Реакторы с движущимся слоем. Конструирование реактора с движущимся слоем. Реакторы с псевдоожиженным слоем, страница 5

Экспериментально установлено, что в большинстве случаев

(а)

(б)

С учетом этого из (4) можно получить

Решая (5) относительно , получим

или в размерном виде

Определенной проблемой здесь остается определение .

В противоположность реакторам с неподвижным слоем, для которых характерно узкое распределение частиц по размерам, для псевдоожиженного слоя обычно характерно более широкое распределение по размерам и форме. В этих случаях величину  рекомендуется определять на основе интегральной кривой распределения веса частиц по их размерам, используя соотношение:

где  - массовая доля катализатора, соответствующая частицам с размером , лежащими в диапазоне между  до .

Это определение эквивалентно данному ранее, в соответствии с которым:

В зависимости от чисел  из (6) можно получить два более простых предельных соотношения:

 и

 и

Чтобы улучшить соотношения для , необходимо провести прямые эксперименты с использованием конкретных жидкостей (газов) и конкретной дисперсной системы, коэффициенты, позволяющие более точно определить в уравнении (4).

   и                                                    (12)

Рассмотренные соотношения могут применяться для оценки  как для систем газ/твердое, так и для жидкость/твердое, но не для 3-х фазных систем.

Следует при этом отметить, что данные соотношения могут быть неприемлемы и в случае систем жидкость/твердое, если размер частиц меньше  200¸300 мкм. В этом случае существенное влияние на баланс сил в момент начала псевдоожижения могут оказывать капиллярные силы, наличие которых может привести даже к тому, что псевдоожижение станет невозможным.

2.3.4. Скорость уноса частиц

Под скоростью уноса понимается, как отмечалось выше, скорость газа, при которой скорость частицы относительно стенок аппарата равна нулю. Очевидно, такая ситуация будет иметь место если скорость газа будет равна скорости витания (свободного падения) частицы в неподвижной среде.

Для расчета скорости уноса может применяться универсальная формула Тодеса, приближенно пригодная для всех режимов

где

2.3.5. Теплоперенос в псевдоожиженном слое

Внутренний теплообмен

Под внутренним теплообменом понимают процесс теплообмена между псевдоожижающим агентом и частицами. Этот вопрос является актуальным, если газ в слой подается при температуре, сильно отличающейся от температуры и/или в случаях очень мелких слоев, в которых температура газа и частиц не успевает выровняться. При моделировании химических реакторов с псевдоожиженным слоем в большинстве случаев принимается, что температура частиц и газа практически совпадают. Это оправдывается тем, что размер частиц обычно мал и выравнивание температур происходит, даже при начальной разнице в сотни градусов, на высоте слоя в несколько сантиметров.

Коэффициент теплоотдачи между частицей и псевдоожижающим агентом находится, как правило, в пределах 5¸20 Вт/(м²К).

Исходя из сказанного, мы не будем сейчас рассматривать вопрос о внутреннем теплообменнике более детально. Более подробное изложение вопроса можно найти в специальной литературе по псевдоожижению.

Внешний теплообмен.

Под внешним теплообменом обычно понимается теплообмен между псевдоожиженным слоем и размещенными в слое поверхностями. Это могут быть различные поверхности: поверхности оребренных или гладких, горизонтальных или вертикальных труб с циркулирующим внутри них жидким теплоносителем. Эта поверхность может быть также и ограничивающей слой стенкой.

Рис. 2.17 Зависимость коэффициента теплоотдачи от стенки к слою от расходной скорости газа при условиях, когда можно пренебречь радиационным теплообменником. 1- медные сферы, 150 мкм, 0,825 МН/м²; 2 – медные сферы, 625 мкм, 0,825 МН/м²; 3 – медные сферы, 625 мкм, 0,275 МН/м²; 4 – песок, 1020 мкм, 0,825 МН/м².

На рис. 2.17 показано изменение коэффициента теплоотдачи от слоя к поверхности с изменением скорости газа при условиях, когда можно пренебречь тепловым излучением.