Способ оценки качества псевдоожижения Советский патент 1985 года по МПК G01N15/08 

Изобретение относится к и мерйтельной технике, точнее к измерению параметров псевдоожиженного слоя, может быть использовано для регулирования и управления технологическими процессами, протекающими с исполь зованием псевдоожиженного слоя.

В различных областях техники широко используют п.с.евдоожиженный слой для осуществления процессов взаимодействия газов с раздробленной твердой фазой. При этом создаются хорошие условия для интенсивного тепло- и массообмена. Зернистый слой твердых частиц продувается вое- 15 ходящим потоком газа с такой скоростью, что частицы взвешиваются, рарходятся друг от друга и интенсивно перемешиваются. Характерной особенностью псевдоожиженного слоя является его неоднородность. Возможность определения качества псевдоожижения в различных аппаратах кипящего слоя позволяет создавать оптимальные условия работы и конструкции установок. Цель изобретения - повьш1ение достоверности оценки качества псевдо ожижения. . Поставленная цель достигается за счет того, что согласно способу оцен ки качества псевдоожижения, заключаю щемуся в измерении переменного напря жения, пропорционального пульсациям порозности псевдоожиженногсг слоя, в псевдоожиженный слой дополнительно вводят твердое тело, имеющее темпера туру, отличную от температуры псевдо ожиженного слоя, и измеряют отклонение температуры на его поверхности, по которому определяют частоту гравитационных колебаний псевдоожиженного слоя, а качество псевдоожижения оценивают по формуле (. где Е - порозность псевдоожиженного слоя; 7,)- частота гравитационных колебаний слоя. г аиболее специфичной чертой псевдоожиженного слоя является наличие внутренних пульсаций. Псевдоожиженный слой в целом является устойчивым относительно деформации расширения сжатия и может совершать лишь малые колебания около устойчивого положенно

равенства веса частиц и взвешивающей силы взаимодействия потока псевдоожижающей среды.

В качестве дополнительного параметра, характеризующего качество псевдоожнжения, была взята частота гравитационных колебаний слоя у , так как указанная частота определяет частоту колебаний таких характеристик псевдоожиженного слоя, как локальная порозность и давление, общая потеря напора, высота слоя. Коэффициенты теплообмена и т.д. . Интенсивность перемешивания подвижной твердой фазы обеспечивает высокие эффективные коэффициенты переноса и изотермичность слоя. Но в отдельных областях слоя может происходить интенсивное изменение локальной объемной концентрации при низких коэффициентах перемешивания частиц твер-. дои фазы. Поэтому по частоте пульсаций объемной концентрации твердой фазы нельзя однозначно судить о качестве псевдоожижения в аппарате. Вторым параметром, характеризующим перемешивание в слое, выбраны частота пульсации температуры поверхности погруженного в слой твердого тела, имеющего отличную от слоя температуру. При интенсивном перемешивании дисперсного материала в слое происходит смена пакетов частиц и пузырей около поверхности, что,обеспечивает поддержание высокого градиента температур между слоем и поверхностью массивного элемента и приводит к пульсациям температуры последней с определенной частотой. Частоту гравитационных колебаний Г(, определяют как среднее геометрическое частот пульсаций температуры поверхности массивного элемента -у и частот пульсаций объемной концентрации твердой фазы yg. На основании вьш1еизложенного и проведения исследований качество псевдоожижения можно описать следую-. щим выражением: где Е - порозность.псевдоожиженного слоя; Уо - частота гравитационных колебаний. По численному значению качества псевдоожижения оценивают работу аппарата. Из теории псевдоожиженного 3 слоя и многочисленных экспериментальных исследований известно, что порозность псевдоожиженного слоя изменяется в пределах от 0,4-0,5 до 0,6-0,7. При минимальных значениях порозности 0,4-0,5 имеют насыпной слой с соприкасающимися неподвижными частицами твердой фазы, при значениях порозности вьше 0,6 - 0,7 - неустойчивое состояни промежуточное между пневмотранспортом и псевдоожиженным слоем. Зависи мость свойств материала, гидродинамического режима и порозности слоя определяют следующей формулой: f,75 „ Аг г 0,6 YAF°I где Re , iEl rf и - расходная сТкорость псевдоожижающего агента, отнесен ная ко всему сечению аппарата, м/с; d - диаметр частиц твердой фаз мм; О - кинематическая вязкость, g - ускорение свободного падения, J) - плотность твердых частиц, с - плотность псевдоожижающей среды, кг/м. Частоты гравитационных колебаний псевдоожиженного слоя должны находиться в пределах j- 1-10 Гц. Снижение частоты ниже 1 Гц характеризует малую подвижность частиц твердой фазы, а частоты свыше 10 Гц не наблюдают. Исходы из вышеизложенного, если качество псевдоожижения на 1ХОДИТСЯ в пределах . 0,3-6,0, то процесс псевдоожижения протекает нормально, т.е. частицы в среднем взвешены потоком и достаточно равномерно распределены по объему аппа рата (перекосы, залегания слоя отсутствуют) . Указанные пределы измен ния качества псёвдоожижения охватывают возможные варианты режимов псе доожижения. В конкретных процессах эксплуатационные пределы изменения определяют с учетом технологических .характеристик и конструкции аппарат На фиг. 1 представлена блок-схем устройства, реализующего предлагае94мый способ; на фиг. 2 --конструктивное исполнение измерительных элементов. Устройство содержит измерительные элементы 1 и 2, измерительные устройства 3 и 4, фильтры верхних частот 5 и 6, частотомеры 7 и 8, интегрирующий блок 9, решающие блоки 10, 11 и 12. Выход решающего блока 12 является выходом устройства. Измерительные элементы 1 и 2 служат датчиками для измерительных устройств 3 и 4. Переменное напряжение, пропорциональное пульсациям объемной концентрации твердой фазы И, и переменное напряжение И, пропорциональное пульсациям температуры 3 и 4, через фильтры верхних частот 5 и 6 поступают на частотомеры 7 и 8, на выходе которых получают частоту.пульсаций объемной концентрации твердой фазы и частоту пульсаций температуры поверхности твердого тела у Напряжение с фильтра верхних частот 5 поступает также на интегрирующий блок 9, на выходе которого получают напряжение, пропорциональное средней локальной порозности слоя EJ . Выходной сигнал с решающего блока 10 частота гравитационных колебаний слоя -у 1 ft 2Гт напряжение, пропорциональное средней локальной объемной концентрации твердой фазы, поступают на входы решающего блока 12, на выходе которого получают численное значение качества псевдоожижения ., Выполнение решающих блоков 10, 11 и 12 не представляет трудности, например их можно изготовить на базе стандартных микромодульных логических элементов. Конструкгщя измеритель ных элементов, показанная на фиг.2, содержит потенциальньш электрод 13, корпус твердого тела 14, диэлектрическая прокладка 15, экранные электроды 16, тепловой преобразователь 17. Измерительные элементы, представляющие собой емкостной датчик и тепловой преобразователь, объединены в единую конструкцию. Потенциальный электрод 13 изолирован от корпуса Твердого тела 14, имеющего определен ную температуру, диэлектрической прокладкой 15. Измерительный объем определяют расстоянием между потенциальным электродом 13 и экранными электродами 16. На торцовой части корпуса твердого тела 14 в измерительном объеме емкостного датчика располож .тепловой преобразователь 17. Такое конструктивное исполнение позволяе одновременно измерить пульсации объемной конструкции твердой фазы температуры поверхности массивного элемента. Пример. При псевдоожижении частиц сланца, имеющих средний диаметр df.p - 2-3 мм, плотность 2000 кг/м, дымовыми газами со ср ней температурой ТСР О0с, кинематической вязкостью 0 7,9-10 м и плотностью /) 0,75 кг/м, имеющими расходную скорость, отнесенну ко всему сечению аппарата, И 1,5-2,0 м/с и получают число Арх меда Аг 4,46-10 и число Рейноль са Re 40-60. При этом расчетная порозность слоя будет равна е (18 REJL2±36 Rej) Аг (I§ 50 ± 0z36i50i j-l V 4,46 10 / По предлагаемому способу экспериментально определенная порозность слоя для указанного режима равна 0,53, частота гравитационных колебаний у 2,535 Гц и качество псевдоожижения е- (1-,-) т (1-0,53)2,535 1,19 Оптимальное значение пределов изменения качества псевдоожижения для данного процесса равно е. 0,95-1,25 Полученное численное значение качества псевдоожижения находится в оптимальных пределах для данного процесса. При залегании слоя (при образовании спеков и выпадении их на газораспределительную решетку) частота гравитационных колебаний стремится к нулю и качество псевдоожижения также стремится к нулю. Это является показателем нарушения режима работы аппарата. Преимуществом предлагаемого изобретения, по сравнению с известным, является повышение точности определения качества псевдоожижения на 30%, что позволяет улучшить управление процессов псевдоожижения и за счет этого улучшить технико-экономические показатели работы промьшшенных аппаратов.

СПОСОБ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ПСЕВДООЖИЖЕНИЯ, заключающийся в измерении переменного напряжения, пропорционального пульсациям порозности псевдоожиженного слоя, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности оценки качества псевдоожижения, в псевдоожиженный слой двполнительно вводят твердое тело, имеющее температуру, отличную от температуры псевдоожиженного слоя и измеряют отклонение температуры на его поверхности, по которому определяют частоту гравитационных колебаний псевдоожиженного слоя, а качество псевдоожижения S оценивают по формуле § ( Л (Л где порозность псевдоожиженного слоя; Уд- частота гравитационных колебаний слоя.

Uf

Oi/

/г

К

W/

яь

fit

и

1Г

12

10

фиа. (