyzacji. Poniżej tej prędkości łoże jest nieruchome, a przy znacznym jej przekroczeniu powoduje przejście w obszar transportu pneumatycznego.

Rodzaje fluidyzacji:

- fluidyzacja jednorodna, w układnie ciecz-ciało stałe jest to spokojnie stopniowe rozszerzanie się złoża i równomierna cyrkulacja ziaren

- fluidyzacja niejednorodna lub pęcherzująca, w układach gaz-ciało stałe jest to pulsacyjny przepływ gazu przez złoże powodujący niejednorodną strukturę złoża

Fluidyzacja pozwala na dobre wymieszanie składników, łatwe przemieszczenie dużych ilości rozdrobnionego ciała stałego, automatyczną kontrole i regulację procesów prowadzonych w złożu fluidalnym.

Przepływ płynu przez złoże materiału ziarnistego wiąże się ze spadkiem ciśnienia płynu wynikającym z oporów przepływu. Powiększenie prędkości płynu powoduje wzrost oporów i wzrost spadku ciśnienia. W pewnym momencie, gdy nadciśnienie płynu pod złożem materiału zrównoważy lub nieco przewyższy ciśnienie statyczne tego złoża, następuje niewielka jego ekspansja. Jest to spowodowane rozluźnieniem złoża, a zatem i wzrostem jego objętości. Powiększanie prędkości płynu powoduje przejście i utrzymywanie złoża w stanie fluidalnym, w którym spadek ciśnienia nie ulega większym zmianom. Prędkość przepływu płynu rozgraniczająca obszar złoża fluidalnego od złoża nieruchomego nosi nazwę krytycznej prędkości fluidyzacji. Redukcja prędkości osłabia intensywność mieszania i w pewnym momencie złoże fluidalne przechodzi w złoże nieruchome. Porowatość tego złoża pozostaje na poziomie porowatości krytycznej, jest, więc inna niż porowatość łoża wyjściowego.

Przejście złożą materiału ziarnistego w stan fluidalny wymaga, zatem przekroczenia krytycznej prędkości fluidyzacji. Jest to parametr i istotnym znaczeniu, gdyż, rozgranicza dwa stany tego samego złożą na nieruchomy i fluidalny, różniące się znacznie własnościami.

1. CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA

Celem ćwiczenia jest doświadczalne wyznaczenie krytycznej prędkości fluidyzacji dla złoża mono- i polidyspersyjnego oraz porównanie ich z wartościami literaturowymi obliczonymi z korelacji Leva.

1. OPRACOWANIE WYNIKÓW

Masa materiału	Frakcje[mm]	Gęstość [kg/m^3]	Średnica zastępcza dz [mm]	Czynnik kształtu φ
1,4	0,2-0,25	0,25-0,3	0,3-0,4	0,4-0,5
	Masa[%]
	0,65	2,3	30,8	55,9

Przeprowadzono pomiary dla złoża monodyspersyjnego, otrzymano następujące wyniki.

Wysokość złoża nieruchomego [mm]	Objętościowe natężenie przepływu powietrza [m^3/h]	Nadciśnienie w układzie [mmCCl4]	Spadek ciśnienia na złożu [mmCCl4]
87	1,75	47	47
87	2,25	62	62
87	2,5	71	70
87	2,8	81	80
87	3	90	89
98	6,3	94	93
105	10,2	97	98
120	12,3	98	99
100	8,6	95	91
95	5,6	91	92
89	3,2	80	79
88	2,6	67	67
88	1,95	50	50
88	1,65	42	41

• Doświadczalną wartość W_kr wyznacza się z wykresu zależności log Δp = f(logW). Punkt przecięcia wyznacza wartość W_kr.

Do obliczenia Δp wykorzystano wzór: Δp=Δh _CCl4(ρ_CCl4-ρ)g

- gęstość CCl₄ ρ_CCl4 =1594 kg/m³

- gęstość powietrza ρ = 1,2 kg/m³

Nadciśnienie w układzie [mmCCl4]	Δp [Pa]	log Δp
47	730,3076	2,863506
62	963,3844	2,9838
71	1103,231	3,042666
81	1258,615	3,099893
90	1398,461	3,14565
94	1460,615	3,164536
97	1507,23	3,17818
98	1522,769	3,182634
95	1476,154	3,169132
91	1414	3,150449
80	1243,077	3,094498
67	1041,077	3,017483
50	776,9229	2,890378
42	652,6153	2,814657

● Prędkość jest prędkością liniową na pusty przekrój aparatu :

V [m^3/h]	w [m/s]	log w
1,75	198,4126984	2,297569
2,25	255,1020408	2,406714
2,5	283,446712	2,452471
2,8	317,4603175	2,501689
3	340,1360544	2,531653
6,3	714,2857143	2,853872
10,2	1156,462585	3,063132
12,3	1394,557823	3,144437
8,6	975,0566893	2,98903
5,6	634,9206349	2,802719
3,2	362,8117914	2,559681
2,6	294,7845805	2,469505
1,95	221,0884354	2,344566
1,65	187,0748299	2,272015

● Odczytana z wykresu wartość prędkości krytycznej fluidyzacji jest równa:

logW_kr= 2,6 W_kr= 398,11 m/h W_kr = 0,11 m/s

● Objętość krytyczna złoża:

1,36 [dm³]

● Porowatość złoża w warunkach krytycznych:

0,189

● Mnożnik poprawkowy przepływu:

1,014

Ponieważ: , to: i dla przeprowadzonych pomiarów:

Lp.	Rzeczywiste objętościowe natężenie przepływu [m^3/h]	Rzeczywista prędkość przepływu w [m/h]	log w	log Δp
1.	2,028	229,932	2,361599	4,1476298
2.	2,535	287,415	2,458509	4,1476298
3.	3,042	344,898	2,537691	4,1476298
4.	3,549	402,381	2,604637	4,1476298
5.	4,056	459,8639	2,662629	4,1476298
6.	4,563	517,3469	2,713782	4,1595291
7..	5,07	574,8299	2,759539	4,1595291
8.	5,577	632,3129	2,800932	4,1595291
9.	6,084	689,7959	2,838721	4,1595291
10.	6,591	747,2789	2,873483	4,1711109
11.	7,098	804,7619	2,905667	4,1823919
12.	7,605	862,2449	2,935631	4,1933873
13.	8,112	919,7279	2,963659	4,2041112
14.	8,619	977,2109	2,989988	4,2041112
15.	9,126	1034,694	3,014812	4,2145766
16.	9,633	1092,177	3,038293	4,23478
17.	10,14	1149,66	3,060569	4,2540852
18.	10,647	1207,143	3,081759	4,2540852

Lp.	Rzeczywiste objętościowe natężenie przepływu [m^3/h]	Rzeczywista prędkość przepływu w [m/h]	log w	log Δp
1.	10,647	1207,143	3,081759	4,2540852
2.	10,14	1149,66	3,060569	4,2540852
3.	9,633	1092,177	3,038293	4,23478
4.	9,126	1034,694	3,014812	4,2145766
5.	8,619	977,2109	2,989988	4,2041112
6.	8,112	919,7279	2,963659	4,2041112
7..	7,605	862,2449	2,935631	4,1933873
8.	7,098	804,7619	2,905667	4,1823919
9.	6,591	747,2789	2,873483	4,1711109
10.	6,084	689,7959	2,838721	4,1595291
11.	5,577	632,3129	2,800932	4,1595291
12.	5,07	574,8299	2,759539	4,1595291
13.	4,563	517,3469	2,713782	4,1595291
14.	4,056	459,8639	2,662629	4,1476298
15.	3,549	402,381	2,604637	4,1476298
16.	3,042	344,898	2,537691	4,1476298
17.	2,535	287,415	2,458509	4,1476298
18.	2,028	229,932	2,361599	4,1476298

η=18,27 ∙10^-6 [Pa s]

● Leva:

= 0,007 [m/s]

● Erguna:

Δ=b²-4ac

Δ = 8,11∙10¹²

w_{kr (1)} = -3,11 – wynik odrzucamy

w_{kr (2)} = 1,09 [m/s]

● Sosny i Kondukowa:

, gdzie:

≈ 0,890 n = 1,3 i c = 0,025

Zatem:

0,0965 [m/s]

1. WNIOSKI

Na podstawie otrzymanych wyników widzimy, że otrzymana doświadczalnie wartość prędkości krytycznej różni się znacznie od tych, z poszczególnych korelacji .Największym rzędem wartości różnią się korelacja Sosny i Konduktowa. Powodem mógł być niedokładny odczyt wartości spadku ciśnienia z manometru, gdyż podczas pomiaru ciecz manometryczna była bardzo niestabilna i trudno było wyznaczyć jednoznaczną wartość.

Wynikłe błędy, jakie powstały podczas odczytu spadku ciśnienia widoczne są szczególnie na wykresie obrazującym spadek ciśnienia na złożu fluidalnym, więc wartość prędkości krytycznej wyznaczonej z wykresu również obarczona jest dużym błędem. Ponieważ wykres był podwójnie logarytmiczny i odwzorowanie wartości na wykresie nie było dokładne, łącznie z ich przeliczeniem. Trudno było również wyznaczyć dokładny punkt odczytu na wykresie.

Różnice w wartościach wyliczonych z korelacji mogą być również wynikiem tego, że korelacja Leva i Erguna zakładają iż hydraulikę całego złoża określa przepływ płynu w kanałach międzyziarnowych, zaś korelacja Sosny i Kondukowa (nowsza teoria) zakłada, że o hydraulice złoża decyduje opływ cząstek złoża przez płyn.