Кипящий слой

Кипящий слой, псевдоожиженный слой, состояние слоя зернистого сыпучего материала, при котором под влиянием проходящего через него потока газа или жидкости (сжижающих агентов) частицы твёрдого материала интенсивно перемещаются одна относительно другой. В этом состоянии слой напоминает кипящую жидкость, приобретая некоторые её свойства, и его поведение подчиняется законам гидростатики. В кипящем слое достигается тесный контакт между зернистым материалом и сжижающим агентом, что делает эффективным применение кипящего слоя в аппаратах химической промышленности, где необходимо взаимодействие твёрдой и текучей фаз (диффузионные, каталитические процессы и др.).

  Переход неподвижного слоя в кипящий происходит при такой скорости ожижающего агента, когда гидродинамическое давление потока Р уравновешивает силу тяжести G, действующую на частицы. При дальнейшем увеличении скорости слой вначале расширяется при неизменном гидравлическом сопротивлении, а при достижении условия P>G частицы начинают выноситься из слоя. На приведена диаграмма, характеризующая зависимость перепада давления в слое DР от скорости движения сжижающего агента w₀. Пока слой неподвижен, Р возрастает при увеличении w₀ (участок АВ). После точки В, соответствующей переходу слоя в кипящее состояние, сопротивление слоя не изменяется при росте скорости (участок ВС). После точки С, соответствующей началу уноса частиц твердого материала, сопротивление слоя падает. Скорости ожижающего агента, соответствующие точкам В и С, называются скоростью псевдоожижения (w'₀) и скоростью уноса (w»₀). Отношение W= w''₀/ w'₀ называется числом псевдоожижения. Оно характеризует интенсивность перемешивания частиц в кипящем слое. Наиболее интенсивному перемешиванию соответствует W=2, при дальнейшем росте W слой становится неоднородным: происходит прорыв крупных пузырей газа через него и начинается интенсивное выбрасывание частиц в пространство над его поверхностью. Возможно также образование газовых пробок. Кипящий слой характеризуется постоянством температуры по высоте и сечению, даже если в нём протекают процессы с большим тепловым эффектом, а также высокими значениями коэффициента теплопередачи к поверхностям теплообмена.

  Аппараты с кипящим слоем широко применяются в промышленности благодаря простоте устройства, интенсивности действия, лёгкости  благодаря простоте устройства, интенсивности действия, легкости автоматизации, относительно небольшому гидравлическому сопротивлению слоя (независимо от скорости ожижающего агента. Помимо осуществления химических процессов, их используют для адсорбции веществ из газов и жидкостей, теплообмена, сушки твердого материала, а также для его перемешивания, классификации и транспортировки. Примером, наглядно демонстрирующим работу аппарата с кипящим слоем, является действие установки для сушки в кипящем слое (). Воздух поступает через фильтр 1 и калорифер 2 в сушильную камеру 3, где создаётся кипящий слой материала, подаваемого шнеком 4. После обеспыливания в циклоне 5 и очистки в фильтре 6 воздух выбрасывается в атмосферу вентилятором 7. Высушенный материал переливается через порог 8 и удаляется из аппарата. Другим примером аппаратов такого типа является кипящего слоя печь.

  К недостаткам аппаратов с кипящим слоем относятся истирание частиц твёрдого материала, унос их потоком сжижающего агента, эрозия аппаратуры, ограниченный диапазон скоростей сжижающего агента.

  Лит.: Гельперин Н. И., Айнштейн В. Г., Кваша В. Б., Основы техники псевдоожижения, М., 1967; Забродский С. С., Гидродинамика и теплообмен в псевдоожиженном (кипящем) слое, М. — Л., 1963; Лева М., Псевдоожижение, пер. с англ., М., 1961.

  В. Л. Пебалк.

Рис. 2 к ст. Кипящий слой.

Рис. 1 к ст. Кипящий слой.