Slide Chương 9 Trạng thái tầng sôi khối hạt (Môn Quản trị thiết bị vật liệu rời)

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)
υ
=
µ
ρ
=
vdvd
Re
CHƯƠNG 9: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT
CHƯƠNG 9: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT
1. CHẾ ĐỘ CHẢY
1. CHẾ ĐỘ CHẢY
2. VẬN TỐC CÂN BẰNG CỦA HẠT
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 = V
r
.ρ
r
.g; N
•
Lực đẩy Archimede Ar = V

r
.ρ.g; N
•
Lực cản môi trường
N;
2
v
.ρ.A.C=F
2
r

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”
( )
s/m;
.C
d.g
3
4
=v
r
r
cb
ρ
ρ-ρ
2. VẬN TỐC CÂN BẰNG CỦA HẠT (tt)
2. VẬN TỐC CÂN BẰNG CỦA HẠT (tt)


Xét khi:

v = v
cb
: hạt ở trạng thái lơ lửng

v > v
cb
: hạt bị lôi cuốn theo dòng chảy

v < v
cb
: hạt lắng xuống (xảy ra quá trình lắng)

Công thức tính vận tốc cân bằng có hệ số C
r
là hệ số
trở lực của hạt

Vùng chảy tầng:

Vùng Alen:

Vùng Newton – Rittinger C
r
= 0,44
Re
24
C
r

=
6,0
r
Re
5,18
C
=
2. VẬN TỐC CÂN BẰNG CỦA HẠT (tt)
2. VẬN TỐC CÂN BẰNG CỦA HẠT (tt)

Chuẩn số Archimede
( )
2
r
3
g.d
Ar
µ
ρρ−ρ
=
Từ (9 – 3) bình phương hai vế
( )
ρ
ρ−ρ
=
ρ
µ
.C
gd
.

3
4
.d
.Re
r
r
22
22
4)-9(Ar
3
4
=C.Re
r
2
Ở đây:
Thay Re vào
(9 – 4) tìm được
3. CÁC CHUẨN SỐ ĐỒNG DẠNG
3. CÁC CHUẨN SỐ ĐỒNG DẠNG

Chuẩn số Lia – Sen – cô, ký hiệu LY
( )
ρ−ρµ
ρ
=
=
r
g
23
v

LY
Ar
3
Re
LY
Khi v = v
cb
⇒
( )
ρ−ρµ
ρ
=
r
g
2
3
cb
v
LY
3. CÁC CHUẨN SỐ ĐỒNG DẠNG (tt)
3. CÁC CHUẨN SỐ ĐỒNG DẠNG (tt)
4.1. Tính theo phương pháp tính lặp
Lần lượt như sau:
•
Chọn trước giá trị v’
cb
•
Kế đến tính Re, sẽ tìm ra vùng nào để có C
r
•

Đem C
r
thế vào (9 – 3)
•
Nếu v
cb
= v
’
cb
chính là kết quả, nếu v
cb
≠ 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
4. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH VẬN TỐC CÂN BẰNG
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






=⇒>






=⇒<<
=⇒<
d.

.Re
=v
cb
ρ
μ
4. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH VẬN TỐC CÂN BẰNG
4. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH VẬN TỐC CÂN BẰNG
4.3. Tính theo phương pháp đồ thị
s/m;
d.
.Re
=v
cb
ρ
μ
( )
s/m;
g LY
=v
3
2
rcb
cb
ρ
ρ-ρμ
4.4. Tính theo phương pháp chuẩn số
Ar61,018
Ar
Re

+
=
Từ:
•
Khảo sát (xem hình)
5. HIỆN TƯỢNG GIẢ LỎNG CỦA LỚP HẠT
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)

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 lòng: 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
( )( ) ( )( )
ε−ρ−ρ=ε−ρ−ρ=∆
1gh1ghP
r0r0
5. HIỆN TƯỢNG GIẢ LỎNG CỦA LỚP HẠT (tt)
5. HIỆN TƯỢNG GIẢ LỎNG CỦA LỚP HẠT (tt)
Độ xốp ε của lớp sôi xác định theo phương trình chuẩn số
Reynolds tới hạn Re
k
tại điểm A, hình (H9.4) cũng xác
định theo phương trình chuẩn số.
Đặt biệt khi ε
0
= ε
k
= 0,4 thì
Ar22,51400
Ar
Re
k
+
=
21,0
2
Ar
Re36,0Re18









+
=ε
(9 – 13)
( )
Ar.
75,1
1
150
Ar
Re
3
0
3
0
0
k
ε
+
ε
ε−
=
(9 – 14)
6. TRẠNG THÁI TẦNG SÔI CỦA LỚP HẠT
6. TRẠNG THÁI TẦNG SÔI CỦA LỚP HẠT

•
Từ công thức (9 – 13) và (9 – 14) ta tìm được v
k
•
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
=
6. TRẠNG THÁI TẦNG SÔI CỦA LỚP HẠT (tt)
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
7. CẤU TẠO THIẾT BỊ TẦNG SÔI

Thiết bị nhiều tầng sôi
7. CẤU TẠO THIẾT BỊ TẦNG SÔI (tt)
7. CẤU TẠO THIẾT BỊ TẦNG SÔI (tt)

Thiết bị tầng sôi nhiều ngăn
7. CẤU TẠO THIẾT BỊ TẦNG SÔI (tt)
7. CẤU TẠO THIẾT BỊ TẦNG SÔI (tt)

Bài 1. Hạt thạch anh hình cầu d = 0,9mm, ρ
r
= 2659kg/m
3
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
( )
( )
( )
( )
4
2
3
3
3
2
r
3
10.18,1=
10
10.10001000265910.9,0
=
g.d
=Ar
-
-
-

μ
ρρ-ρ
Ở đây nước ở 20
0
C là: µ = 1cP và ρ = 1000 kg/m
3
Tìm trên giản đồ hình (H9.2) – đường 6 trên trục hoành lấy Ar =
1,18.10
4
chiếu sang bên phải đọc Re = 140
sm15,0
10.9,0.10
10.140
v
33
3
cb
==
−
−
8. BÀI TẬP
8. BÀI TẬP
Bài 2. Dòng nước có khối lượng riêng ρ = 1000kg/m
3
và độ nhớt µ
= 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 ρ
r
= 2710kg/m

3
. Xác định đường kính d hạt phấn đó?
8. BÀI TẬP
Bài giải
Rõ ràng theo đề cho v = v
cb
= 0,5 m/s, tìm chuẩn số LY theo (9 – 6)
( )
( )
3
3
23
r
2
3
cb
10.72,5
1000271010.10.3,1
1000.5,0
g
v
LY =
−
=
ρ−ρµ
ρ
=
−
Trên giản đồ hình (H9.2) tiến hành tra cứu như sau:
•

Từ LY = 5,72.10
3
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
mm68,4
5,0.1000
10.3,1.1800
d
3
==
−
8. BÀI TẬP
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 h
0
=
500mm, khối lượng riêng hạt ρ
r
= 800kg/m
3
, đường kính
trung bình của hạt d = 1,86mm
•
Tính lưu lượng dòng khí thổi qua lớp hạt sao cho đạt độ

xốp ε = 0,5 biết khối lượng riêng không khí ρ
k
= 0,8kg/m
3

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)