Увеличение подачи порошка с помощью закачки газа

Флюидизация и воздуха с помощью разряда два пути оптимизации точной обработке твердых. Выбор надлежащей технологии имеет ключевое значение для стабильного, эффективного функционирования системы.

Безопасной и эффективной эксплуатации твердых тел-разгрузочного оборудования, зависит от непрерывной подачи материала при точно регулируемой скоростью. Сыпучести порошков и их поведение течения под давлением, температура и влажность ключевых соображений в обработке и обработке информации, такие, как хранение в бункеры и силосы, транспорта, разработки и перемешивание, сжатия и упаковки. Иногда небольшие различия в содержании влаги, размер частиц, срок хранения, и даже температура может внести большой разницы в подвижности, поэтому необходимо быть в курсе последствий этих переменных и дизайн для худшем случае.

Идеальный подход для определения текучести той или иной системы зависит от требований процесса (например, требуемой консистенции корма), а также характеристики материалов, которые будут обрабатываться. Данная статья предлагает проверенные методологии для выбора соответствующей технологии впрыска газа для оптимизации тонкой обработки твердых систем.

Есть несколько характеристик порошок, порошок квалифицировать как бедных сыпучих, наиболее очевидным из которых является сплоченная сила, которая может привести к остановки потока. Менее признал характеристики, уникальные для тонких порошков, является низкая проницаемость, которые могут повлиять на расход. Скорость, с которой порошок будет проходить через отверстие может быть повышена путем различных методов подачи газа, начиная от очень небольших количествах больших объемах. Например, газовые системы проникновения твердых тел может увеличиться Расходы, приведенные в двойной или тройной тяжести только номера, с использованием очень небольшого количества газа.

В другой метод, известный как воздух с помощью разряда, вводимого газа увлекает твердых веществ, а также твердые вещества-газовая смесь очищается от судна по ставкам, до порядка или порядка выше, чем это возможно без газа, сохраняя при последовательной твердых плотности.

Полное псевдоожижения судна другой метод, посредством которого разряда Расходы, приведенные сложных в обращении порошков может быть увеличена еще более драматично - два или три раза unaerated значение. Однако, не все порошки подходят для псевдоожижения. Некоторые из них очень чувствительны к сумме и использования газа, и могут проявлять странное поведение потока. Кроме того, могут возникнуть псевдоожижения капитальные и эксплуатационные затраты, в связи с [покупка] дополнительных объемов газа для обработки и вспомогательного оборудования, увеличить использование газа, тем меньше насыпная плотность вынесенного материала, а также потенциал для частицы сегрегации.

Размеры точек

Минимальный размер выход для судна, которое хранит сыпучих продуктов определяется в первую очередь требования по предотвращению всеобъемлющей (называемый также экстраполяции) и добиться выполнения номера, необходимых для удовлетворения спроса вниз по течению. Объем твердых образуют арки над выходе судна, если сплоченной прочность связей между частицами превышает напряжения, действующие на арку, что (1). Уровень стресса прямо пропорциональна размеру розетки, поэтому после того, как сплоченная сила материал был измерен, минимальный размер розетки, необходимые для предотвращения формирования дуги может быть вычислена.

В большинстве случаев, минимальный размер выход также достаточно большой, чтобы обеспечить требуемый расход. Но, при обращении тонкодисперсных порошков, иногда сложно выполнить это требование. В таких случаях, закачки газа в сосуде, если все сделано правильно, является эффективным способом увеличения Расходы, приведенные порошка.

Расходы, приведенные для грубых материалов

Иногда небольшие различия в размер частиц, влажность, состав и условия хранения, такие как относительная влажность, температура и время хранения может внести большой разницы в подвижности. Таким образом, необходимо быть в курсе влияние этих переменных и дизайн для худшем случае.

Будем считать, что судно с конической воронки (на 20-град. Углом от вертикали) и 12-дюйма средах. выход используется для хранения пластиковых гранул ( Уравнение 1 прогнозирует, что максимальная скорость выделения из этого судна будет 118 фунтов / с (или 213 т / ч).

Хотя эта связь работает достаточно хорошо для самых грубых материалов, он не рассматривает другие важные атрибуты материалов, таких как сплоченная сила, размер частиц, плотность и форма. В свете того факта, что уравнения. 1 составляет лишь тело силы тяжести, она не может быть использован, когда другие силы действуют на частицы.

При определенных условиях частицы могут быть также подвергнуты к телу сил из-за давления газа градиентов в объеме твердого тела. Если частицы достаточно велики, чтобы создать достаточно места, чтобы недействительными интерстициальных газ может свободно передвигаться, движение газа не накладывает значительные силы на частицы. Однако, это не касается тонких порошков. В виде порошка проходит через сосуд, его насыпная плотность - и, следовательно, его коэффициент пористости - изменения, тем самым создавая градиенты давления, которые, недалеко от судна выходе форме, в противоточной направление потока материалов (3). Таким образом, силы, оказываемое на твердых тел в направлении, противоположном направлению силы тяжести, что может значительно уменьшить скорость сброса с судна.

Хотя не существует четкого различия между тем, что считается "грубой" материал и то, что считается "хорошо", было показано, что влияние движения газов становится доминирующим фактором в порошок поведение, когда порошки содержат большой процент частиц измерения меньше 100 мкм.

Если же судно описано ранее были использованы для хранения смолы порошка (средний размер частиц = 300 мкм 1 вновь предсказывают разряда скорости 213 т / ч. На самом деле этот показатель гораздо выше, чем то, что может быть достигнуто с смолы порошок в сосуде массового потока из-за 2-фазы (газа и твердых) эффектов.

Проницаемость и сжимаемости два свойства объемных твердых, которые определяют, в какой мере две фазы потока эффекты воздействия на поведение материала. Хотя оба этих свойства сильной функции размера частиц, не существует прямой путь для их вычисления на основе информации, размеров частиц, если частицы равномерно размера, несжимаемая и правильной формы (например, сферические). Тем не менее, можно измерить проницаемость и сжимаемости напрямую.

Уравнение 2 действует в области ламинарного течения, где тонко измельченного порошка подвергаются существенное влияние междоузельных градиентов давления газа. Для высоких скоростей потока газа на грубые мест (например, пластиковые гранулы), нелинейные модели турбулентности должен быть использован.

После того, проницаемость и сжимаемости материала включены в текучесть оценок, это уже не возможно использовать в замкнутом виде решения, такие как уравнения. 1, для расчета максимальной Расходы, приведенные. Вместо этого, численное решение должно быть применено. Авторы разработали модель, которая прогнозирует средний показатель выполнения 15 т / ч смолы порошок в приведенном выше примере, в контраст, уравнение. 1 предсказывает разряда скорости 213 т / ч.

Системы газо проникновения

Расходом мелкодисперсного порошка с судна может быть повышена путем проникает небольшое количество газа в бункер для изменения давления газа градиентов (3). Продолжая пример порошок смолы, инъекции 1 м ^ ^ SUP 3 / мин воздуха в бункер увеличится расходом до 28 т / ч - 87% больше. Однако, если слишком много воздуха нагнетается, поток твердых веществ становится неустойчивым, и риск неконтролируемого разряда становится очень возможно. В этом случае расход газа проникновение 2 м ^ ^ SUP 3 / мин вызовет крайне нестабильной твердых потока. В целом, использование системы проникновения газа может увеличиться стационарного "тяжесть только" Расходы, приведенные изобразительного твердых тел с коэффициентом 2 или 3. К сожалению, Есть много промышленных применений, где требуется расход значительно выше, чем, чего можно достичь даже при системе проникновения газа.

Еще один способ увеличить скорость выполнения изобразительного твердых тел является увеличение размера судна выходе, однако этот вариант может стать непомерно. В таких ситуациях, псевдоожижения или воздуха с помощью разряда может быть лучше возможности значительно увеличить скорость выполнения тонких порошков.

Флюидизация поведение

Большой объем исследований был разработан около псевдоожижения в нефтехимической и химической промышленностей (5, 6). Флюидизация происходит, когда восходящий поток жидкости (газа или жидкости) через постель объемных твердых частиц сводится частицы к частице и вызывает трения сыпучего материала, чтобы вести себя как жидкость.

Псевдоожижения характеристик твердых, как правило, представлены в графе, что участки градиента давления над кроватью в зависимости от скорости поверхностной жидкости. На рисунке 1 показано поведение идеально fluidizable сыпучих материалов. Две переменных построены: градиент давления (кружки) и насыпной плотности (треугольники) порошка. В этом примере, газ подается на повышение ставки по 12-дюйма высокой постели порошка, пока расход достигает максимума. Затем поток снижается до 0 м / с В связи с ростом потока газа, градиент давления поперек кровати первых линейно возрастает, затем достигает максимума, а затем падает. Для материалов, а суспензию, градиент давления выравнивается после капель, а остается практически неизменной с ростом потока газа. Когда давление остается неизменным в течение ряда постепенно увеличения Расходы, приведенные газа, скорость газа уменьшается в скачкообразно. Других измерений показано на рисунке 1, насыпной плотности, который уменьшается высота колонны увеличивается за счет псевдоожижения ..

Лева (7) определены минимальные скорости псевдоожижения (U ^ ^ к югу ПВ), а точка, где линии и B пересекаются. Справа от этой точки, материал кипящем. Дальнейшее увеличение скорости газа причиной более энергичные-псевдоожижения, пока, наконец частиц передал вверх, показывая, что полное флюидизации (U ^ югу ср ^) была достигнута. Большинство сыпучих материалов, лишь приблизительно такого поведения. Более типичный образец представлен на рисунке 2.

График Гелдарт (рис. 3) успешно применяется для классификации псевдоожижения поведения материалов. Введен Гелдарт в 1973 году (8), он делит сыпучих материалов на четыре категории на основе среднего размера частиц и плотности частиц (см. таблицу). Группа рассмотрела материалы aeratable и демонстрируют поведение псевдоожижения ближе к идеальной. Группа C материалы тоньше и имеют тенденцию быть более сплоченной и трудно суспензию. Группа B Группа D и материалы грубые и требуют больше газа в суспензию, и они более склонны проявлять неустойчивого поведения, таких, как пробок.

Недостатком диаграммы Гелдарт том, что она не учитывает многих частиц характеристики, которые влияют на поведение порошка, в том числе распределение по размерам, форме, упругости, сплоченности и состава, или условий хранения, в том числе относительной влажности, температуры и времени хранения. В частности, небольшие различия в содержании влаги, размер частиц и время хранения может внести большой разницы в подвижности.

В обработки материалов, псевдоожижения часто используется для преодоления проблем с притоком с материалами, которые попадают в группы A, B и C. Группа D материалов и некоторых более крупных частиц размером группы B материалов слишком проницаема для псевдоожижения для улучшения текучести. Тем не менее, график Гелдарт не дает количественную информацию об объемах газа, которые могут потребоваться для суспензию материала, или как псевдоожижения повлияет обработки твердых тел.

Хотя многое было сделано для разработки моделей для расчета псевдоожижения свойств материалов, прогнозирования их фактическое поведение не является точной наукой, и требует экспериментального подтверждения. Установки на рисунке 4 используется для определения, является ли материал подходит для выделения из кипящего ящик. Расхода газа и давления в fluidizer находятся под контролем, и твердые разряда через поворотный клапан измеряется для различных давления газа и закачки ставок. Поведение твердых, как правило, наблюдается для определения равномерности потока, степень (если есть) газа направления, способность судна очистить все или почти все содержимое с газовым потоком только свою способность повторно суспензию после содержания dearated есть и остается в покое на некоторое время, и т.д. Данные полезным диапазоны давления, закачки газа и твердых Расходы, приведенные разряда, а выход размеров, необходимых для достижения желаемого номера разряда, которые могут быть использованы для разработки и scaleup подъемно-транспортного систем.

Полностью кипящем системы

Флюидизация была широко применяются в химической промышленности для процесса судов и реакторов, где преимущества интимного контакта газа, теплообмена, и перемешивание желательны. Эти процессы почти всегда работают в условиях, намного выше минимальной скорости псевдоожижения, а в случае ЦКС на достаточно высокой скорости для перевозки твердых веществ. Однако, когда псевдоожижения используется для улучшения текучести порошка, желательно использовать самую низкую скорость для достижения желаемого результата, таким образом, чтобы свести к минимуму подачи энергии. Это часто приводит к псевдоожижения условиях чуть выше минимальной скорости псевдоожижения или условиях, когда большинство из твердых веществ на самом деле не кипящим.

Условия, которые наиболее эффективны для конкретного применения зависит от свойств материала и требований к системе для обработки твердых тел. Один тип системы, как показано на рисунке 4, зависит от сохранения всего содержимого сосуда, в кипящем состоянии. Освобождение контролируется поворотный кран или другое устройство, которое может изолировать от кипящего материала. Давления и расхода газа, как правило, выбранные в качестве минимального значения необходимых для надежной работы. Расход газа в этой системе преимущественно вверх. Подающее устройство действует как печать, так что относительно мало газа движения (а следовательно, мало движущей силой) по радиусу от периферии судна к выходу. Если твердые достаточно кипящем, они будут надежно потока через отверстие без подключения или формирование шурф для ведущей трубы (пустые вертикального канала над выходным). Такая система успешно используется для групп Гелдарт A, B и C материалами, хотя многие группы B материалов не может требовать псевдоожижения для надежной обработки. Кроме того, некоторые группы C материалы трудно суспензию без механического перемешивания ..

Надежная работа в кипящем системы зависит от сохранения материала в кипящем состоянии. Если расход газа сокращается, а материал defluidizes, поток может стать неустойчивой и может полностью прекратиться. Желаемую конфигурацию для полностью кипящем система представляет собой цилиндр, вязка непосредственно флюидизации мембран, поскольку он обеспечивает постоянный поток газа через слой твердых тел. Тем не менее, это ограничивает размер системы и возможностей. Если дополнительное пространство, то ее можно использовать конфигурацию, в которой флюидизации мембрану, расположенную ниже конической части на вершине которой больше диаметра цилиндра может быть помещен.

Воздуха с помощью разрядников

Многие порошки могут быть обработаны в системах, где лишь небольшое количество вещества в системе кипящем. Эти системы, называемые воздуха с помощью разрядников, которые явно отличаются от кипящего систем, описанных выше. Основной отличительной чертой этой системы является то, что скорость газа в постели материала над мембраны ниже минимальных условиях псевдоожижения.

Воздуха с помощью системы разряда как правило, работают лучше с выпускной клапан, который открывает в полной мере обеспечить неограниченный поток (то есть, нет уплотнений фидер, такие как поворотные клапана). Это позволяет существенно потока газа по радиусу от периферии мембраны к электрической розетке. Это радиального градиента давления движется материал к выходу, и она вызывает единый образец потока над мембраной.

При выполнении ограничивается поворотный клапан или другое измерение подачи, твердые частицы потока может быть значительно быстрее, в центре города, практически без движения на периферии. Изображение на рисунке 5 показана картина течения, которые разрабатываются в рамках системы изображен на рисунке 4, когда муки (Гелдарт группа C) был выписан через мембрану со скоростью, значительно меньше, чем минимальная скорость псевдоожижения. Руслового потока в центре напоминает типичный образец воронки потока от бен самотечного. Хотя воздух вводится через всю площадь мембраны, потока происходит только непосредственно над электрической розетке.

Хотя этот тип воздушного помощью разряда может обеспечить значительно более высокий уровень выполнения и преодолеть ограничения скорости проблем, которые происходят в негазированных самотеком, она может испытать много потока проблем, связанных с воронкой потока, такие как увеличение эффекты частиц сегрегации, мертвых регионов материала и потенциалом для формирования ratholes. Чтобы избежать этих проблем с притоком, полностью открытые, свободные включения / выключения клапанов должны быть использованы, либо система должна работать полностью кипящем системы высшего Расходы, приведенные газа.

Воздуха с помощью системы разряде значительно меньше газа, чем аналогичные требования полностью кипящем систем. Газоснабжения отрегулировано так, что давление ниже мембраны является недостаточной для обеспечения потока достаточно для полного суспензию материала. Однако, когда клапан открывается твердых разряда, увеличивает поток газа существенно, поскольку он может свободно вытекать из мембраны для открытия неограниченного разряда. Относительно высокие темпы роста потока fluidizes материала прилегающих к мембране и обеспечивает вождения градиента давления на материал толчок к выходу. Этот поток возникает только тогда, когда выпускной клапан открыт, когда клапан закрыт, давление газа ниже мембраны является недостаточным для суспензию материала.

На рисунке 6 показана схема разряда на муку выходе из воздуха с помощью системы с помощью включения / выключения выпускной клапан. Система идентична той, которая используется для испытаний показано на рисунке 5, за исключением замены клапана с поворотной шаровой кран. Воздушного давления на мембране же, что и для установки на рисунке 5, но разряда произошло через полностью открытый клапан. Разряда модель является более равномерным, и становится ясно, что цветной материал переехал от краев к центральной точке разгрузки. Существует также никаких доказательств кипящим или газа направления, как показано на рисунке 5.

Давление газа настройки, на выходе размер и максимальный разряд твердых ставка для этой системы определяются из испытаний. Воздуха с помощью разрядников могут быть использованы на больших силосов для достижения массового расхода при высоких скоростях разряда, что будет трудно, если не невозможно достичь с помощью обычных, негазированная фидеров. Для обеспечения надежного потока, дизайн и бункер бен выше газированных разделе должны быть основаны на реологические свойства материала. Просто добавить большое воздуха с помощью разрядника в плохо течет судна не обязательно исправить все потока проблем. Многие материалы, которые хорошо поддаются аэрации значительное сплоченную силу, когда деаэрированной и может потребовать судна массового расхода для обеспечения надежной потока.

Воздуха с помощью разряда широко используется для обработки цемент, зола, алюминия и других материалов в крупных силосов хранения. Использование массива проницаемые мембраны дистрибьюторов воздуха на дне, максимальный объем хранения достигается эффективная структура с минимальной высоты. Эти структуры хранения может быть очень большим (более 100 м в диаметре) и в большинстве случаев, обеспечивают надежную выполнения хранимой твердых тел с небольшим застоем. Спасение от подобной системы обычно происходит поэтапно путем активации раздела мембраны и восстановление материала из одной или нескольких точек в определенной последовательности.

Существует общее заблуждение о функционировании такой системы является то, что поток происходит по всей длине активной мембраны. В общем, потоке происходит только в относительно небольшой зоне, которая лежит непосредственно над активным выход, хотя большая площадь бункера пол может получать воздух. Это происходит по той же причине, что поток канала на Рисунке 5 развивается в узкой области выше розетки.

При проектировании в полной мере кипящем или воздуха с помощью разрядной системы, следующие должны быть рассмотрены:

* Мембрана должна быть достаточно низкой проницаемостью эффективно распределять воздух и тем самым свести к минимуму направления

* В зависимости от размера fluidizer или воздуха с помощью DIS зарядное устройство, разметку и запорной арматуры могут быть необходимы для обеспечения разумного распределения воздуха

* Хозяйство может увеличить нагрузку, поскольку любой тип воздушного того приведет к более высоким потенциалом для пыли выйти из системы

* Воздух, используемый для обработки должна быть снабжена вентиляционными отверстиями в верхней части бункера, а также последующего оборудования; добавив воздуха в системе, которые ранее использовались самотеком может потребовать дополнительной фильтрации и вентиляции

* Воздух должен быть сухим, если материал гигроскопичен

* Обязательны для использования инертного газа, если существует опасность с воздуха

* Сегрегации может служить причиной для беспокойства

* Последующего оборудования должны быть в состоянии обрабатывать пористый материал.

СВЯЗАННЫЕ курсов AlCHE / ASME В 2006 поручению JENIKE

Курс

Курс

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, обращайтесь Дэвид Тонн по адресу: (212) 591-7303 или <a href="mailto:tonnd@asme.org"> tonnd@asme.org </ A>.

ЛИТЕРАТУРА

1. Jenike, А. В., "Хранение и течения твердых тел". Университет Юта опытная станция инженерия, бюллетень № 123 (ноябрь 1964).

2. Johanson, JR, "Метод расчета Курсы Выделения из силосные бункеры," Труды общества горных инженеров, 232 (март 1965).

3. Королевский Т.А., JW Карсон, "Как избежать Наводнение в порошковых систем обработки" Порошок Hundling и обработки, Транс Тек публикации, 5 (1), с. 63-67 (март 1993).

4. Карсон, JW, и Дж. Маринелли ", характеристику сыпучих Для обеспечения бесперебойного потока", Chem. Eng., 4 (101), с. 78-90 (апрель 1994).

5. Zenz, Ф., Д. Ф. Отмер ", Флюидизация Fluid Systems и частиц". Рейнгольд Издательский корпорации, New York, NY (1960).

6. Kunii, Д. и О. Leveaspiel ", Флюидизация инженерия," Уили Джон и сыновья ", Хобокен, штат Нью-Джерси (1969).

7. Лева, М., "Флюидизация", McGraw Hill, Нью-Йорке (1959).

8. Гелдарт, D., "Типы Флюидизация газа", порошковые технологии, 7, с. 285-292 (1973).

ГЕРМАН PURUTYAN

Джон У. КАРСОН

THOMAS Г. Троксел

JENIKE

ГЕРМАН PURUTYAN является вице-президентом Jenike

Джон Карсон президент Jenike

THOMAS Г. Троксел является вице-президентом Jenike