Chương 9: Trạng thái tầng sôi khối hạt

Khái niệm: Trong các thiết bị của ngành Công Nghệ Hoá Học, thường gặp hiện tượng tương tác giữa khối hạt và dòng lưu chất chuyển qua khối hạt đó, ứng với vận tốc nào đó thì khối hạt linh động hẳn lên, hiện tượng đó gọi là trạng thái tầng sôi của khối hạt. Sự tác động tương hỗ giữa khối hạt và dòng lưu chất đánh giá bằng chuẩn số đồng dạng Reynolds (của hạt) CHƯƠNG 9: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT 1. CHẾ ĐỘ CHẢY 2. VẬN TỐC CÂN BẰNG CỦA HẠT Khi hạt chuyển động trong ống, hình (H 9.1) sẽ chịu các lực sau : Trọng lực G = mg = Vr.r.g; N Lực đẩy Archimede Ar = Vr..g; N Lực cản môi trường Vận tốc cân bằng Định nghĩa: “Vận tốc của dòng lưu chất theo phương đứng đưa hạt vào trạng thái cân bằng lực, thì vận tốc đó gọi là vận tốc cân bằng” 2. VẬN TỐC CÂN BẰNG CỦA HẠT (tt) Xét khi: v = vcb: hạt ở trạng thái lơ lửng v > vcb: hạt bị lôi cuốn theo dòng chảy v < vcb: hạt lắng xuống (xảy ra quá trình lắng) Công thức tính vận tốc cân bằng có hệ số Cr là hệ số trở lực của hạt Vùng chảy tầng: Vùng Alen: Vùng Newton – Rittinger Cr = 0,44 2. VẬN TỐC CÂN BẰNG CỦA HẠT (tt) Chuẩn số Archimede Từ (9 – 3) bình phương hai vế Ở đây: Thay Re vào (9 – 4) tìm được 3. CÁC CHUẨN SỐ ĐỒNG DẠNG Chuẩn số Lia – Sen – cô, ký hiệu LY Khi v = vcb  3. CÁC CHUẨN SỐ ĐỒNG DẠNG (tt) Lần lượt như sau: Chọn trước giá trị v’cb Kế đến tính Re, sẽ tìm ra vùng nào để có Cr Đem Cr thế vào (9 – 3) Nếu vcb = v’cb chính là kết quả, nếu vcb  v’cb thì chọn lại v’cb và tính lặp từ đầu. Nhược điểm: Phương pháp này có nhược điểm là mất nhiều thời gian tính 4. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH VẬN TỐC CÂN BẰNG Trình tự như sau: Trước hết tính Ar, nếu: Khi đã biết Re thì tính: 4. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH VẬN TỐC CÂN BẰNG Khảo sát (xem hình) 5. HIỆN TƯỢNG GIẢ LỎNG CỦA LỚP HẠT Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa trở lực lớp hạt p và vận tốc trung bình dòng lưu chất v 5. HIỆN TƯỢNG GIẢ LỎNG CỦA LỚP HẠT (tt) 5. HIỆN TƯỢNG GIẢ LỎNG CỦA LỚP HẠT (tt) Độ xốp  của lớp sôi xác định theo phương trình chuẩn số Reynolds tới hạn Rek tại điểm A, hình (H9.4) cũng xác định theo phương trình chuẩn số. Đặt biệt khi 0 = k = 0,4 thì 6. TRẠNG THÁI TẦNG SÔI CỦA LỚP HẠT Từ công thức (9 – 13) và (9 – 14) ta tìm được vk Gọi hệ số tầng sôi là tỉ số giữa vận tốc làm việc trong thiết bị tầng sôi chia cho vận tốc tới hạn – ký hiệu Kv 6. TRẠNG THÁI TẦNG SÔI CỦA LỚP HẠT (tt) Có ba dạng thiết bị tầng sôi thông dụng như sau: Thiết bị một tầng sôi 7. CẤU TẠO THIẾT BỊ TẦNG SÔI Thiết bị nhiều tầng sôi 7. CẤU TẠO THIẾT BỊ TẦNG SÔI (tt) Thiết bị tầng sôi nhiều ngăn 7. CẤU TẠO THIẾT BỊ TẦNG SÔI (tt) Bài 1. Hạt thạch anh hình cầu d = 0,9mm, r = 2659kg/m3 chịu tác động của dòng nước theo phương đứng. Tính vận tốc cân bằng của hạt thạch anh đó. Từ công thức (9 – 5): Bài giải Ở đây nước ở 200C là:  = 1cP và  = 1000 kg/m3 Tìm trên giản đồ hình (H9.2) – đường 6 trên trục hoành lấy Ar = 1,18.104 chiếu sang bên phải đọc Re = 140 8. BÀI TẬP Bài 2. Dòng nước có khối lượng riêng  = 1000kg/m3 và độ nhớt  = 1,3cP chảy theo phương đứng với vận tốc v = 0,5m/s thì sẽ tạo trạng thái cân bằng cho hạt phấn hình cầu; biết khối lượng riêng của phấn là r = 2710kg/m3. Xác định đường kính d hạt phấn đó? Bài giải Rõ ràng theo đề cho v = vcb = 0,5 m/s, tìm chuẩn số LY theo (9 – 6) Trên giản đồ hình (H9.2) tiến hành tra cứu như sau: Từ LY = 5,72.103 nằm trên trục tung kéo sang phải cắt đường hạt cầu 1 Gióng xuống cắt đường 6 Gióng qua phải cắt Re Đọc Re = 1800 Bài 3. Tạo tầng sôi bằng cách thổi dòng khí vào một khối lượng hạt G = 188kg trong thiết bị tầng sôi hình trụ có đường kính D = 1000mm, chiều cao lớp hạt tĩnh h0 = 500mm, khối lượng riêng hạt r = 800kg/m3, đường kính trung bình của hạt d = 1,86mm Tính lưu lượng dòng khí thổi qua lớp hạt sao cho đạt độ xốp  = 0,5 biết khối lượng riêng không khí k = 0,8kg/m3 và độ nhớt 1,5.10-5 Pa.S ? Tính hệ số tầng sôi? Bài giải bài tập 3 Bài giải bài tập 3 (tt) Bài giải bài tập 3 (tt) Bài 4. Dùng thiết bị tầng sôi để sấy muối bột xuất khẩu, biết kích thước trung bình của hạt muối d = 0,68.10-3m; khối lượng riêng của muối r = 1100 kg/m3. Đưa vào sấy tầng sôi bằng dòng không khí nóng ở nhiệt độ t = 2000C, và khối lượng riêng dòng khí đó k = 0,7kg/m3, độ nhớt k = 2,8.10-5 Pa.S. Biết chiều cao lớp muối ở trạng thái tĩnh h0 = 0,1m ứng với 0 = 0,32. Hãy tính chiều cao lớp sôi h khi đạt hệ số Kv = 2,5 Bài giải Bài giải bài tập 4 (tt)