دانلود مقاله افت فشار خط لوله

معادله 6015 برای تمام جریان های گاز – ذره در لوله استفاده می شود.

بنابراین جهت یافتن یک معادله ویژه ی انتقال فاز دقیق باید عبارت مناسبی برای ترم های 3 (اصطکاک دیواره گاز) و 4‌ (اصطکاک دیواره و جامد) پیدا کنیم.

در فاز دقیق معمولاً اصطکاک دیواره و گاز مستقل از جامد و بدون حضور جامد فرض می شود.

بنابراین ضریب اصطکاک همان ضریب اصطکاک مربوط به گاز است (ضریب اصطکاک را fanning در نظر می گیریم- به یک مسئله حل شده نیوماتیک فاز رقیق توجه کنید).

شیوه های مختلف تخمین اصطکاک دیواره و جامد در مقالات علمی موجود می باشند.

در اینجا ما به بررسی دو رابطه ی اصلاح شده ی konno و saito (1969) جهت تخمین افت فشار ناشی از اصطکاک لوله و جامد در انتقال عمودی و رابطه ی (1953)Ainkle جهت تخمین این افت فشار در انتقال افقی می پردازیم.

در انتقال عمودی (Konno & Siato, 1969) داریم: و برای انتقال افقی: یا که و (Hinkle , 1953) که CD شریب دراگ بین ذره و گاز است (در جدول 1 ملاحظه کنید) نکته: آنالیز هینکل فرض می کند ذرات هنگام برخورد با دیواره ی لوله مومنتوم (اندازه حرکت) خود را از دست بدهند.

بنابراین از فصل یک، نیروی دراک یک ذره منفرد به صورت زیر داده شده است: اگر ضریب تخلخل ؟؟

باشد و تعداد ذرات در واحد حجم لوله Nv باشد در این صورت: بنابراین نیروی اعمال شده توسط گاز روی ذرات در واحد حجم لوله Fv است که بر اساس فرض هینکل ، Fpw معادل نیروی اصطکاک جامد و دیواره در واحد حجم لوله است بنابراین فاکتور (ضریب) اصطکاک در معادلات (6.17) و (6.19) که همان fp است معرفی شده است.

معادله (15 .6) افت فشار در طول یک لوله مستقیم را بیان می کند.

افت فشار به زانویی های مسیر خط لوله هم وابسته است و تخمین میزان این افت فشار در فصل بعد بیان خواهد شد.

Bend (زانویی) زانویی ها طراحی سیستم های انتقال فاز رقیق نیوماتیک را پیچیده می کنند، بنابراین بهتر است حتی الامکان در طراحی نیوماتیک از زانویی کمتری استفاده کنیم.

زانویی افت فشار را در خط لوله افزایش می دهند و همچنین زانویی ها از مراکز عمده خوردگی و فرسایش ذره هستند.

در لوله های افقی و عمودی (مستقیم) زانویی ها باعث می شوند که جامدات با یک چرخش و جهش در حین عبور از زانویی روبرو شوند.

به علت این پدیده، ذرات به آرامی پایین آمده و سپس مجدداً به آهستگی حرکت می کنند آنگاه پس از عبور از زانویی دوباره شتاب می گیرند که این منجر به افت فشار بالایی می شود.

در لوله های افقی زمینه ی مساعدی برای جهش ذرات وجود دارد که به شکل های مختلف در ته زانویی های افقی یا عمودی جمع می شوند.

اگر این نوع زانویی را در هر سیستمی داشته باشیم، ممکن است جامدات در بخش وسیعی از کف زانویی جمع شوند و از پراکنده شدن آنها در فاز گاز جلوگیری کند.

بنابراین پیشنهاد می شود که یا از زانویی ها در انتقال افقی و عمودی استفاده نشود و یا اینکه در نیوماتیک فاز رقیق از این زانویی ها به کار نرود.

در گذشته، طراحان سیستم نیوماتیک به این نتیجه رسیدند که این سیستم پس از گذشت زمان اختلاف شیب پیدا می کند.

اما اگر از زانویی با شعاع زیاد استفاده می شود ممکن است علاوه بر کاهش خوردگی باعث افزایش طول عمر bend هم بشود.

این زانویی که elbow نام دارد را می توان با کاهش زاویه تا 90 درجه به شکل زانویی درآورد.

Zent (1964) برای رفع مشکل فوق استفاده از سه راهی (tee) کور را پیشنهاد کرد (شکل 6.4) که به جای elbow در سیستم های نیوماتیک استفاده می شود.

تئوری که در شیت استفاده از این سه راهی است این است که تجمع ذرات جامد ساکن باعث خاصیت ضربه گیری می شود و ذرات در شاخه ی بسته ی غیرقابل استفاده ی tee تجمع کرده و فاز ساکن را تشکیل می دهند و ذرات متحرک را هدایت می کنند آنگاه خود ذرات ساکن سریع تر از شاخه ی دیگر به سمت بالا پرتاب می شوند و این شاخه می تواند bend و یا elbow باشد.

Bodner (1982) تصمیم گرفت به بررسی طول عمر و افت فشار انواع مختلف bend بپردازد.

او به این نتیجه رسید که سه راهی کور از سایه روشن ها به مراتب طول عمر بیشتری دارد.

طول عمر این روش حدود (15) برابر سایه روشن ها است.

این طول عمر بالا ناشی از انباشتگی ذرات جامد در شاخه کور سه راهی شمابه Bend بود.

بر خلاف آزمایشهای تجربی، روش دقیقی برای پیشگویی افت فشار bend وجود ندارد.

در صنعت افت فشار bend معمولاً به طور تقریبی معادل افت فشار 7.5 m از مقطع عمودی در نظر می گیرند.

زمانی که رابطه دقیقی برای بیان افت فشار bend وجود ندارد می توان از روش بالا به عنوان یک روش ابتدایی استفاده کرد.

تجهیزات فاز رقیق در سیستمی که در آن جامدات توسط هوا جریان می یابند جابجا می شود.

جامدات از یک ناودان که توسط جریان هوا تغذیه می شوند به حالت چرخشی وارد مسیر انتقال می شوند.

سیستم ممکن است فشار مثبت یا منفی یا ترکیبی از این دو باشد.

سیستم های فشار مثبت معمولاً حداکثر به فشار گیج 1 bar محدود می شوند و سیستم های فشار منفی که تحت سیستم خلأ کار می کنند به حدود 0.4 bar محدود می شوند.

سیستم های فشار منفی توسط دمنده یا مکنده ایجاد خلأ می کنند.

در سیستم های فاز رقیق که در شکل های 5 .6 و 6 .

6 نشان داده شده اند دمنده ها معمولاً جابجایی دو جهت مثبت دارند که ممکن است کنترل سرعت به منظور دی حجمی بالا داشته باشند یا نداشته باشند.

دریچه جریان هوا قادر است جامدات را با یک سرعت کنترل شده به داخل جریان هوا هدایت کند.

معمولاً برای انتقال جامدات از feeder های پیچ دار استفاده می شود.

سیکلون های جدا کننده (فصل 7 را ببینید) برای جداسازی جریان جامدات از گازها در انتهای خط لوله استفاده می شوند.

انواع فیلترها و یا روش های مختلف جهت تمیز کردن خط انتقال قبل از تخلیه و یا تکرار چرخه استفاده می شوند.

در بسیاری از شرایط ممکن است استفاده از یک گاز برای انتقال مفید نباشد (مثلاً هنگام استفاده از مواد سمی و رادیواکتیو در کارخانه ها.

یا مثلاً گازهای ساکن قابل انفجار.

و یا به منظور کنترل رطوبت برای جامداتی که رطوبت های حساس دارند.

در چنین مواردی یک loop بسته مورد استفاده قرار می گیرد.

اگر یک دمنده ی جریان مثبت استفاده شود در این صورت جامدات باید توسط سیکلونی که در خط لوله توسط یک فیلتر جاگذاری شده از گاز جدا شوند.

اگر در پایین سیستم فشارها قابل قبول باشند (0.2 bar فشار گیج) در این صورت از یک دمنده ی سانتریفیوژی و فقط یک سیکلون به صورت متقاطع استفاده می شود.

فن سانتریفیوژی قادر است مقدار کمی از جامدات را بدون صدمه به آنها عبور دهد.

در صورتی که دمنده ی جایگزینی مثبت ذرات ریز و غبار را عبور نخواهد داد.

6 .

1 .

6 انتقال فاز متراکم در ابتدا یادآور می شویم، تعاریف متفاوتی از انتقال فاز متراکم و رقیق وجود دارد.

در این بخش انتقال فاز متراکم به صورت جامداتی که در گاز به حالت معلق هدایت می شوند تعریف می شود.

پدیده ی جهش در انتقال افقی و شوک در انتقال عمودی است.

بنابراین حتی رژیم فاز متراکم در نمونه هایی از هز دو انتقال عمودی و افقی مشاهده می شود.

هز یک از این نمونه ها ویژگی خاصی دارند که رابط بین سرعت گاز، دبی جامد و افت فشار خط لوله را بهینه می کنند.

مثلاً‌در شکل 7 .

6، پنج نوع جریان متفاوت در انتقال افقی جریان فاز متراکم نشان داده شده است.

فاز متراکم پیوسته فازی است که جامدات در آن همگی با هم از لوله خارج می شوند.

انتقال در این حالت به فشار بالای گاز نیاز دارد و نیز لوله به کار رفته در این انتقال باید طول کوتاه و مواد دانه ریز (که نفوذپذیری بالایی دارند) داشته باشد.

جریان فاز متراکم غیر پیوسته منقطع را می توان به سه نوع جریان مجزا تقسیم کرد: «جریان دو شاخه گسسته) که در این جریان جامدات تمام مقطع عرضی لوله را اشغال می کنند.

«جریان انباشته (dune)» که یک لایه از جامد در حین انتقال ته نشین شده و به عنوان عامل ایجاد تلاطم عمل می کند.

ترکیب دو حالت فوق که مواد ته نشین شده تمام مقطع عرضی لوله را اشغال می کنند اما جامدات در این حالت گسسته نیستند (بنابراین «جریان جامد» شناخته می شوند) در این حالتها با سرعتهای کمتر از سرعت جهش مواجه هستیم که در آن ذرات یا به صورت یک پایه در بالای سوسپانسیون حرکت می کنند و یا ته نشین می شوند و دوباره به این لایه برمی گردند.

در نتیجه سرعت گاز کم می شود، ضخامت لایه جامد ته نشین شده زیاد و سرانجام جریان dune خواهیم داشت.

باید توجه داشته باشیم که: همه پودرها در این نمونه های جریانی مشخص نیستند.

در طول هر انتقال ممکن است با رژیم جریان بالاتری مواجه شویم.

فایده ی مهم انتقال از طریق فاز متراکم میزان پایین گاز مورد نیاز و نیز سرعت پایین جامدات است.

حجم پایین گاز مورد نیاز به معنی میزان کم انرژی در هر کیلوگرم محصول انتقال یافته است و نیز به معنای خط لوله ی کوتاه تر و جداسازی و بازیافت جامدات و گاز است.

در واقع در بسیاری از حالات، از آنجایی که جامدات در گاز معلق نیستند ممکن است در انتهای خط لوله نیاز به فیلتر نباشد.

سرعت های پایین جامد ممکن است باعث سایش شوند البته مواد شکننده ممکن است بدون خوردگی قابل توجه خط لوله از مسیر انتقال عبور کنند ولی محصول دانه ریز تر می شود.

جالب توجه است که به حالت های فوق برای بهینه سازی جریان فاز متراکم نظر بیفکنیم.

نمونه جریان فاز متراکم پیوسته از لحاظ سرعت پایین گاز و جامد قابل توجه است اما اشکالاتی نیز دارد که به انتقال مواد دانه ریز در طول یک خط لوله کوتاه محدود می شود و به فشارهای بالا نیاز دارد.

جهش جریان در سرعتهای بسیار نزدیک به سرعت Sattation انجام می شود.

و بنابراین این حالت از انتقال حالتی ناپایدار است.

علاوه بر این، نمونه های جریان، از لحاظ سرعت گاز و جامدات به صرفه نیستند.

ما نمونه جریان فاز متراکم منقطع را از روی پلاگ ها و dunes می شناسیم.

بنابراین کار در این ناحیه غیر قابل پیش بینی است.

این جریان می تواند انسداد خط لوله را بیشتر کند و نیز به فشارهای بالا نیاز دارد.

در بیشتر سیستم های صنعتی انتقال فاز متراکم سعی می کنند طول پلاگ ها را کنترل کنند تا بیشتر بتوانند رفتار آنها را پیش بینی کنند در این صورت می توانند فرصت انسداد را کاهش دهند.

بنابراین لازم است تأثیر افت فشار یک پلاگ جامد روی خط لوله بررسی شود.

متأسفانه مشاهدات تجربی ضد و نقیضی در مقالات علمی گزارش شده است.

Konrad (1986) به این نکته اشاره کرده است که افت فشار در حین انتقال پلاک باعث افزایش الف) خطی طول پلاگ ب) مربع طول پلاگ ج) exponentially طول پلاگ می شود.

یکی از این تعابیر ضد و نقیض توسط Klintworth و Marcus (1985) گزارش شده است.

(1981) هم روی تأثیر فشار بر تغییر حالت پلاگ کار کرده است.

ذرات غیر چسبنده حجیم (نوعی ذرات گروه Geldart (D) {این نوع ذرات در فصل 5 در مبحث فلوئیدایز شدن مورد بحث قرار می گیرند}) هستند.

بالا بردن خاصیت تراوایی پلاگ باعث بهتر عبور کردن از گاز در افت فشار پایین می شود که این مطلوب است.

در این حالت فشار تولید شده در پلاگ ممکن است پایین باشد و حالت (الف) یعنی وابستگی خطی به افت فشار رخ می دهد.

پلاگ های ذرات چسبنده (مثلاً گروه Geldart) می تواند هنگام مواجه شدن با فشارهای معمولی در جریان گاز نفوذ نکند.

در این صورت یک مفهوم مکانیکی مانند پیستونی و سیلندر پیدا می کند و فشار ایجاد شده در پلاگ بالا است.

فشار بالا ناشی از Shear stress است که افت فشار را در طول پلاگ زیاد می کند.

در این حالت، میزان نفوذپذیری پلاگ، که وابستگی بین طول پلاگ و افت فشار است معین می شود.

افت فشار در طول یک پلاگ می تواند تعیین کننده خطی یا exp بودن باشد و برای اینها وزقائل شود.

ذرات چسبناک حجیم، پلاگ های قابل ته نشینی تشکیل می دهند و برای انتقال فاز متراکم غیر پیوسته مناسب هستند.

در سایر موارد در جایی که تماس تحت فشار و برخورد اعمال شود نیرو تا حدی بالا می رود که پلاگ های قابل ته نشین ایجاد شوند.

انتقال فاز متراکم منقطع فقط در حالی ممکن است که مکانیزم استفاده شده در طول پلاگ در انسداد جلوگیری کند.

تجهیزات در سیستم های صنعتی، تشکیل پلاگ به سه صورت است: 1- آشکار کردن پلاگ ها در ساختمان و کار مقتضی با این حالت.

الف) استفاده از یک انشعاب (bypass) که در پشت پلاگ فشار ایجاد می شود و علت آن هوای انباشته در پشت پلاگ است؛ این هوا از By pass عبور کرده و از انتهای جلوی آن خارج می شود.

(شکل 8 .

6) ب) استفاده از شیرهای متحرک فشار که هوای کمکی را وارد مسیر می کند تا پلاگ ها را به طول کوتاهتری بشکنند.

(شکل 9 .6) 2- تشکیل پلاگ های پایدار: از مواد دانه ریز، به طور طبیعی در شرایط خاص پلاگ های پایداری تشکیل می شود.

جهت انهدام این پلاگ ها می توان آنها را توسط یکی از جریانات زیر تحریک نمود: الف) استفاده از تیغه ی هوا جهت بریدن خوراک جامد در جریان فاز متراکم پیوسته یک مخزن توسط دمیدن (شکل 10 .6) ب) استفاده از چند شیر متوالی (شکل 11 .6) تا بدین طریق جریان فاز متراکم پیوسته را از زیر مخزن تخریب کنند.

ج) برای مواد ساکن که از دیافراگم هوا که در کف مخزن تعبیر شده جهت ایجاد پلاک استفاده می شود.

(شکل 12 .6) د) یک نظریه جدید توسط Tsuji (1983) ارائه شدن که در آن از جدول توپ تنیس برای جداسازی جامدات درون گاز استفاده می شود.

3- فلوئیدایز شدن- افزودن هوای اضافه در مسیر خط انتقال که به جامدات هوا تزریق شده و به حالت معلق نگه می دارد و بنابراین از انسداد جلوگیری می کند.

آنچه از مکانیزم های مطرح شده برای حل مشکل پلاگ برمی آید این است که در تمام سیستم های صنعتی انتقال فاز متراکم از این روشها استفاده می شود که ممکن است باعث فلوئیدایز شدن شود (شکل 13 .6) یا اینکه نشود (شکل 14 .6) کف مخزن به طور خودکار در هر سیکل پر می شود، تنظیم و تخلیه می گردد.

یک سوم زمان چرخه ی فوق جهت پر کردن کف مخزن صرف می شود، که خوراک سیستم ؟؟

20 است و باید توانایی آماده سازی ماکزیمم ??

30 خوراک را نیز داشته باشد.

بنابراین انتقال فاز متراکم یک سیستم Batch است که به علت فشارهای بالای توسعه یافته می تواند انتقال فاز رقیق پیوسته باشد، زیرا از یک سیکل شیر در آن استفاده می شود.

سیستم فاز متراکم می تواند نیمه پیوسته هم باشد که به طور موازی در کف مخزن ساخته می شود.

طراحی انتقال فاز متراکم در حقیقت سیستم انتقال فاز رقیق می تواند با ایمنی بالا با کمک روابط تجربی طراحی شود.

طراحی این سیستم ها بسیار کلی است.

اگرچه در تئوری معادله ی افت فشار دو فاز در معادله ی (15 .6) به دست آمده است؛ ممکن است این معادله برای جریان فاز متراکم هم به کار رود و در واقع کاربرد کمی دارد.

از این نتایج، می توان جزئیات انتقال فاز متراکم مواد مانند سایز لوله، دبی گاز، نوع سیستم را به صورت بهینه طراحی کرد.

سیستم های فاز متراکم صنعتی بر اساس آزمایش های انجام شده با هم با نتایج مشابه تست می شوند.

جزئیات این سیستم ها در مقاله ی (1990) Mills آمده است.

7 .

6 مطابقت سیستم برای پودر کردن می توان گفت هر پودری در فاز رقیق قابل حمل است اما محققین به علت جذب بالای فاز متراکم درصدد برآمدند با مقایسه بین این دو فاز بهترین فاز انتقال را بررسی کنند.

بیشتر روش های استفاده شده ی متعارف انجام تعدادی تست بر روی یک نمونه پودر در pilot است.

این روش مسلماً پر هزینه است.

راه حل بهتری که توسط Dixon (1979) پیشنهاد شد و به طور وسیع به کار گرفته شد به صورت زیر است: دیکسون شباهتهایی بین فلوئدایز شدن گاز و انتقال فاز متراکم یافت و بر این اساس یک روش مناسب جهت انتقال پودر در فاز متراکم طراحی کرد که این روش مبنای یافته های طبقه بندی شده ی Geldart (1973) درباره ی پودرها بود (فصل 5- فلوئیدایز شدن).

کارهای دیکسون در یک نمودار «نمودار Slugg» است که الگویی برای فاز متراکم (برای ذراتی با سایز و دانسیته معلوم) پیش بینی می کند.

دیکسون به این نتیجه رسید که گروههای A و B یافته های Geldart برای انتقال فاز متراکم مناسب بودند در حالی که گروه های B و C در مجموع نامناسب نبودند.

Mainwaring و (1987) Reed ادعا کردند که اگرچه دیکسون به نتایج بسیار مطلوبی از حالات مختلف انتقال فاز متراکم رسیده است ولی خیلی جالب نیست که از نمونه ی اول در حمل پودر استفاده کنیم.

ادعای این نویسنده ها بر اساس نتایج اندازه گیری bench-scale (از مشخصات پودر قابل ته نشینی و هوادهی شده) است.

بر این اساس پودرها به قابلیت بالای ته نشینی می رسند که ممکن است برای انتقال فاز متراکم و ایجاد پلاگ مناسب باشد.

با توجه به نتایج این مؤلفان پودرهایی که از هیچ یک از معیارها تبعیت نمی کنند برای انتقال سیستم های مرسوم مناسب نیستند.

Flain (1972) پیش تر رفته و هماهنگی ای بین پودر و سیستم یافت.

او دوازده ابزار جهت تماس اولیه ی گاز و جامدات در یک سیستم انتقال پیشنهاد کرد و مشخصات پودر را بر این 12 ابزار منطبق نمود.

این یک گام مهم جهت استفاده از پودر ویژه جهت ابزاری خاص است.

2 .6 لوله های ایستایی (برج ها) برج ها سال ها مورد استفاده بوده اند، به ویژه در صنعت نفت جهت انتقال رو به پایین جامدات از یک ناحیه ی فشار پایین به یک ناحیه با فشار بالاتر.

عملکرد این برج ها توسط (1997) Knowlton بررسی شد.

نوعی برج سر ریز و ته ریز در شکل 15 .6 نشان داده شده است، که در انتقال پیوسته جامدات از یک بستر فلوئدایز شده بالاتر به بستر فلوئیدایز شده پایین تر استفاده می شود.

برای جامداتی که رو به پایین منتقل می شوند، بر خلاف اختلاف فشار گاز، باید جریان رو به بالایی نسبت به جامدات برقرار شود.

این اختلاف فشار توسعه یافته در بسترهای فلوئیدایز شده و یا packed (توسط جریان گاز) افت فشار مورد نیاز را جبران می کند.

اگر گاز نسبت به جامدات (که در حال حرکت به پایین هستند) به سمت بالا جریان یابد دو امکان وجود دارد: گاز نسبت به دیواره لوله به سمت بالا جریان می یابد.

گاز با سرعت پایین تر از جامدات نسبت به دیواره لوله به سمت پایین جریان می یابد.

بسته به سرعت نسبی گاز به جامدات جریان بسترهای packed و فلوئیدایز شده یک لوله ممکن است به حالت های متفاوتی عمل کنند.

2.

6 لوله های قائم در جریان packed اگر سرعت نسبی رو به بالای (Uf - Up) کمتر از سرعت فلوئیدایز ((Uf – Up) mf) باشد جریان در بستر packed نتیجه می شود و ارتباط بین سرعت گاز و افت فشار به طور کلی توسط رابطه ارگان (Ergun) (فصل 4 بخش 11 .4 را ببینید) تعیین می شود.

رابطه ارگان معمولاً جهت یافتن سرعت ظاهری گاز در بستر packed بیان می شود.

به هر حال، جهت محاسبه در لوله بهتر است که رابطه ارگان را در قسمت سرعت بستر packed نسبت به جامدات بیان کنیم Urel = { Uf – Up } (برای روشن شدن رابطه بین سرعت ظاهری و واقعی به بخش 4 .1 .6 مراجعه کنید) (b.24) U = - ?

Urel با توجه به Urel رابطه ارگان به صورت زیر درمی آید: این رابطه مقدار Urel در یک افت فشار خاص به ما می دهد.

حال علامت قراردادی برای سرعت ها در نظر می گیریم: برای لوله ها بهتر است سرعتهای روبه پایین را مثبت در نظر بگیریم.

برای اینکه افت فشار را در جهت مورد نیاز (فشار بالا در انتهای لوله) ایجاد کنیم باید گاز نسبت به جامدات به سمت بالا جریان یابد بنابراین Urel همیشه باید منفی باشد.

جریان جامدات همیشه رو به پایین است.

بنابراین سرعت واقعی Urel جامدات (نسبت به دیواره لوله) همیشه مثبت است.

اندازه و جهت Up و Urel ممکن است از رابطه Urel= Uf – Up به دست آید.

در این حالت ممکن است مقدار گازی که از لوله پایین می رود تخمین زده شود.

2 .2 .

6 لوله قائم در جریان فلوئیدایز شده اگر سرعت نسبی رو به بالای گاز (Uf - Up) از سرعت نسبی فلوئیدایز شدن (mf(Uf - Up)) بیشتر باشد بستر فلوئیدایز می شود.

در جریان بستر فلوئیدایز شده افت فشار مستقل از سرعت گاز است.

با فرض اینکه جریان فلوئیدایز شده کل وزن ظاهری بستر را به وسیله جریان گاز حمل کند افت فشار از رابطه زیر به دست می آید: (6.26) که (؟) کاهش افت فشار در ارتفاع H جامدات است.

؟

ضریب تخلخل و Pp دانسیته ذره است.

جریان بسترهای فلوئیدایز شده ممکن است همراه با ایجاد حباب باشد و یا نباشد.

جریانی که با حباب همراه نیست ممکن است فقط در گروه A از یافته های Geldart رخ دهد (در فصل 5 توضیح داده شده است) در این حالت سرعت نسبی گاز بین سرعتهای فلوئیدایز شدن و ایجاد حباب می نیمم قرار می گیرد: (Uf – Up) > (Uf – Up) mb برای گروه B یافته های Geldart (فصل 5) رابطه ی (Uf – Up) > (Uf – Up) mf و برای گروه A یافته های وی (Uf – Up) > (Uf – Up) mb جریان حبابی را نشان می دهد که فلوئیدایز شده است.

چهار نوع جریان بستر فلوئیدایز شده ی حبابدار در لوله ها ممکن است ایجاد شود که این جریانات به جهت حرکت گاز در فاز حباب و فاز امولسیون نسبت به جداره بستگی دارند.

این فرآیند در نمودار 16 .6 نمایش داده شده است.

در عمل حبابها در لوله نامطلوب هستند.

وجود حبابهای بالا رونده از جریان جامدات جلوگیری می کند و افت فشار گسترش یافته در لوله را کم می کند.

اگر حباب به سمت بالا حرکت کند، سرعت آن نسبت به جامدات بیشتر می شود.

سپس حباب بالا می رود و به وسیله نیروی پیوستگی رشد می کند.

لوله های بزرگتر برای انجام این عمل بهتر هستند زیرا آنها می توانند نسبت به لوله های کوچکتر حبابهای بیشتری را حمل کنند.

برای بهتر عمل کردن لوله هنگام استفاده از جامدات گروه B سرعت نسبی گاز باید کمی بیشتر از سرعت نسبی فلوئیدایز شدن باشد.

برای جامدات گروه A، سرعت نسبی گاز باید بین (Uf – Up) mf و (Uf – Up) mb باشد.

در عمل، به منظور حفظ جامدات در حالت فلوئیدایز شده سرعت گاز ورودی را فقط کمی بیشتر از می نیمم سرعت فلوئیدایز شده در نظر می گیرند.

در غیر این صورت دبی گاز در انتهای لوله با فشار بالا کاهش می یابد.

سرعت های پایین فقط منطقه ی فلوئیدایز نشده ای در ته لوله به ما می دهد.

با ورود دبی گاز، طول لوله افزایش می یابد.

این افزایش اگر از حد مجاز بیشتر باشد مانع حرکت جامدات می شود.

تجزیه و تحلیل زیر بر اساس یافته های Kunii و (1991) Leverspiel موقعیت و مقدار دبی گاز را به ما می دهد.

از معادله ی (13 .6) شروع می کنیم.

این رابطه از ادامه دادن روابط جریان گاز و جامدات در لوله نتیجه می شوند.

برای جامدات گروه A در بهترین حالت سرعت نسبی بین گاز و ذرات در مقایسه یا سرعتهای واقعی بسیار کم است و بنابراین می توانیم با خطای کمتری Up را با Uf برابر فرض کنیم.

در این صورت رابطه (13 .6) به شکل زیر درمی آید: (6.27) زیرنویس 1 و 2 برای اشاره به سطح بالا (فشار پایین) و سطح پایین تر (فشار بالا) در لوله استفاده می شود.

بنابراین Pp , Mf , Mp ثابت هستند: (6.28) و همچنین از آنجائی که ؟؟

است پس: (6.29) که فرض می کنیم ضریب تخلخل ؟؟

پایین ترین ضریب تخلخل جهت فلوئیدایز شدن بهتر باشد.

رابطه (29 .6) بیشترین افت فشار معادل را به ما می دهد و فشار بین سطح 1 و 2 کاهش می یابد.

با فرض اینکه بستر کامل حمل شود، افت فشار آن معادل وزن ظاهری بستر به ازای واحد طول است (در مقطع عرضی لوله) (رابطه 26 .6) (30 .6) که در این رابطه ؟

متوسط ضریب تخلخل بین سطح 1 و 2 است، H فاصله بین سطوح و g شتاب ثقل است.

اگر ؟

و ؟

معلوم باشند و غلظت گاز در مقایسه با غلظت ذره قابل صرفنظر باشد H را می توان از رابطه (30 .6) به دست آورد.

هدف از افزودن گاز در مجاورت هوا این است که ضریب تخلخل را در پایین افزایش دهند (با استفاده از رابطه ی 27 .6) (31 .6) که Mf2 دبی جرمی گاز مجاور هوا است که به سطح 2 اضافه می شود.

با مرتب کردن دوباره: (32 .6) و از معادله 27 .6: داریم (33 .6) و بنابراین دبی جرمی گاز مجاور هوا به صورت زیر به دست می آید: (34 .6) که از معادله فوق می توان رابطه زیر را نشان داد: (35 .6) که در این رابطه ؟؟

دبی حجمی گازی است که در فشار P2 اضافه می شود و Qp دبی حجمی جامدات پایین لوله است.

برای لوله های طویل همراه کردن گاز و هوا نیازمند حفظ تخلخل سطح و نگهداری آن است (مثال در پایان فصل) 3 .

2 .6 موازنه فشار در طول فعالیت لوله قائم به عنوان مثال، در طرز کار یک لوله قائم چگونگی رفتار جریان های بالایی یک لوله ی ایستایی را به منظور برگشت جریان اضافی با تغییر دبی گاز در بسترهای فلوئیدایز شده مشاهده می کنیم.

(نمودار (a) 17.6) موازنه فشار در چنین سیستم هایی به صورت زیر است: ؟

، ؟

به ترتیب افت فشارها در طول لوله، در The lower fluidized bed در The uppor fluidized bed (بستر سیال بالایی) و در توزیع کننده upper fluidized (سیال بالایی) هستند.

اجازه بدهید اختلال را در سیستمی مانند این را در جریان گاز را که از طریق fluidized bed کاهش می یابد را بررسی کنیم.

(تصویر شماره b 17/6) اگر گاز از طریق lower bed افزایش یابد اگرچه فشار در سراسر bed بالایی و پایینی ثابت بماند، فشار سراسر توزیع کننده بالایی افزایش خواهد یافت.

برای هماهنگ کردن این افزایش، فشار سراسر لوله باید به ؟؟

افزایش یابد.

(نمودار b 17/6) در مورد سر ریز لوله (overflow) طرز عمل (فعالیت) در جریان fluidized افزایش در افت فشار لوله از افزایش در ارتفاع جامدات در لوله به HsP(new) منتج خواهد شد.

اکنون در نظر بگیرید مورد یک under flow (پاریز) لوله را که در جریان packed bed flow (جریان بستر) فعالیت می کند.

(تصویر 18/6) تعادل فشار سراسر سیستم به وسیله فرمول زیر به دست می آید: (6.37) که در این رابطه ؟

به ترتیب فشار کاهش یافته سراسر لوله، توزیع کننده 9 upper fluidized bed (بستر سیال بالایی)‌ دریچه لوله می باشند.

اگر جریان گاز از lower bed (بستر پائینی) افزایش یابد، فشار سراسر توزیع کننده upper bed (بستر بالایی) به ؟؟

افزایش می یابد.

تعادل فشار باعث یک افزایش در کاهش فشار لوله می شود.

از آنجائی که در این مورد طول لوله ثابت است جریان packed bed بستر بسته بندی شده این افزایش با افزایشی در مقدار سرعت نسبی به دست می آید.

(Urel) کاهش یا افت فشار لوله به ؟؟

افزایش خواهد یافت و کاهش فشار دریچه valve که بستگی به جریان جامدات دارد، به طور اساسی ثابت خواهد ماند.

هنگامی که افت فشار لوله به سطح مورد نیاز برای جریان fluidized bed (بستر سیال) می رسد، کاهش فشار آن ثابت خواهند ماند پس آن قادر نخواهد بود که تغییرات سیستم را تنظیم کند.

ما به طور متداول لوله ای که در صنایع پترولیوم استفاده می شود لوله های عمومی پاریز under flow با دریچه slide valve (دریچه کشویی) در انتهای پائینی آن می باشد.

در این مورد لوله تعداد بیشتری head نسبت به مورد نیاز خود تولید می کند و لوله های اضافی در طول slide valve در کنترل جریان جامدات استفاده می شود.

چنین لوله ای در تحریک کردن برای شکستن هیدروکربورهای متشکله نفت خام و تبدیل آن به هیدروکربورهای سبکتر (کراکینگ) استفاده می شود.

(FCC) برای انتقال جامدات حاصله از راکتور به تولید کننده.

3 .6 مطالعه بیشتر خوانندگانی که تمایل دارند درباره سیستم جریان جامدات بیشتر بدانند، جریان داخل لوله و شیر غیر مکانیکی به (1991) Kunii 9 Levenspiel یا بخشهایی به وسیله Knowlton هم در Geldart در سال 1986 Grace و همکاران در سال 1997 تدوین شده اشاره دارد.

4 .

6 مثالهای کاربردی مثال کاربردی 1 .6 فشار مثبت فاز رقیق سیستم انتقال پنوماتیکی (فشار هوا) طرح ریزی کنید که 900 کیلوگرم در ساعت ذره شن با غلظت kg/m3 2500 را حمل می کند و متوسط اندازه ذره یا جسم ؟

100 بین دو نقطه در یک گیاه که با فاصله 10 متر به صورت عمودی و 30 متر در فاصله افقی با استفاده از هوای محدود (محیطی) جابجا کند.

با فرض اینکه 6 منحنی 90 درجه مورد نیاز است و اینکه افت فشار هوای مجاز bar 55/10 است.

راه حل در این مورد منظور از طراحی کردن سیستم این است که اندازه لوله و میزان جریان هوا که به کمبود فشار کلی سیستم در فشار مجاز منجر خواهد شد را تعیین کنیم.

روند طراحی کردن به محاسبات آزمون و خطا نیاز دارد.

لوله ها در اندازه ثابت در دسترس هستند و بنابراین روندی که اینجا اتخاذ می شود این است که اندازه لوله را انتخاب کنیم و سرعت حرکت را از رابطه (1 .6) معین می کنیم.

سپس افت فشار سیستم در یک سرعت ظاهری گاز را که برابر با 5/1 برابر سرعت حرکتی است را محاسبه می کنیم که درستی رابطه را با استفاده از رابطه (1 .6) تعیین می کنیم.

سپس اتلاف فشار سیستم محاسبه شده با اتلاف فشار مجاز مقایسه می شود، اندازه لوله انتخاب شده ممکن است تغییر کند و روند بالا تکرار شود تا اینکه اتلاف فشار محاسبه شده هماهنگ باشد.

مرحله اول: انتخاب کردن نوع لوله: لوله ای که قطر داخلی آن 78 میلی متر است را انتخاب کنید.