ODLEWNICZE URZĄDZENIA

FLUIDYZACYJNE
I
WIBROFLUIDYZACYJNE

Adam Kocięcki
AGH ZOD Nowa Sól

27.03.2009 r.

1. Proces fluidyzacji i wibrofluidyzacji

Fluidyzacja polega na powstawaniu dynamicznej zawiesiny (tzw. złoża fluidalnego) drobnych cząsteczek ciała stałego w strumieniu gazu poruszających się z dołu do góry. Złoże ziaren ciała stałego jest intensywnie mieszane, przechodzi w stan półzawieszony, czyli fluidalny i przyjmuje wiele właściwości cieczy. W przypadku zwiększonej wilgotności i spoistości materiałów proces ten jest utrudniony, dlatego też stosuje się dodatkowo drgania - wibrofluidyzacja.

2. Funkcje

Odlewnicze urządzenia fluidyzacyjne są stosowane podczas przygotowania piasków i mas formierskich (używanej jak i zużytej), które obejmuje ich suszenie, chłodzenie, oddzielenie drobnych frakcji (pyłów) od piasku technologicznego. Natomiast maszyny wibrofluidyzacyjne są stosowane do bardziej zmechanizowanych procesach przygotowania masy formierskiej - chłodzenia, oddzielenia zanieczyszczeń. Następnym zastosowaniem jest regeneracja osnowy piaskowej zużytej masy, która polega na odpyleniu regeneratu i wyodrębnienia osnowy o określonej wielkości i jednorodności ziaren.

3. Schemat stanowiska do badania procesu fluidyzacji

Schemat stanowiska do obserwacji procesu fluidyzacji przedstawia rysunek 1. Zasadniczym elementem stanowiska jest aparat fluidyzacyjny o przekroju kołowym wraz z dnem sitowym wykonany w celu ułatwienia obserwacji zjawiska z przezroczystego materiału. Pod dno sitowe doprowadzane jest powietrze, a jego strumień można regulować za pomocą zaworu. Strumień i nadciśnienie powietrza mierzone są odpowiednio rotametrem i manometrem. Zwiększenie prędkości przepływu czynnika fluidyzującego (powietrza) przez złoże ponad dolną krytyczną prędkość fluidyzacji powoduje przejście złoża w stan fluidalny. Opory przepływu powodują spadek ciśnienia przepływającego przez złoże powietrza, który mierzony jest za pomocą manometru typu U-rurka.

(rys. 1.)

1. zawór regulacyjny 2) rotametr 3) manometr 4) komora wypełniona złożem

5. manometr różnicowy

4. Wykresy

Wartość prędkości początkującej proces fluidyzacji wyznacza się w oparciu o wyniki pomiaru zmian oporów przepływu powietrza przez warstwę piasku kwarcowego. Wyniki rejestracji oporów w funkcji prędkości przepływu (patrz wykres 2) należy zapisać w odpowiednich kolumnach tabeli 4. oraz opracować graficznie w układzie współrzędnych logarytmicznych kolumnach tabeli 4.

Wartość maksymalnej prędkości fluidyzacji wyznacza się w oparciu o badanie unoszenia ziaren z aparatu fluidyzacyjnego. Wyznacza się ilość unoszonego materiału próbki 100 [g] piasku dla różnych prędkości przepływu powietrza. Czas każdego pomiaru wynosi 5 minut, po którym to określa się masę końcową próbki. Za wartość u_z przyjmuje się prędkość, przy której 50% masy ładunku zostanie uniesione do góry. (tabela 3)

5. Filtracja, fluidyzacja i transport pneumatyczny

W zależności od natężenia przepływu powietrza przez złoże możemy rozróżnić trzy następujące etapy:

• warstwa nieruchoma - występuje przy niewielkich prędkościach, warstwa materiału sypkiego pozostaje nieruchoma względem siebie i ścian aparatu, ze wzrostem prędkości przepływu rośnie spadek ciśnienia na złożu (filtracja)

• warstwa fluidalna (wrząca, pseudopłynna) - przy wzroście prędkości przepływu do pewnej granicznej wartości zwanej dolną krytyczną prędkością fluidyzacji (w_k1) złoże ulega niewielkiej ekspansji, a przy dalszym wzroście prędkości ładunek przechodzi w tzw. stan fluidalny, charakteryzujący się tym, że ziarna zmieniają położenie względem siebie i względem ścian aparatu, spadek ciśnienia na złożu ze wzrostem prędkości przepływu płynu jest prawie stały (fluidyzacja)

• transport pneumatyczny - gdy prędkość płynu wzrośnie do tzw. górnej krytycznej prędkości fluidyzacji (w_k2) cząstki tworzące złoże zostają porywane z aparatu. (transport pneumatyczny)

6. Wzory i obliczenia

Dane: Liczba Archimedesa: ; Prędkość dla początku fluidyzacji: ; ;

Prędkość dla końca fluidyzacji: ; ; Porowatość początkowa warstwy fluidalnej: ; Porowatość warstwy fluidalnej: ; Opór przepływu przez warstwę: ;

---