PRŮTOK PORÉZNÍ RSTOU Průmyslové alikace Nálňové aaráty Filtrační zařízení Porézní vrstva: órovitá řeážka (lsť, keramika, aír) zrnitá vrstva (ísek, filtrační koláč) nálň (kuličky, kroužky, sedla, tělíska) výlň (letivo, tvarované rošty, souvislá vrstva)
Charakteristické vlastnosti orézn zní vrstvy Charakteristický rozměr částic Monodiserzní materiály Ekvivalentní růměr dané částice odle objemu je růměr kuličky, která má stejný objem jako daná částice: 6 j π Ekvivalentní růměr dané částice odle ovrchu je růměr kuličky, která má stejný ovrch jako daná částice: Ekvivalentní růměr odle secifického ovrchu je růměr kuličky, která má stejný oměr ovrchu k objemu jako uvažovaná částice: π 6π j 6 π j j j j
Polydiserzní materiály E d F /d F E d 0 min E d Střední aritmetický rozměr dle očtu N,1 : N,1 Nii N max min E N d Střední objemový rozměr dle očtu N, : N, Nii N max min E N d Střední objemový rozměr dle hmotnosti m, : m, mi i xii m max min E M d
Porózita (mezerovitost) vrstvy Porózita neboli mezerovitost ε je definována jako oměr objemu mezer (órů) mezi částicemi k celkovému objemu vrstvy: s ε Secifický ovrch bsolutní secifický ovrch (hustota ovrchu vrstvy) a je ovrch částic v objemové jednotce celé vrstvy : a lastní secifický ovrch a je oměr ovrchu částic k objemu evné fáze s (částic): a s
Sféricita Sféricita je definována jako oměr ovrchu kuličky o stejném objemu jako částice k ovrchu částice. Pro částice nekulového tvaru je sféricita vždy číslem menším než jedna. σ K j π π ruh nálně Porózita Secifický ovrch Sféricita ε a [m m - ] σ keramické Raschigovy kroužky 8 x 8 x 1,5 0,64 570 0,488 10 x 10 x 1,5 0,7 440 0,48 15 x 15 x 0,7 40 0,99 5 x 5 x 0,74 00 0,74 5 x 5 x 4 0,78 140 0,6 50 x 50 x 5 0,785 90 0,5 ocelové Raschigovy kroužky 8 x 8 x 0, 0,90 60 0,181 10 x 10 x 0,5 0,88 500 0,17 15 x 15 x 0,5 0,9 50 0,167 5 x 5 x 0,8 0,9 0 0,16 50 x 50 x 1 0,95 110 0,1 keramické Pallovy kroužky 5 x 5 x 0,74 0 5 x 5 x 4 00,76 165 50 x 50 x 5 0,78 10 60 x 60 x 6 0,79 96 kovové nebo olyroylenové Pallovy kroužky 15 x 15 x 0,4 0,9 80 5 x 5 x 0,6 0,9 5 5 x 5 x 0,8 0,9 170 50 x 50 x 1 0,9 108 keramická Berlova sedélka 1,5 x 1,5 0,68 460 0,7 5 x 5 0,69 60 0, 8 x 8 0,7 165 0,1 50 x 50 0,7 10 keramická sedélka Intalox 1,5 0,78 65 19 0,77 5 5 0,775 55 8 0,81 195 50 0,79 118
Jednofázov zový růtok orézn zní vrstvou e z h λ d e u Re ud ρ µ u0 ερ εµ a u e 4 0 Re u0 ρ ( 1 ε )µ ( 1 ε ) d d S Sh 4 4 O Oh e 4 e ρ Re µ ε 4 4 a e z 1 h λ ε ε u S us u o o S h S S o u uo uo Sh u 0 o u o u o ε
Závislost součinitele tření λ ři jednofázovém růtoku monodiserzní vrstvou kulových částic na Reynoldsově čísle Re ( 160; B,1; β 0,1) Re B Re λ λc + λt + β λ c Re B Re λ t β
voufázov zový růtok orézn zní vrstvou a mez lnění (zavěšování) b mez zahlcení
ýočet rychlosti zahlcení a tlakové ztráty ři dvoufázovém růtoku
FLUICE znik fluidní vrstvy ývoj fluidní vrstvy: růtok nehybnou orézní vrstvou (a) rahová rychlost fluidace (b) rahová rychlost úlet (c)
Základní vlastnosti fluidní vrstvy
ruhy fluidních vrstev kaalina lyn a rovnoměrná, b bublající, c ístová, d kanálková, e tryskající
ýhody fluidace: evné částice jsou zcela obkloeny tekutinou a řenos tela a hmoty je velmi intenzivní intenzivním romícháváním ve vrstvě se dociluje rovnoměrného rozložení teloty i koncentrace částic, což usnadňuje automatickou regulaci rocesu částice mohou být do vrstvy řiváděny neřetržitě a neřetržitě z ní odváděny. To je výhodné ři ohřevu nebo ochlazování částic, a rovněž ři jejich výměně, oř. regeneraci řestu tela mezi fluidní vrstvou a vestavěným výměníkem je intenzivní, takže stačí menší telosměnná locha než u zařízení s nehybnou vrstvou aaráty s fluidní vrstvou jsou konstrukčně jednoduché, nemají žádné ohyblivé částic Nevýhody fluidace: intenzivní romíchávání ve vrstvě u kontinuálních zařízení může vést k tomu, že se částice v aarátu zdrží obvykle nestejně dlouho. Jakost roduktu ak nebývá stejnoměrná a stueň konverze je obvykle nižší drobivé materiály se často rozmělňují na jemné částice, které bývají unášeny z fluidní vrstvy v důsledku abrazivních účinků zrnité evné fáze může docházet k rychlému ootřebení části zařízení
Základní teorie fluidace Prahové rychlosti fluidace Re Rušené usazování Goroško, Rozenbaum a Todes: u o ρ r µ Re rε 4,75 18 + 0,6 rε 4,75 ( ρ ρ) s µ ρ g ε ε ε 1 rahová rychlost úletu rahová rychlost fluidace
Hodnoty orózity ε ři rahu fluidace Rozměr částic ruh částic [mm] 0,0 0,05 0,07 0,1 0, 0, ostrohranný ísek, σ 0, 67 0,60 0,59 0,58 0,54 0,50 okrouhlý ísek, σ 0, 86 0,56 0,5 0,48 0,44 0,4 uhelný a skelný rášek 0,7 0,67 0,64 0,6 0,57 0,56 aktivní uhlí 0,74 0,7 0,71 0,69 Fischerův-Troschův katalyzátor, σ 0,58 0,58 0,56 0,5
Bilance evné fáze: ýška a orózita fluidní vrstvy h S ( 1 ε ) hs( 1 ε ) Ztráta ři růtoku fluidní vrstvou ( ε ) ρ g + S h g S S + S h 1 s ερ 1 1 hg ( 1 ε ) ρ s m s S g
Průmyslové využití fluidace yužití fluidace: dorava sykých materiálů fluidními žlaby sušení zrnitých materiálů (fluidní sušárny) chemické reaktory (salování ve fluidní vrstvě, katalyzátory) Schéma katalytického krakování těžkých roných frakcí 1 reaktor, regenerátor, a 4 cyklóny, 5 rošt, 6 rošt