Průtok porézní vrstvou, náplňové a patrové kolony

PRŮTOK PORÉZNÍ VRSTVOU
Průmyslové aplikace
Náplňové aparáty
Filtrační zařízení
Porézní vrstva: • pórovitá přepážka (plsť, keramika, papír)
• zrnitá vrstva (písek, filtrační koláč)
• náplň (kuličky, kroužky, sedla, tělíska)
• výplň (pletivo, tvarované rošty, souvislá vrstva)
Charakteristické vlastnosti porézní
vrstvy
Charakteristický rozměr částic
Monodisperzní materiály
Ekvivalentní průměr dané částice podle objemu je průměr kuličky, která má stejný
objem jako daná částice:
DV = 3
6V j
π
Ekvivalentní průměr dané částice podle povrchu je průměr kuličky, která má stejný
povrch jako daná částice:
DA =
Aj
π
Ekvivalentní průměr podle specifického povrchu je průměr kuličky, která má stejný
poměr povrchu k objemu jako uvažovaná částice:
6πD p2
πD 3p
=
Aj
Vj
Dp =
6V j
Aj
Polydisperzní materiály
E = d F /d D
D
D
0
Dmin
F = ∫EdD =
∫EdD
Střední aritmetický rozměr dle počtu DN,1:
Střední objemový rozměr dle počtu DN,3:
DN ,1
D
3
N ,3
3
m,3
Střední objemový rozměr dle hmotnosti Dm,3: D
ND
∑
=
i
i
=
N
3
i
i
N
N
dD
=
Dmax
3
D
∫ EN d D
Dmin
∑m D
=
m
∫ DE
Dmin
ND
∑
=
i
Dmax
3
i
Dmax
= ∑ xi D = ∫ D 3 EM d D
3
i
Dmin
Porózita (mezerovitost) vrstvy
Porózita neboli mezerovitost ε je definována jako poměr objemu mezer (pórů) mezi
částicemi k celkovému objemu vrstvy:
ε=
Vp
V
=
V − Vs
V
Specifický povrch
Absolutní specifický povrch (hustota povrchu vrstvy) a je povrch částic v objemové
jednotce celé vrstvy V:
a=
A
V
Vlastní specifický povrch aV je poměr povrchu částic A k objemu pevné fáze Vs (částic):
aV =
A
Vs
Sféricita
Sféricita je definována jako poměr povrchu kuličky o stejném objemu jako částice
k povrchu částice. Pro částice nekulového tvaru je sféricita vždy číslem menším než jedna.
A π D  DV 
=  
σ= K =
Aj π D  DA 
2
V
2
A
2
Druh náplně
keramické Raschigovy kroužky
8 x 8 x 1,5
10 x 10 x 1,5
15 x 15 x 2
25 x 25 x 3
35 x 35 x 4
50 x 50 x 5
ocelové Raschigovy kroužky
8 x 8 x 0,3
10 x 10 x 0,5
15 x 15 x 0,5
25 x 25 x 0,8
50 x 50 x 1
keramické Pallovy kroužky
25 x 25 x 3
35 x 35 x 4
50 x 50 x 5
60 x 60 x 6
kovové nebo polypropylenové Pallovy kroužky
15 x 15 x 0,4
25 x 25 x 0,6
35 x 35 x 0,8
50 x 50 x 1
keramická Berlova sedélka
12,5 x 12,5
25 x 25
38 x 38
50 x 50
keramická sedélka Intalox
12,5
19
25
38
50
Porózita
ε
Specifický povrch
a [m2·m-3]
Sféricita
0,64
0,7
0,7
0,74
0,78
0,785
570
440
340
200
140
90
0,488
0,428
0,399
0,374
0,363
0,335
0,90
0,88
0,92
0,92
0,95
630
500
350
220
110
0,181
0,217
0,167
0,163
0,12
0,74
00,76
0,78
0,79
220
165
120
96
–
–
–
–
0,9
0,9
0,9
0,9
380
235
170
108
–
–
–
–
0,68
0,69
0,7
0,73
460
260
165
120
0,37
0,32
0,31
–
0,78
0,77
0,775
0,81
0,79
625
335
255
195
118
–
–
–
–
–
σ
Jednofázový průtok porézní vrstvou
2
h u
ez = λ
de 2
Vp
S
Sh
≈4
de = 4 = 4
O
Oh
A
Vp
ε
de = 4 V = 4
A
a
V
Re =
u de ρ
µ
u0 ⋅ 4ερ 2 u0 D p ρ 2
=
=
= Re′
εµa
3 (1 − ε )µ 3
Re′ =
u0 D p ρ
(1 − ε )µ
uo S o = u S ⇒ u =
u=
So
uo
S
So h
u
V
uo =
uo = o
Sh
Vp
ε
1− ε h 2
ez = λ ′ 3
u0
ε Dp
Závislost součinitele tření λ´ při jednofázovém průtoku monodisperzní
vrstvou kulových částic na Reynoldsově čísle Re´
(A´ = 160; B´ = 3,1; β´ = 0,1)
A′
B′
λ ′ = λ c + λt =
+
Re′ Re′ β ′
′
′
B′
λt =
Re′ β ′
′
A′
λc =
Re′
′
Dvoufázový průtok porézní vrstvou
a – mez plnění (zavěšování)
b – mez zahlcení
Výpočet rychlosti zahlcení a tlakové ztráty při dvoufázovém průtoku
NÁPLŇOVÉ KOLONY
Konstrukční prvky náplňových kolon
• plášť aparátu
• náplň (výplň)
• zkrápěcí zařízení
• nosný rošt
• odlučovač kapek
Náplň (výplň)
Náplňová tělíska
a – Raschigův kroužek, b – Lessingův
kroužek, c – Pallův kroužek, d – Berlovo
sedlo, e – sedlo Intalox, f – tělísko Interpack
Vrstva náplňových tělísek
Volně sypaná vrstva
Pravidelně ukládaná vrstva
Výplně
Hladké a tvarované rošty
Tvarovaná souvislá výplň
Zkrápěcí zařízení
Zkrápěcí sprcha
Zkrápěcí síta
Rozstřikovací talíře
Nosné rošty
Odlučovače kapek
PATROVÉ KOLONY
Typy pater
Sítová patra
1 – přítokový jez, 2 – odtokový jez, 3 – přepadová přepážka, 4 – kolona
Zvonková (kloboučková) patra
Konstrukční provedení pater
Válcový zvonek
1 – komínek, 2 – klobouček, 3 – deska
patra
Sítové patro
1 – plášť kolony, 2 – přítokový jez, 3 –
odtokový jez, 4 – přepadová přepážka
Ventilové patro
1 – ventil, 2 – vodící nožky, 3 – výstupek,
4 – patrová deska
Uchycení a utěsnění pater