Пенообразование. Псевдоожиженный слой

Большое промышленное значение приобрели процессы взаимодействия газов и жидкостей с твердыми зернистыми и пылевидными материалами, при проведении которых твердые частицы становятся подвижными относительно друг друга за счет обмена энергией. Такое состояние твердых частиц получило название псевдоожижение или «кипящий слой» из–за сходства с поведением обычной капельной жидкости при кипении.

Гидродинамическая сущность процесса псевдоожижения заключается в том, что через слой твердых частиц, расположенных на перфорированной решетке аппарата, проходит поток псевдоожижающего агента (газа или жидкости), и при равенстве подъемной силы потока воздуха и массы частиц слой приобретает текучесть и переходит в псевдоожиженное состояние.

При этом обнаруживаются и другие свойства, аналогичные свойствам жидкости: псевдоожиженный слой принимает форму вмещающего его аппарата, имеет горизонтальную поверхность, текучесть, поверхностное натяжение и др. Тела, имеющие меньшую плотность, чем псевдоожиженный слой, всплывают в нем, а тела с большей плотностью тонут.

Эти свойства важны для промышленности: продукт можно перемещать по трубам, осуществлять непрерывные процессы. Благодаря интенсивному перемешиванию твердых частиц, в псевдоожиженном слое выравнивается поле температур, устраняется возможность локальных перегревов и связанных с ними нарушений в технологическом процессе.

Наряду с достоинствами псевдоожиженному слою свойственны и недостатки. При интенсивном перемешивании снижается движущая сила процесса. Может проскочить значительное количество газа без оптимального контакта с твердой фазой, в связи с чем уменьшается выход целевого продукта. Интенсивно истираются сами твердые частицы, образуется пыль, которая может уноситься, что требует установки пылеуловителей. При псевдоожижении частиц диэлектрических материалов возникают значительные заряды статического электричества, увеличивается взрывоопасность установок.

Процессы, в которых используется псевдоожижение твердых частиц, широко применяются при сушке мелкозернистых, пастообразных и жидких материалов (зерна, сахара–песка, дрожжей, желатина), сублимационной очистке веществ, растворении и кристаллизации солей, нагреве и охлаждении газов; кроме того, псевдоожижение используют в механических процессах при обогащении, гранулировании, смешивании и транспортировке зернистых и пылевидных материалов.

Имеются различные аппараты для псевдоожижения, учитывающие специфические особенности взаимодействующих веществ, требования к качеству получаемых продуктов и технологические условия протекания процесса. Так, применяются цилиндрические и конические аппараты, в которых скорость псевдоожижающего агента уменьшается при движении снизу вверх, что позволяет работать с полидисперсными системами.

жижающего агента (газа или жидкости), и при равенстве подъемной силы потока воздуха и массы частиц слой приобретает текучесть и переходит в псевдоожиженное состояние.

Большая скорость псевдоожижающего агента важна для высотемпературных процессов, а также при использовании комкующихся и слипающихся материалов. Аппараты переменного (конусного) сечения незаменимы, если в ходе процесса псевдоожижения происходит значительное изменение объемов газообразных продуктов и необходим одинаковый по высоте гидравлический режим аппарата.

При псевдоожижении очень мелких частиц (25–40 мкм), обладающих большей склонностью к электризации, агломерации и слипанию, для разрушения застойных зон и улучшения перемешивания зернистого материала используют дополнительный ввод в слой механической энергии посредством различных перемешивающих устройств, вибраторов (газомеханическое псевдоожижение).

В последнее время получили распространение аппараты с псевдоожиженным слоем типа «активные струи», применяемые для смешивания сыпучих материалов, осуществления процессов сушки и грануляции. Активные струи вводятся через сопла, обеспечивают хорошее перемешивание слоев и предотвращают слипание гранул.

Аппараты с псевдоожиженным слоем по принципу действия могут быть периодического и непрерывного действия. В периодически действующих аппаратах твердые частицы не выводятся до полной отработки. В непрерывно действующих аппаратах осуществляется противоток зернистого материала, т.е. происходит постоянный вывод отработанных твердых частиц и замена их свежим зернистым материалом.

При необходимости получения противотока зернистого материала и псевдоожижающего агента в аппаратах непрерывного действия применяют последовательное секционирование с получением каскада последовательно расположенных псевдоожиженных слоев. В таких секциях твердая фаза переходит с верхних слоев на нижние под действием силы тяжести через перетоки или отверстия тарелок. Эти аппараты используют для адсорбции, десорбции, нагревания, охлаждения и т.п.

ЧИТАЙТЕ ДАЛЕЕ: