Глава 19. Режимы фонтанирования и область применения сушилок с фонтанирующим слоем

Фонтанирование является одной из разновидностей псевдо­ожижения, позволяющее обрабатывать плохо псевдоожижаемые зернистые материалы, например с большим показателем поли­дисперсности. Режимы фонтанирования осуществляют в кониче­ских и цилиндроконических аппаратах. Различают несколько режимов фонтанирования: фонтанирующий слой, свободное фон­танирование, вихревой слой с щелевым вводом газа и фонта­нирующий слой с направляющими отбойниками.

Фонтанирующий слой можно получить, продувая газ через небольшое отверстие в центре основания расширяющегося конического днища цилиндро-коничеекого аппарата (рис. 3.8). Циркуляция твердых частиц обусловле­на их ускорением под действием газовой струи. Основная особенность системы состоит в восходя­щем движении твердых частиц в зоне фонтана (в ядре слоя) и последующем нисходящем их движе­нии в периферийной кольцевой зоне. Газ из ядра слоя проникает в окружающую плотную фазу под воздействием осевого градиента давления, обу­словленного относительным движением газа и твердых частиц внутри фонтана.

Существует четкая поверхность раздела между фонтаном и кольцевой периферийной зоной; положение этой по­верхности определяется равновесием действующих на нее сил. Средняя скорость подъема частиц в фонтане на один-два по­рядка выше скорости их нисходящего движения в периферий­ной кольцевой зоне. Поднимающиеся в ядре слоя твердые ча­стицы сталкиваются со сползающими в плотной фазе и увлека­ют их в струю восходящего газового потока. Однако основная часть зернистого материала в периферийной кольцевой зоне сползает вдоль стенок конической части аппарата к месту вхо­да ожижающего агента, где снова попадает в восходящую га­зовую струю. С увеличением расстояния от входа газа умень­шается его скорость (и радиальный поток твердых частиц из кольцевой зоны), концентрация частиц в фонтане возрастает, а их скорость постепенно уменьшается.

Устойчивость фонтанирования определяется рядом условий, в отсутствие которых движение твердой фазы становится не­устойчивым.

Основными параметрами являются размер твердых частиц или их гранулометрический состав, диаметр отверстия для вво­да газа и высота слоя. Все эти факторы взаимосвязаны. Напри­мер, слой частиц песка размером 0,6 мм будет переходить из неподвижного состояния в псевдоожиженное, не образуя фон­танирующего слоя, — независимо от высоты неподвижного слоя и скорости газа. В то же время при диаметре отверстия 12,5 мм можно достичь устойчивого фонтанирования, но только в узком интервале скоростей газа и при высоте слоя не более 700 мм.

Условия устойчивого фонтанирования менее жестки для бо­лее твердых частиц и аппаратов большего диаметра. Минималь­ный диаметр частиц, для которых пределы фонтанирования ста­новятся достаточно широкими в практическом аспекте, состав­ляет 1—2 мм; максимальный размер частиц, хорошо поддаю­щихся фонтанированию, не превышает 3 мм.