Karolina Kosior III CCDI L2 2011/2012			Katedra Inżynierii Chemicznej i Procesowej
HYDRODYNAMIKA FLUIDYZACJI GAZOWEJ
Data wykonania ćwiczenia	21.12.2011	Ocena	Data	Podpis
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.

2. 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.

3. 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	0,5-0,6	1960	0,34	0,85
		Masa[%]
		0,65	2,3	30,8	55,9	10,35

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]
90	2	40	41
90	2,5	65	64
90	3	76	70
90	3,5	90	92
90	4	90	82
92,5	4,5	95	91
92,5	5	95	86
92,5	5,5	95	90
92,5	6	96	92
95	6,5	95	94
97,5	7	96	92
100	7,5	96	97
102,5	8	96	94
102,5	8,5	97	96
105	9	97	96
110	9,5	97	96
115	10	99	98
115	10,5	99	99

Wysokość złoża nieruchomego	Objętościowe natężenie przepływu powietrza	Nadciśnienie przed rotametrem	Spadek ciśnienia na złożu
1,15	10,5	100	98
1,15	10	99	99
1,1	9,5	97	97
1,05	9	97	96
1,025	8,5	96	94
1,025	8	96	94
1	7,5	96	94
0,975	7	96	93
0,95	6,5	96	93
0,925	6	96	93
0,925	5,5	95	93
0,925	5	94	91
0,925	4,5	90	90
0,9	4	89	88
0,9	3,5	90	88
0,9	3	88	86
0,9	2,5	87	76
0,9	2	55	53

• 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
40	14048,5	4,1476298
65	14048,5	4,1476298
76	14048,5	4,1476298
90	14048,5	4,1476298
90	14048,5	4,1476298
95	14438,73	4,1595291
95	14438,73	4,1595291
95	14438,73	4,1595291
96	14438,73	4,1595291
95	14828,97	4,1711109
96	15219,2	4,1823919
96	15609,44	4,1933873
96	15999,68	4,2041112
97	15999,68	4,2041112
97	16389,91	4,2145766
97	17170,38	4,23478
99	17950,86	4,2540852
99	17950,86	4,2540852

Nadciśnienie w układzie [mmCCl4]	Δp [Pa]	log Δp
100	1560,944	4,2540852
99	1545,335	4,2540852
97	1514,116	4,23478
97	1514,116	4,2145766
96	1498,506	4,2041112
96	1498,506	4,2041112
96	1498,506	4,1933873
96	1498,506	4,1823919
96	1498,506	4,1711109
96	1498,506	4,1595291
95	1482,897	4,1595291
94	1467,287	4,1595291
90	1404,85	4,1595291
89	1389,24	4,1476298
90	1404,85	4,1476298
88	1373,631	4,1476298
87	1358,021	4,1476298
55	858,5192	4,1476298

● Prędkość jest prędkością liniową na pusty przekrój aparatu :

V [m^3/h]	w [m/s]	log w
2	226,7573696	2,355561
2,5	283,446712	2,452471
3	340,1360544	2,531653
3,5	396,8253968	2,598599
4	453,5147392	2,656591
4,5	510,2040816	2,707744
5	566,893424	2,753501
5,5	623,5827664	2,794894
6	680,2721088	2,832683
6,5	736,9614512	2,867445
7	793,6507937	2,899629
7,5	850,3401361	2,929593
8	907,0294785	2,957621
8,5	963,7188209	2,98395
9	1020,408163	3,008774
9,5	1077,097506	3,032255
10	1133,786848	3,054531
10,5	1190,47619	3,075721
V [m3/h]	w [m/s]	log w
10,5	1190,47619	3,075721
10	1133,786848	3,054531
9,5	1077,097506	3,032255
9	1020,408163	3,008774
8,5	963,7188209	2,98395
8	907,0294785	2,957621
7,5	850,3401361	2,929593
7	793,6507937	2,899629
6,5	736,9614512	2,867445
6	680,2721088	2,832683
5,5	623,5827664	2,794894
5	566,893424	2,753501
4,5	510,2040816	2,707744
4	453,5147392	2,656591
3,5	396,8253968	2,598599
3	340,1360544	2,531653
2,5	283,446712	2,452471
2	226,7573696	2,355561

● 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]

4. 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.

---