CHƯƠNG1: TRẠNG TH Á I T Ầ NG S Ô I KH Ố I 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) XP U udud Re K Khá i n niệ m m Tr rong cá c thiế ế t bị c củ a n ngà n nh C ông Ngh hê CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT S Sư tá á c độ ộ ng tươ ng 1. CHẾ ĐỘ CHẢY CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT 2. VẬN TỐC CÂN BẰNG CỦA HẠT Khi hạt chuyển động trong ống, hình bên sẽ chịu các lực sau : hì ì nh b bên s sẽ c hị u c cá c l ự c s sau : hì ình b bên s sẽ c hị u c cá c l ự c s sau : 2 4 d S S 3 6 h d V S 3 6 r d m S U N u SCF d ; 2 2 U Phương trình chuyển động của hạt: Vận tốc cân bằng sm C dg v d r c /; ρ. ρ-ρ. 3 4 CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT 2. VẬN TỐC CÂN BẰNG CỦA HẠT (tt) 3 22 () () 68 rd dv d mgCduv dt SS UU U (1.1) (1.2) Xét khi: u = v cb : hạt ở trạng thái lơ lửng u > v cb : hạt bị lôi cuốn theo dòng chảy u < v cb : hạt lắng xuống (xảy ra quá trình lắng) Công thức tính vận tốc cân bằng có hệ số C d là hệ số trở lực của hạt Vùng chảy tầng: Re < 0,2 Vùng quá độ: 0,2< Re <500 Vùng chảy rối: 500 < Re C d = 0,44 Re 24 d C 6,0 Re 5,18 d C CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT Xé t t khi : : 2. VẬN TỐC CÂN BẰNG CỦA HẠT (tt) Chuẩn số Archimede 2 3 P UUU r dg Ar Từ (1.2) bình phương hai vế, nhân 2 về với d 2 ρ/μ 2 ta đ ư 1.3)( 3 4 .Re 2 ArC d Ở đây: Thay Re vào (1.3) tìm được CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT Ch h uẩ n n sô ́ ô A Ar ch h im e ed e Ạ ẩ ẩ ́ 3. CÁC CHUẨN SỐ ĐỒNG DẠNG 3 2 2 4 Re . 3 r d gd C UUU P Chuẩn số Lia – Sen – cô, ký hiệu LY UUP U r g u LY Ar LY 23 3 Re Khi u = v c UUP U r c g v LY 2 3 CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT Ch huẩ n n sô ́ ô Lia Se en cô k ky ́ y h hiệ u LY 3. CÁC CHUẨN SỐ ĐỒNG DẠNG (tt) 1.4)( 4.1. Tính theo phương pháp tính lặp Lần lượt như sau: Nhược điểm: • Phương pháp này có nhược điểm là mất nhiều thời gian tính CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT 4 1 T í nh t theo o ph ơn ng ph h á p tí nh lặ p 4. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH VẬN TỐC CÂN BẰNG v c Re C d CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT 4.2. Tính theo phương pháp chế độ chảy Trình tự như sau: • Trước hết tính Ar, nếu: • Khi đã biết Re thì tính: 2 1 4,1 1 33,0 Ar Re84000Ar 9,13 Ar Re84000Ar6,3 18 Ar Re6,3Ar ¸ ¹ · ¨ © § ! ¸ ¹ · ¨ © § d v c . .Re U P 4 2 T í nh t th eo o ph ư ươ n ng ph há p chê ́ ê đô c chả y y 4. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH VẬN TỐC CÂN BẰNG CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT 4.3. Tính theo phương pháp đồ thị Trình tự như sau: • Trước tiên tính Ar, trên trục hoành đồ thị hình (H9. 2) là giá trị Ar kéo đường song song với trục tung, giao điểm với đường 6 là đọc Re từ đó tính: • Nếu nhìn từ đường 1 sang trái sẽ có LY cb , tính theo công thức (1.4): sm d v c /; .ρ μ.Re sm gLy v rcb c /; ρ ρ-ρ.μ. 3 2 Re Ar LY Hệ số hình dạng hạt Khi các hạt vật liệu không phải hình cầu thì cần lưu ý đên hệ số hình dạng hạt φ ߮ൌ ݀ ௦ ݀ ௩ ଶ ൌ ͲǤʹͲܵǤ ܸ ିଶ ଷ Τ Trong đó: S- diện tích bề mặt xung quanh hạt, m 2 V h -thể tích của hạt, m 3 d s ,d v - đường kính tương đương của hạt theo bề mặt và theo thể tích, m Hì nh dạng hạt Trò n Gó c cạ nh Dà i kim Bả n mỏ ng φ 1.3 1.52 1.72 2.33 ݀ ൌ ͳǤʹͶ߮ ܸ య CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT • Khảo sát (xem hình) 5. HIỆN TƯỢNG GIẢ LỎNG CỦA LỚP HẠT CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT 5. HIỆN TƯỢNG GIẢ LỎNG CỦA LỚP HẠT • Tính đường kính tương đương theo bề mặt riêng: ¦ n i i i d x de 1 1 • Tính đường kính tương đương theo khối hạt ¦ n i i i d x de 1 Ạ . HIỆ N TƯỢ NG GI Ả LỎ NG CỦ A LỚ P H h đờ kí h t đ th bề ặ t Ệ Ợ 5.1 ĐẶC TÍNH KHỐI VẬT LIỆU RỜI Trong đó: n- số cỡ hạt trong khối hạt x i -phần khối lượng của cở hạt kích thước di trong khối hạt CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT 5. HIỆN TƯỢNG GIẢ LỎNG CỦA LỚP HẠT • Độ xốp của khối hạt . HIỆ N TƯ Ợ NG GI Ả LỎ NG CỦ A LỚ P HẠ T Ệ Ợ Ạ 5.1 ĐẶC TÍNH KHỐI VẬT LIỆU RỜI(tt) ࢿൌ ࢂെࢂ ࢎ ࢂ ࢎ ൌെ ࣋ ࢜ ࣋ ࢘ Trong trạng thái tĩnh, ε 0 =0,38-0,42 • đường kính khe hở tương đương trong khối hạt ݀ ൌ ʹ ͵ ߝ ͳെߝ ݀ CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT • Trở lực của dòng chảy qua lớp vật liệu Khi dòng lưu chất chuyển động xuyên qua lớp vật liệu hạt, thì áp suất nó bị giảm. Đại lượng tổn thất này gọi là trở lực của lớp hạt Ạ Ạ Ạ Ạ 5.2 TRỞ LỰC CỦA DÒNG CHẢY QUA LỚP VẬT LIỆU HẠT v o -tốc độ thực của dòng lưu chất trong khe d o u – tốc độ trung bình của lưu chất theo tiết diện thiết bị, m/s h o - chiều cao lớp vật liệu λ h -hệ số ma sát của dòng qua lớp vật liệu ൏ ͶǢ ՜ ߣ ൌ ͵Ͷ Ͷ൏൏ͺͲǢ՜ߣ ൌ ʹǤͺ ͲǤͺ CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT • Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa trở lực lớp hạt 'p và vận tốc trung bình dòng lưu chất v Ạ Ạ Ạ Ạ 5.3 ĐƯỜNG CONG GIẢ LỎNG CỦA LỚP VẬT LIỆU HẠT CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT )I – Lớp hạt trạng thái tĩnh: điểm A gọi là điểm tới hạn, là điểm bắt đầu chuyển hạt từ trạng thái tĩnh sang trạng thái linh động và vận tốc điểm A gọi là vận tốc tới hạn v k )II – Lớp hạt giả lỏng: là các hạt ở trạng thái lơ lửng, trở lực qua lớp hạt không đổi, vận tốc tại điểm B gọi là vận tốc cân bằng của hạt và được gọi là vận tốc bắt đầu lôi cuốn v t . Trở lực vùng II tính theo: Vùng II gọi là vùng trạng thái tầng sôi của lớp hạt, vận tốc dòng lưu chất: v k < v < v t ) III – Là vùng hạt bị lôi cuốn theo dòng chảy v > v t HUU HUU ' 1gh1ghP r0r0 gọ ọ ậ Ạ Ạ Ạ Ạ 5.3 ĐƯỜNG CONG GIẢ LỎNG CỦA LỚP VẬT LIỆU HẠT(TT) CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT Reynolds tới hạn Re k tại điểm A, hình cũng xác định theo phương trình chuẩn số. Đặt biệt khi H 0 = H k = 0,4 thì Ar22,51400 Ar Re k Ar. 75,1 1 150 Ar Re 3 0 3 0 0 k H H H (1.7) Ạ Ạ 6. TRẠNG THÁI TẦNG SÔI CỦA LỚP HẠT CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT • Từ công thức (1.7) ta tìm được v k ݒ ൌ Ǥߤ ߩ݀ Ạ Ạ ̀ 6. TRẠNG THÁI TẦNG SÔI CỦA LỚP HẠT (tt) sm gLy v rk k /; ρ ρ-ρ.μ. 3 2 ܮݕ ൌ ଷ ܣݎ ൌ ܣݎ ଶ ͳͶͲͲ ͷǡʹʹ ܣݎ ଷ ൌ ݒ ଷ ߩ ଶ ߤ݃ሺߩ െߩ ሻ ݀ ൌ ߤ ଶ Ǥܣݎ ߩ݃ሺߩ െߩ ሻ య CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT • 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 K v k v v v K Ạ Ạ ́ ầ ầ ̉ ́ ố ố 6. TRẠNG THÁI TẦNG SÔI CỦA LỚP HẠT (tt) Độ xốp H của lớp sôi xác định theo phương trình chuẩn số 21,0 2 Ar Re36,0Re18 ¸ ¸ ¹ · ¨ ¨ © § H Chiều cao lớp sôi: ݄ൌ݄ ଵିఌ ଵିఌ Chú ý: ngoài những cách tính toán bằng công thức trên ta có thể xác định bằng giản đồ sau: LY Ar ε Re Ar CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT Ạ Ạ 7. TRẠNG THÁI LÔI CUỐN VẬT LIỆU ݒ ௧ ൌ ௧ Ǥߤ ߩ݀ sm gLy v rt t /; ρ ρ-ρ.μ. 3 2 ܮݕ ௧ ൌ ௧ ଷ ܣݎ ൌ ܣݎ ଶ ͳͺ Ͳǡͳ ܣݎ ଷ Ar Ar t 61,018 Re Tốc độ lôi cuốn: CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT Có ba dạng thiết bị tầng sôi thông dụng như sau: Thiết bị một tầng sôi Ạ C Có ba a dạ n ng th h iế t b bị tầ n ng sô ôi th ôn g dụ n 8. CẤU TẠO THIẾT BỊ TẦNG SÔI CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT Thiết bị tầng sôi nhiều ngăn Ạ Ạ Th iế t b bị tầ ầ ng s sô i n nh iề u ng g ăn 8. CẤU TẠO THIẾT BỊ TẦNG SÔI (tt) CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT Bài 1. Hãy xác định tốc độ cân bằng của hạt vật liệu cầu đường kính d = 1mm và khối lượng riêng ρ r =1200kg/m 3 trong dòng không khí CHƯƠ ƠNG TRẠ N NG N NG SÔ ÔI KHỐ Ố HẠ 9. BÀI TẬP Re Ar LY CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT Bài 2. Hạt thạch anh hình cầu d = 0,9mm, U r = 2659kg/m 3 chịu tác động của dòng nước ở 20 0 C theo phương đứng. Tính vận tốc cân bằng của hạt thạch anh đó . Biết Ở đây nước ở 20 0 C là: P = 1cP và U = 1000 kg/m 3 B Bà i 2 Hạ t th ạ c ch 9. BÀI TẬP CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT Bài 3. Dòng nước có khối lượng riêng U = 1000kg/m 3 và độ nhớt P = 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 U r = 2710kg/m 3 . Xác định đường kính d hạt phấn đó? CHƯƠ ƠNG TRẠ N NG N NG SÔ ÔI KHỐ Ố HẠ 9. BÀI TẬP CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT Bài 4. lớp hạt silicagel đường kính tương đương 1mm được chuyển vào trạng thái tầng sôi bằng không khí nóng 150 0 C. Silicagel có khối lượng riêng 1100 kg/m 3 và khối lượng riêng xốp 660kg/m 3 . hãy xác định tốc độ tới hạn chuyển vào lớp sôi. Biết không khí nóng ở 150 0 C có khối lượng riêng 0,835 kg/m 3 , đô nhớt động lực học 2,4*10 -5 pas CHƯƠ ƠNG TRẠ N NG N NG SÔ ÔI KHỐ Ố HẠ 9. BÀI TẬP CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT Bài 5. cát thạch anh có khối lượng riêng 2640 kg/m 3 . dùng không khí 25 0 C thổi vào với tốc độ 1 m/s thì khối cát bắt đầu chuyển vào trạng thái tầng sôi. Tính đường kính hạt hình cầu của khối cát thạch anh đó. Biết không khí ở 25 0 C có khối lượng riêng 1,205 kg/m 3 , độ nhớt động lực học 1,8*10 -5 pas. CHƯ Ơ ƠNG TRẠ N NG N NG SÔ ÔI KHỐ Ố HẠ 9. BÀI TẬP [...]... CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT Ạ 8 CẤU TẠO THIẾT BỊ TẦNG SÔI Có a dạng thiết bị tầng sôi Có ba dạng thiết bị tầng sôi thông dụng như sau: n h n ô dụn Thiết bị một tầng sôi CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT Ạ Ạ CHƯƠNG TRẠNG CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT Ơ N NG SÔI KHỐ HẠ Ô Ố 9 BÀI TẬP 8 CẤU TẠO THIẾT BỊ TẦNG SÔI (tt) Thiết bị tầng sôi nhiều ngăn bị tầng sôi nhiều ngăn ầ g Bài 1 Hãy xác... TẦNG SÔI KHỐI HẠT Ạ Ạ 6 TRẠNG THÁI TẦNG SÔI CỦA LỚP HẠT Reynolds tới hạn Rek tại điểm A, hình cũng xác định theo phương trình chuẩn số Ar Re k 15 0 1 H 0 H3 0 Đặt biệt khi H0 = Hk = 0,4 thì 1, 75 H3 0 Re k Ar (1. 7) Ar 14 00 5,22 Ar CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT Ạ Ạ 6 TRẠNG THÁI TẦNG SÔI CỦA LỚP HẠT (tt) • Gọi hệ số́ tầng sôi là tỉ̉ số́ giữa vận tốc làm việc ầ ố trong thiết bị tầng sôi. .. của hạt và được gọi là vận tốc bắt đầu lôi cuốn vt Trở lực vùng II tính theo: 'P gh 0 Ur U 1 H 0 gh Ur U 1 H Vùng II gọi là vùng trạng thái tầng sôi của lớp hạt, vận tốc dòng lưu chất: vk < v < vt ) III – Là vùng hạt bị lôi cuốn theo dòng chảy v > vt CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT Ạ Ạ 6 TRẠNG THÁI TẦNG SÔI CỦA LỚP HẠT (tt) • Từ̀ công thức (1. 7) ta tìm được vk CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG... SÔI KHỐI HẠT CHƯƠNG1: TRẠNG Ơ N NG SÔI KHỐ HẠ Ô Ố 9 BÀI TẬP CHƯƠNG TRẠNG CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT Ơ N NG SÔI KHỐ HẠ Ô Ố 9 BÀI TẬP Bài 3 Dòng nước có khối lượng riêng U = 10 00kg/m3 và độ Bài 4 lớp hạt silicagel đường kính tương đương 1mm được nhớt P = 1, 3cP chảy theo phương đứng với vận tốc v = chuyển vào trạng thái tầng sôi bằng không khí nóng 15 00C 0,5m/s thì sẽ tạo trạng thái cân... cân bằng cho hạt phấn hình cầu; biết khối lượng riêng của phấn là Ur = 2 710 kg/m3 Xác định Silicagel có khối lượng riêng 11 00 kg/m3 và khối lượng riêng xốp 660kg/m3 hãy xác định tốc độ tới hạn chuyển vào lớp sôi Biết không khí nóng ở 15 00C có khối lượng riêng 0,835 kg/m3, đô nhớt động lực học 2,4 *10 -5 pas đường kính d hạt phấn đó? CHƯƠNG TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT CHƯƠNG1: TRẠNG Ơ N NG SÔI KHỐ HẠ...CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT Ạ Ạ 5.3 ĐƯỜNG CONG GIẢ LỎNG CỦA LỚP VẬT LIỆU HẠT(TT) )I – Lớp hạt trạng thái tĩnh: điểm A gọi là điểm tới hạn, là điểm bắt đầu chuyển hạt từ trạng thái tĩnh sang trạng thái gọ ọ ậ linh động và vận tốc điểm A gọi là vận tốc tới hạn vk )II – Lớp hạt giả lỏng: là các hạt ở trạng thái lơ lửng, trở lực qua lớp hạt không đổi, vận tốc tại... của hạt vật liệu cầu đường kính d = 1mm và khối lượng riêng ρr =12 00kg/m3 trong dòng không khí CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT LY 9 BÀI TẬP Bài 2 Bài 2 Hạt thạch anh hình cầu d = 0,9mm, Ur = 2659kg/m3 thạch c Re Ar chịu tác động của dòng nước ở 200C theo phương đứng Tính vận tốc cân bằng của hạt thạch anh đó Biết Ở đây nước ở 200C là: P = 1cP và U = 10 00 kg/m3 CHƯƠNG TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI... lớp sôi xác định theo phương trình chuẩn số 2 0, 21 vk 3 Lyk μ.g ρ r - ρ ;m / s ρ2 § 18 Re 0,36 Re H ¨ ¨ Ar © · ¸ ¸ ¹ Chiều cao lớp sôi: Chú ý: ngoài những cách tính toán bằng công thức trên ta có thể xác định bằng giản đồ sau: LY Re ε Ar Ar CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT Ạ Ạ 7 TRẠNG THÁI LÔI CUỐN VẬT LIỆU Tốc độ lôi cuốn: Re t vt 3 Lyt μ.g ρ r - ρ ;m / s ρ2 Ar 18 0, 61 Ar CHƯƠNG1: TRẠNG... CHƯƠNG1: TRẠNG Ơ N NG SÔI KHỐ HẠ Ô Ố 9 BÀI TẬP Bài 5 cát thạch anh có khối lượng riêng 2640 kg/m3 dùng không khí 250C thổi vào với tốc độ 1 m/s thì khối cát bắt đầu chuyển vào trạng thái tầng sôi Tính đường kính hạt hình cầu của khối cát thạch anh đó Biết không khí ở 250C có khối lượng riêng 1, 205 kg/m3, độ nhớt động lực học 1, 8 *10 -5pas . THIẾT BỊ TẦNG SÔI CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT Thiết bị tầng sôi nhiều ngăn Ạ Ạ Th iế t b bị tầ ầ ng s sô i n nh iề u ng g ăn 8. CẤU TẠO THIẾT BỊ TẦNG SÔI (tt) CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI. Hì nh dạng hạt Trò n Gó c cạ nh Dà i kim Bả n mỏ ng φ 1. 3 1. 52 1. 72 2.33 ݀ ൌ ͳǤʹͶ߮ ܸ య CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT • Khảo. CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT Bài 4. lớp hạt silicagel đường kính tương đương 1mm được chuyển vào trạng thái tầng sôi bằng không khí nóng 15 0 0 C. Silicagel có khối lượng riêng 11 00