CHƯƠNG1: 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 đ
Trang 1CHƯƠNG1: 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)
X P
ud
Re
K
Khái nniệm m Trrong các thiếết bị ccủa nngànnh Công Nghhê
CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT
S
Sư táác độộng tương
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 : hìình bbên ssẽ chịu ccác lực ssau : hìình bbên ssẽ chịu ccác lực ssau :
2
4
d
6
h d
6
r d
m U S
N u S C
2 U 2
Phương trình chuyển động của hạt:
Vận tốc cân bằng
C d g v
d
r
ρ ρ -ρ 3 4
CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT
2 VẬN TỐC CÂN BẰNG CỦA HẠT (tt)
3
dt
(1.2)
Xét khi:
u = vcb: hạt ở trạng thái lơ lửng
u > vcb: hạt bị lôi cuốn theo dòng chảy
u < vcb: hạt lắng xuống (xảy ra quá trình lắng)
Công thức tính vận tốc cân bằng có hệ số Cd 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 = 0,44
Re
24
d C
6 , 0
Re 5 , 18
d C
CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT
Xétt khi::
2 VẬN TỐC CÂN BẰNG CỦA HẠT (tt)
Trang 2 Chuẩn số Archimede
2 3
PU U
Ud r
g Ar
Từ (1.2) bình phương hai vế, nhân 2 về với d2ρ/μ2 ta đư
1.3) ( 3
4
Re 2
Ar
C d
Ở đây:
Thay Re vào
(1.3) tìm được
Chhuẩnn sốô A ẩ ́ Arch hime ede
3 CÁC CHUẨN SỐ ĐỒNG DẠNG
3 2
2
4
3
r d
g d
P
Chuẩn số Lia – Sen – cô, ký hiệu LY
U U
P
U
r
g
u LY Ar LY
2 3
3
Re
Khi u = vc P UrU U
c g
v LY
2 3
Chhuẩnn sốô Lia Seen cô kkýy hhiệu 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 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH VẬN TỐC CÂN BẰNG
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 Re 84000 Ar
9 , 13
Ar Re 84000 Ar 6 , 3
18
Ar Re 6 , 3 Ar
¸
¹
·
¨
©
§
!
¸
¹
·
¨
©
§
d
v c
Re
U P
4 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH VẬN TỐC CÂN BẰNG
Trang 34.3 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 LYcb, tính
theo công thức (1.4):
s m d
ρ μ Re
m s
g Ly
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 ଷΤ
Trong đó: S- diện tích bề mặt xung quanh hạt, m2
Vh-thể tích của hạt, m3
ds,dv- đường kính tương đương của hạt theo bề mặt
và theo thể tích, m
Hình dạng hạt Tròn Góc
cạnh
Dài kim Bản
mỏng
݀ ൌ 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
Trang 45 HIỆN TƯỢNG GIẢ LỎNG CỦA LỚP HẠT
• Tính đường kính tương đương theo bề mặt riêng:
¦i n
i
i d x de
1 1
• Tính đường kính tương đương theo khối hạt
¦i n
i
i
d
x de
1
Ạ HIỆN TƯỢNG GIẢ LỎNG CỦA LỚP H
5.1 ĐẶC TÍNH KHỐI VẬT LIỆU RỜI
Trong đó: n- số cỡ hạt trong khối hạt
xi-phần khối lượng của cở hạt kích thước di trong khối hạt
5 HIỆN TƯỢNG GIẢ LỎNG CỦA LỚP HẠT
• Độ xốp của khối hạt
HIỆN TƯỢNG GIẢ LỎNG CỦA LỚP HẠT Ệ Ợ Ạ 5.1 ĐẶC TÍNH KHỐI VẬT LIỆU RỜI(tt)
ࢿ ൌࢂ െ ࢂࢎ
ࢂࢎ ൌ െ
࣋ ࢜
࣋࢘
Trong trạng thái tĩnh, ε0=0,38-0,42
• đường kính khe hở tương đương trong khối hạt
݀ൌʹ
͵
ߝ
ͳ െ ߝ݀
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
5.2 TRỞ LỰC CỦA DÒNG CHẢY QUA LỚP VẬT LIỆU HẠT
vo-tốc độ thực của dòng lưu chất trong khe do
u – tốc độ trung bình của lưu chất theo tiết diện thiết bị, m/s
ho- chiều cao lớp vật liệu
λh-hệ số ma sát của dòng qua lớp vật liệu
൏ ͶǢ ՜ ߣൌ͵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
5.3 ĐƯỜNG CONG GIẢ LỎNG CỦA LỚP VẬT LIỆU HẠT
Trang 5)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 vk
)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 vt Trở
lực vùng II tính theo:
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 > v t
U U H U U H
gọ ọ ậ
5.3 ĐƯỜNG CONG GIẢ LỎNG CỦA LỚP VẬT LIỆU HẠT(TT)
Reynolds tới hạn Rek tại điểm A, hình cũng xác định theo phương trình chuẩn số
Đặt biệt khi H0 = Hk = 0,4
Ar
Rek
1 1 , 75.Ar 150
Ar Re
3 0 3
0 0 k
H
H
H
6 TRẠNG THÁI TẦNG SÔI CỦA LỚP HẠT
CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT
• Từ công thức (1.7) ta tìm được vk
ݒ ൌǤ ߤ ߩ݀
6 TRẠNG THÁI TẦNG SÔI CỦA LỚP HẠT (tt)
g Ly
ρ
ρ -ρ μ 3
2
ܮݕ ൌ
ܣݎൌ
ܣݎ ଶ
ͳͶͲͲ ͷǡʹʹ ܣݎ ଷ
ൌ ݒߩ
ଶ
ߤ݃ሺߩ െ ߩሻ
݀ ൌ ߤ
ଶ Ǥ ܣݎ ߩ݃ሺߩ െ ߩሻ
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 Kv
k
v v
v
K
6 TRẠNG THÁI TẦNG SÔI CỦA LỚP HẠT (tt)
Độ xốp H của lớp sôi xác định theo phương trình chuẩn số 2 0 , 21
Ar
Re 36 , 0 Re 18
¸¸¹
·
¨¨©
H
Chiều cao lớp sôi: ݄ ൌ ݄ ଵିఌ
ଵିఌ Chú ý: ngoài những cách tính toán bằng công thức trên ta có thể xác
Trang 6LY
Ar
ε
Re
Ar
CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT Ạ Ạ
7 TRẠNG THÁI LÔI CUỐN VẬT LIỆU
ݒ௧ ൌ௧Ǥ ߤ
ߩ݀
g
Ly
ρ
ρ -ρ
μ
3
ଷ
ܣݎ ൌ
ܣݎ ଶ
ͳͺ Ͳǡͳ ܣݎଷ
Ar
Ar
t
61 , 0 18
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 baa dạnng thhiết bbị tầnng sôôi thông dụn
8 CẤU TẠO THIẾT BỊ TẦNG SÔI
Trang 7 Thiết bị tầng sôi nhiều ngăn
Thiết bbị tầầng ssôi nnhiều nggăn
8 CẤU TẠO THIẾT BỊ TẦNG SÔI (tt)
Bài 1 Hãy xác định tốc độ cân bằng của hạt vật liệu cầu
đường kính d = 1mm và khối lượng riêng ρr=1200kg/m 3
trong dòng không khí
9 BÀI TẬP
Re
Ar
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 Bài 2 Hạt thạcch
9 BÀI TẬP
Trang 8Bài 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?
9 BÀI TẬP
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
9 BÀI TẬP
CHƯƠNG1: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT
Bài 5 cát thạch anh có khối lượng riêng 2640 kg/m3 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
CHƯƠ ƠNG TRẠN NG N NG SÔ ÔI KHỐ Ố HẠ
9 BÀI TẬP
...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